Temperaturregelung des Scheinwerfers Godox SL60W - Versionsgeschichte

Daniel Gosedopp: /* Aufgabenstellung */

2022-11-15T21:17:07Z

Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:17 Uhr
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	= Aufgabenstellung =		= Aufgabenstellung =
	Die COVID-19 Pandemie hat weitreichende Folgen, auch in der Lehre, mit sich gebracht. Vorlesungen konnten nicht mehr in den Hörsälen der Universitäten und Fachhochschulen stattfinden, sondern mussten auf digitalem Wege durchgeführt werden. Daher spielt das Thema "digitale Lehre" weiterhin eine Rolle im Hochschulalltag. Im Studiengang Mechatronik an der HSHL wird in einigen Vorlesungen auf das invertierte Klassenzimmer gesetzt. Dies ist ein Konzept, bei dem sich Studierende die Vorlesungen im Vorfeld per Video anschauen und den gelernten Inhalt dann im Hörsaal diskutieren und vertiefen. Um in den Videoaufnahmen für ausreichende Beleuchtung zu sorgen, kommen z.B. LED-Scheinwerfer zum Einsatz. Im Betrieb wird von den LED-Panels Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss, um den Scheinwerfer nicht zu beschädigen und damit langlebiger zu machen. Dieses Projekt beschäftigt sich mit dem Godox SL60W Scheinwerfer, welcher die Wärme über einen Kühlkörper mit darauf montiertem Lüfter abführt. Der verbaute Lüfter wird allerdings nicht geregelt, sondern nur in Abhängigkeit von der mit einem Drehpotentiometer eingestellten Helligkeitsstufe mit konstanter Drehzahl gesteuert. Dies sorgt für Lärm, welcher bei den Aufnahmen stören kann. Um den Lärm möglichst gering zu halten, soll der Lüfter in Abhängigkeit von der aktuellen, gemessenen Temperatur am Scheinwerfer geregelt werden. Die Regelung wird von einem Mikrocontroller (kurz: µC) übernommen, der zunächst ausgewählt werden muss. Anschließend sind Schaltungen zum Auslesen des Temperatursensors und zum Ansteuern des Lüfters zu entwerfen, testen und integrieren. Danach wird ein Modell des Systems in MATLAB/Simulink gebildet, um den Regler auszulegen und am realen System zu testen.		Die COVID-19 Pandemie hat weitreichende Folgen, auch in der Lehre, mit sich gebracht. Vorlesungen konnten nicht mehr in den Hörsälen der Universitäten und Fachhochschulen stattfinden, sondern mussten auf digitalem Wege durchgeführt werden. Daher spielt das Thema "digitale Lehre" weiterhin eine Rolle im Hochschulalltag. Im Studiengang Mechatronik an der HSHL wird in einigen Vorlesungen auf das invertierte Klassenzimmer gesetzt. Dies ist ein Konzept, bei dem sich Studierende die Vorlesungen im Vorfeld per Video anschauen und den gelernten Inhalt dann im Hörsaal diskutieren und vertiefen. Um in den Videoaufnahmen für ausreichende Beleuchtung zu sorgen, kommen z.B. LED-Scheinwerfer zum Einsatz. Im Betrieb wird von den LED-Panels Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss, um den Scheinwerfer nicht zu beschädigen und damit langlebiger zu machen. Dieses Projekt beschäftigt sich mit dem [https://store.godox.eu/de/led-leuchten1/160-godox-sl-60w-led-videoleuchte-tageslicht-6952344210307.html Godox SL60W] Scheinwerfer, welcher die Wärme über einen Kühlkörper mit darauf montiertem Lüfter abführt. Der verbaute Lüfter wird allerdings nicht geregelt, sondern nur in Abhängigkeit von der mit einem Drehpotentiometer eingestellten Helligkeitsstufe mit konstanter Drehzahl gesteuert. Dies sorgt für Lärm, welcher bei den Aufnahmen stören kann. Um den Lärm möglichst gering zu halten, soll der Lüfter in Abhängigkeit von der aktuellen, gemessenen Temperatur am Scheinwerfer geregelt werden. Die Regelung wird von einem Mikrocontroller (kurz: µC) übernommen, der zunächst ausgewählt werden muss. Anschließend sind Schaltungen zum Auslesen des Temperatursensors und zum Ansteuern des Lüfters zu entwerfen, testen und integrieren. Danach wird ein Modell des Systems in MATLAB/Simulink gebildet, um den Regler auszulegen und am realen System zu testen.

	= Entwicklung der Elektronik =		= Entwicklung der Elektronik =

Daniel Gosedopp: /* Auslegung von Messschaltungen */

2022-11-15T21:10:56Z

Auslegung von Messschaltungen

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:10 Uhr
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	Abschließend erfolgt ein Test der Schaltung. Dazu wird diese auf einem Steckbrett aufgebaut, die Spannung $U_{ADU}$ von einem analogen Eingang des Arduino Nano ausgelesen und der berechnete Temperaturwert über einen seriellen Monitor ausgegeben. Der Vergleich mit der auf dem Display des Scheinwerfers angezeigten Temperatur bestätigt den Einsatz dieser Messschaltung.		Abschließend erfolgt ein Test der Schaltung. Dazu wird diese auf einem Steckbrett aufgebaut, die Spannung <math>U_{ADU}</math> von einem analogen Eingang des Arduino Nano ausgelesen und der berechnete Temperaturwert über einen seriellen Monitor ausgegeben. Der Vergleich mit der auf dem Display des Scheinwerfers angezeigten Temperatur bestätigt den Einsatz dieser Messschaltung.

	=== Kennwerte des Sensors ===		=== Kennwerte des Sensors ===

Daniel Gosedopp: /* Inbetriebnahme der Regelung am Scheinwerfer */

2022-11-15T21:10:30Z

Inbetriebnahme der Regelung am Scheinwerfer

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:10 Uhr
Zeile 290:		Zeile 290:
	Mit den im Modell optimierten Reglerparametern ergibt sich ein Einschwingvorgang im Temperatur- und Stellgrößenverlauf. Daher wird die Zeitkonstante <math>T_I</math> solange erhöht, bis der Regler die Sollgröße ohne signifikantes Einschwingen erreicht. Dabei ist es wichtig, den Scheinwerfer nach jedem neuen Test abkühlen zu lassen, um gleiche Rahmenbedingungen zu schaffen. Erst dann kann ein aussagekräftiger Vergleich der Ergebnisse durchgeführt werden. Bei einem Wert von <math>T_I = 74,4</math> tritt erstmalig ein gutes, nahezu schwingungsfreies Verhalten der Regelgröße auf. Ein Vergleich der Verläufe mit den im Modell und am System optimierten Parametern zeigt Abbildung 17.		Mit den im Modell optimierten Reglerparametern ergibt sich ein Einschwingvorgang im Temperatur- und Stellgrößenverlauf. Daher wird die Zeitkonstante <math>T_I</math> solange erhöht, bis der Regler die Sollgröße ohne signifikantes Einschwingen erreicht. Dabei ist es wichtig, den Scheinwerfer nach jedem neuen Test abkühlen zu lassen, um gleiche Rahmenbedingungen zu schaffen. Erst dann kann ein aussagekräftiger Vergleich der Ergebnisse durchgeführt werden. Bei einem Wert von <math>T_I = 74,4</math> tritt erstmalig ein gutes, nahezu schwingungsfreies Verhalten der Regelgröße auf. Ein Vergleich der Verläufe mit den im Modell und am System optimierten Parametern zeigt Abbildung 17.

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	File:Godox_Reglervergleich_Real.PNG\|<b>Abbildung 17: Reglervergleich am realen System.</b>		File:Godox_Reglervergleich_Real.PNG\|<b>Abbildung 17: Reglervergleich am realen System.</b>
	</gallery>		</gallery>

Daniel Gosedopp: /* Reglerauslegung in der Simulation */

2022-11-15T21:10:24Z

Reglerauslegung in der Simulation

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:10 Uhr
Zeile 275:		Zeile 275:
	Mit diesen Werten kann in Simulink ein Vergleich der beiden Ergebnisse erfolgen (siehe Abbildung 15). Anders als bei der Aufnahme der Regelstrecke wird jetzt der Aufwärmvorgang des Scheinwerfers mit einem <math>PT_1</math>-Glied modelliert, da dies der Realität entspricht. Auf Basis verschiedener Messungen wird eine Solltemperatur von <math>T_{soll} = 35\,^{\circ}C</math> gewählt. Diese kann bei maximaler Helligkeitsstufe und einer Umgebungstemperatur von weniger als <math>21\,^{\circ}C</math> problemlos erreicht werden. Lediglich bei sommerlichen Temperaturen bleibt eine Regeldifferenz und der Lüfter läuft mit maximaler Drehzahl. Die im vorherigen Kapitel erwähnte ROI wird daher auf einen Bereich von <math>32\,^{\circ}C</math> bis <math>38\,^{\circ}C</math> festgelegt.		Mit diesen Werten kann in Simulink ein Vergleich der beiden Ergebnisse erfolgen (siehe Abbildung 15). Anders als bei der Aufnahme der Regelstrecke wird jetzt der Aufwärmvorgang des Scheinwerfers mit einem <math>PT_1</math>-Glied modelliert, da dies der Realität entspricht. Auf Basis verschiedener Messungen wird eine Solltemperatur von <math>T_{soll} = 35\,^{\circ}C</math> gewählt. Diese kann bei maximaler Helligkeitsstufe und einer Umgebungstemperatur von weniger als <math>21\,^{\circ}C</math> problemlos erreicht werden. Lediglich bei sommerlichen Temperaturen bleibt eine Regeldifferenz und der Lüfter läuft mit maximaler Drehzahl. Die im vorherigen Kapitel erwähnte ROI wird daher auf einen Bereich von <math>32\,^{\circ}C</math> bis <math>38\,^{\circ}C</math> festgelegt.

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	File:Godox_Reglervergleich.PNG\|<b>Abbildung 15: Vergleich der Regler in der Simulation.</b>		File:Godox_Reglervergleich.PNG\|<b>Abbildung 15: Vergleich der Regler in der Simulation.</b>
	</gallery>		</gallery>
Zeile 281:		Zeile 281:
	Auffällig ist, dass der Regler mit den Parametern von Ziegler-Nichols ein Einschwingverhalten aufweist und von Chien, Hrones und Reswick sehr lange braucht, um den Sollwert zu erreichen. Das Stellgrößenverhalten ist bei dem Regler nach Chien, Hrones und Reswick weniger schwingend und verursacht damit auch weniger Lärm. Deshalb werden diese Parameter durch Ausprobieren weiter verbessert, sodass die Sollgröße schneller erreicht wird. Dazu wird die Zeitkonstante des I-Anteils sukzessive verringert. Es ergeben sich im Modell bis zu einem Wert von <math>T_I = 27,9</math> immer bessere Ergebnisse, d.h. die Solltemperatur wird bei nicht schwankender Stellgröße schneller erreicht (siehe Abbildung 16). Wird <math>T_I</math> weiter verringert, ergibt sich ein unerwünschtes Einschwingverhalten.		Auffällig ist, dass der Regler mit den Parametern von Ziegler-Nichols ein Einschwingverhalten aufweist und von Chien, Hrones und Reswick sehr lange braucht, um den Sollwert zu erreichen. Das Stellgrößenverhalten ist bei dem Regler nach Chien, Hrones und Reswick weniger schwingend und verursacht damit auch weniger Lärm. Deshalb werden diese Parameter durch Ausprobieren weiter verbessert, sodass die Sollgröße schneller erreicht wird. Dazu wird die Zeitkonstante des I-Anteils sukzessive verringert. Es ergeben sich im Modell bis zu einem Wert von <math>T_I = 27,9</math> immer bessere Ergebnisse, d.h. die Solltemperatur wird bei nicht schwankender Stellgröße schneller erreicht (siehe Abbildung 16). Wird <math>T_I</math> weiter verringert, ergibt sich ein unerwünschtes Einschwingverhalten.

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	File:Godox_Regleroptimierung.PNG\|<b>Abbildung 16: Optimiertes Reglerverhalten in der Simulation.</b>		File:Godox_Regleroptimierung.PNG\|<b>Abbildung 16: Optimiertes Reglerverhalten in der Simulation.</b>
	</gallery>		</gallery>

Daniel Gosedopp: /* Aufnahme der Regelstrecke */

2022-11-15T21:09:25Z

Aufnahme der Regelstrecke

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:09 Uhr
Zeile 248:		Zeile 248:
	Um den Regler in der Simulation auszulegen, ist es notwendig, das Verhalten der Regelstrecke zu kennen. Dies wird mit der experimentellen Modellbildung ermittelt. Dazu wird ein Einheitssprung auf die Eingangsgröße der Regelstrecke gegeben und die Ausgangsgröße aufgenommen. In diesem Anwendungsfall wird der Lüfter also mit maximalem Vergleichsregisterwert von <math>n_{PWM}=255</math> bzw. einem Tastverhältnis von <math>V_{PWM}=100\,\%</math> angesteuert. Der Scheinwerfer wird zuvor auf eine Temperatur von ca. <math>48\,^{\circ}C</math> (eingeschwungener Zustand) aufgeheizt. Die Sprungantwort zeigt Abbildung 14 in rot. Der blaue Verlauf stellt die bei der Sprungantwortmethode notwendige Approximation mit einem <math>PT_1T_t</math>-Glied dar. Die Parameter der Übertragungsfunktion werden aus der Sprungantwort abgelesen.		Um den Regler in der Simulation auszulegen, ist es notwendig, das Verhalten der Regelstrecke zu kennen. Dies wird mit der experimentellen Modellbildung ermittelt. Dazu wird ein Einheitssprung auf die Eingangsgröße der Regelstrecke gegeben und die Ausgangsgröße aufgenommen. In diesem Anwendungsfall wird der Lüfter also mit maximalem Vergleichsregisterwert von <math>n_{PWM}=255</math> bzw. einem Tastverhältnis von <math>V_{PWM}=100\,\%</math> angesteuert. Der Scheinwerfer wird zuvor auf eine Temperatur von ca. <math>48\,^{\circ}C</math> (eingeschwungener Zustand) aufgeheizt. Die Sprungantwort zeigt Abbildung 14 in rot. Der blaue Verlauf stellt die bei der Sprungantwortmethode notwendige Approximation mit einem <math>PT_1T_t</math>-Glied dar. Die Parameter der Übertragungsfunktion werden aus der Sprungantwort abgelesen.

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	File:Godox_Sprungantwort.PNG\|<b>Abbildung 14: Sprungantwort der Regelstrecke.</b>		File:Godox_Sprungantwort.PNG\|<b>Abbildung 14: Sprungantwort der Regelstrecke.</b>
	</gallery>		</gallery>

Daniel Gosedopp: /* Regelziel und Regelkreis */

2022-11-15T21:08:34Z

Regelziel und Regelkreis

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:08 Uhr
Zeile 241:		Zeile 241:
	Bei der Vorgehensweise zum Entwurf eines Reglers wird zunächst das Regelziel formuliert. Wie aus der Aufgabenstellung hervorgeht, ist die Regelgröße <math>x</math> des Projekts die Temperatur des Scheinwerfers am LED-Panel (<math>T_{ist}</math>). Dadurch wird der Lüfter nicht in Abhängigkeit der eingestellten Helligkeitsstufe gesteuert, sondern temperaturabhängig geregelt. Ziel ist es, den vom Lüfter ausgehenden Lärm zu minimieren. Um lärmentwickelnde Drehzahlschwankungen zu vermeiden, sollte die Regelgröße möglichst präzise auf der Führungsgröße gehalten werden. Mit Störungen, auf die schnell reagiert werden muss, ist bei diesem trägen System nicht zu rechnen, weshalb ein gutes Führungsverhalten das primäre Ziel der Regelung ist. Ausgehend von der Regelgröße <math>T_{ist}</math> wird der Regelkreis sukzessive aufgebaut. Die Messgröße <math>r</math> entspricht der mit dem NTC gemessenen Temperatur <math>T_{mess}</math>, sodass die Führungsgröße <math>w</math> die Solltemperatur <math>T_{soll}</math> ist. Der Lüfter wird über ein PWM-Signal angesteuert, dessen Tastverhältnis <math>V_{PWM}</math> durch Änderung des Wertes <math>n</math> im Vergleichsregister der Zähler/Zeitgeber-Einheit des µCs variiert wird. Dieser Wert wird der Stellgröße <math>y_R</math> zugeordnet, um den in der Simulation getesteten Regler genauso auf dem µC in Betrieb nehmen zu können. Die Stellgröße des Stellgliedes ist eine Kühlleistung <math>P_{k\ddot{u}hl}</math>, welche auf die Regelstrecke, also das dynamische System "Scheinwerfer", wirkt. Der Regelkreis sieht wie in Abbildung 13 dargestellt aus.		Bei der Vorgehensweise zum Entwurf eines Reglers wird zunächst das Regelziel formuliert. Wie aus der Aufgabenstellung hervorgeht, ist die Regelgröße <math>x</math> des Projekts die Temperatur des Scheinwerfers am LED-Panel (<math>T_{ist}</math>). Dadurch wird der Lüfter nicht in Abhängigkeit der eingestellten Helligkeitsstufe gesteuert, sondern temperaturabhängig geregelt. Ziel ist es, den vom Lüfter ausgehenden Lärm zu minimieren. Um lärmentwickelnde Drehzahlschwankungen zu vermeiden, sollte die Regelgröße möglichst präzise auf der Führungsgröße gehalten werden. Mit Störungen, auf die schnell reagiert werden muss, ist bei diesem trägen System nicht zu rechnen, weshalb ein gutes Führungsverhalten das primäre Ziel der Regelung ist. Ausgehend von der Regelgröße <math>T_{ist}</math> wird der Regelkreis sukzessive aufgebaut. Die Messgröße <math>r</math> entspricht der mit dem NTC gemessenen Temperatur <math>T_{mess}</math>, sodass die Führungsgröße <math>w</math> die Solltemperatur <math>T_{soll}</math> ist. Der Lüfter wird über ein PWM-Signal angesteuert, dessen Tastverhältnis <math>V_{PWM}</math> durch Änderung des Wertes <math>n</math> im Vergleichsregister der Zähler/Zeitgeber-Einheit des µCs variiert wird. Dieser Wert wird der Stellgröße <math>y_R</math> zugeordnet, um den in der Simulation getesteten Regler genauso auf dem µC in Betrieb nehmen zu können. Die Stellgröße des Stellgliedes ist eine Kühlleistung <math>P_{k\ddot{u}hl}</math>, welche auf die Regelstrecke, also das dynamische System "Scheinwerfer", wirkt. Der Regelkreis sieht wie in Abbildung 13 dargestellt aus.

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	File:Godox_Regelkreis.PNG\|<b>Abbildung 13: Temperaturregelkreis des Scheinwerfers.</b>		File:Godox_Regelkreis.PNG\|<b>Abbildung 13: Temperaturregelkreis des Scheinwerfers.</b>
	</gallery>		</gallery>

Daniel Gosedopp: /* Umsetzung und Integration der Hardware */

2022-11-15T21:07:41Z

Umsetzung und Integration der Hardware

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:07 Uhr
Zeile 209:		Zeile 209:
	Für die Integration der Gesamtschaltung im Scheinwerfer eignet sich ein Steckbrett nicht, weshalb die Umsetzung auf einer Lochrasterplatine erfolgt. Der Arduino Nano wird nach Abbildung 9 in die Messschaltung und Lüfterschaltung integriert.		Für die Integration der Gesamtschaltung im Scheinwerfer eignet sich ein Steckbrett nicht, weshalb die Umsetzung auf einer Lochrasterplatine erfolgt. Der Arduino Nano wird nach Abbildung 9 in die Messschaltung und Lüfterschaltung integriert.

	<gallery mode = "traditional" widths=~~1029px~~ heights=~~286px~~>		<gallery mode = "traditional" widths=700px heights=194px>
	File:Godox_Gesamtschaltung.PNG\|<b>Abbildung 9: Integration des Arduino Nano in die Gesamtschaltung.</b>		File:Godox_Gesamtschaltung.PNG\|<b>Abbildung 9: Integration des Arduino Nano in die Gesamtschaltung.</b>
	</gallery>		</gallery>
Zeile 215:		Zeile 215:
	Ein auf dem Arduino integrierter <math>5\,V</math> Spannungsregler erlaubt die Spannungsversorgung über das <math>24\,W</math> LED-Netzteil an den Pins <math>V_{IN}</math> und <math>GND</math>. Die Messschaltung wird vom <math>5\,V</math> Pin betrieben und das Sensorsignal am analogen Eingang <math>A0</math> abgegriffen. Das PWM-Signal zum Schalten des MOSFETs der Lüfterschaltung wird am digitalen Ausgang <math>D11</math> erzeugt. Die fertige Platine zeigt Abbildung 10.		Ein auf dem Arduino integrierter <math>5\,V</math> Spannungsregler erlaubt die Spannungsversorgung über das <math>24\,W</math> LED-Netzteil an den Pins <math>V_{IN}</math> und <math>GND</math>. Die Messschaltung wird vom <math>5\,V</math> Pin betrieben und das Sensorsignal am analogen Eingang <math>A0</math> abgegriffen. Das PWM-Signal zum Schalten des MOSFETs der Lüfterschaltung wird am digitalen Ausgang <math>D11</math> erzeugt. Die fertige Platine zeigt Abbildung 10.

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	File:Godox_Lochrasterplatine.PNG\|<b>Abbildung 10: Verlötete Lochrasterplatine in Vorder- und Rückansicht.</b>		File:Godox_Lochrasterplatine.PNG\|<b>Abbildung 10: Verlötete Lochrasterplatine in Vorder- und Rückansicht.</b>
	</gallery>		</gallery>
Zeile 223:		Zeile 223:
	Die Platine des LED-Netzteils wird aus Platzgründen zunächst aus dem Gehäuse entnommen und in ein eigens entworfenes, 3D-gedrucktes Gehäuse geklebt. Dazu werden die Kantenlängen der Platine mit einem Messschieber gemessen und auf Basis dieser Maße in SolidWorks ein 3D-Modell des neuen Gehäuses erstellt. Aus dem Modell lässt sich eine *.stl-Datei erstellen, aus der von einer weiteren Software g-Code generiert wird. Dieser erhält für einen 3D-Drucker interpretierbare Anweisungen zur additiven Fertigung des Gehäuses. Das Modell sowie das Ergebnis zeigt Abbildung 11.		Die Platine des LED-Netzteils wird aus Platzgründen zunächst aus dem Gehäuse entnommen und in ein eigens entworfenes, 3D-gedrucktes Gehäuse geklebt. Dazu werden die Kantenlängen der Platine mit einem Messschieber gemessen und auf Basis dieser Maße in SolidWorks ein 3D-Modell des neuen Gehäuses erstellt. Aus dem Modell lässt sich eine *.stl-Datei erstellen, aus der von einer weiteren Software g-Code generiert wird. Dieser erhält für einen 3D-Drucker interpretierbare Anweisungen zur additiven Fertigung des Gehäuses. Das Modell sowie das Ergebnis zeigt Abbildung 11.

	<gallery mode = "traditional" widths=~~987px~~ heights=~~474px~~>		<gallery mode = "traditional" widths=600px heights=288px>
	File:Godox_Netzteilgehaeuse.PNG\|<b>Abbildung 11: Gehäuse für das Netzteil als 3D-Modell (links) und als 3D-gedrucktes Bauteil (rechts).</b>		File:Godox_Netzteilgehaeuse.PNG\|<b>Abbildung 11: Gehäuse für das Netzteil als 3D-Modell (links) und als 3D-gedrucktes Bauteil (rechts).</b>
	</gallery>		</gallery>
Zeile 229:		Zeile 229:
	Zur Fixierung der Platine im Gehäuse wird Silikon verwendet. Die Integration des LED-Netzteils und der Lochrasterplatine im Scheinwerfer zeigt Abbildung 12. Das Netzteil des Scheinwerfers ist auf einer Kunststoffplatte verschraubt, welche auf der Oberseite Platz zum Einbau der Lochrasterplatine in Längsrichtung bietet. So wird der Luftstrom möglichst wenig beeinflusst. Außerdem ist auf der Unterseite Platz zum Verbau des LED-Netzteils, welches mit <math>230\,V</math> Wechselspannung versorgt wird (hellblaues und hellbraunes Kabel links mittig im Bild). Zur Fixierung wird zunächst doppelseitiges Klebeband verwendet. Die Komponenten werden danach ebenfalls mit Silikon an die Kunststoffplatte geklebt. Die zwei weißen Kabel in der Mitte des Bildes werden zur <math>12\,V</math> Spannungsversorgung mit der oben erwähnten grünen Klemme verschraubt.		Zur Fixierung der Platine im Gehäuse wird Silikon verwendet. Die Integration des LED-Netzteils und der Lochrasterplatine im Scheinwerfer zeigt Abbildung 12. Das Netzteil des Scheinwerfers ist auf einer Kunststoffplatte verschraubt, welche auf der Oberseite Platz zum Einbau der Lochrasterplatine in Längsrichtung bietet. So wird der Luftstrom möglichst wenig beeinflusst. Außerdem ist auf der Unterseite Platz zum Verbau des LED-Netzteils, welches mit <math>230\,V</math> Wechselspannung versorgt wird (hellblaues und hellbraunes Kabel links mittig im Bild). Zur Fixierung wird zunächst doppelseitiges Klebeband verwendet. Die Komponenten werden danach ebenfalls mit Silikon an die Kunststoffplatte geklebt. Die zwei weißen Kabel in der Mitte des Bildes werden zur <math>12\,V</math> Spannungsversorgung mit der oben erwähnten grünen Klemme verschraubt.

	<gallery mode = "traditional" widths=~~515px~~ heights=~~632px~~>		<gallery mode = "traditional" widths=350px heights=428px>
	File:Godox_Hardwareintegration.PNG\|<b>Abbildung 12: Integration der Hardware im Scheinwerfer.</b>		File:Godox_Hardwareintegration.PNG\|<b>Abbildung 12: Integration der Hardware im Scheinwerfer.</b>
	</gallery>		</gallery>

Daniel Gosedopp: /* Ansteuerung des Lüfters */

2022-11-15T21:05:09Z

Ansteuerung des Lüfters

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:05 Uhr
Zeile 188:		Zeile 188:
	Da das Netzteil des Scheinwerfers keine konstanten <math>12\,V</math> für den Lüfter liefert, sondern abhängig von der eingestellten Helligkeitsstufe des LED-Panels eine rein analoge Spannung von <math>8,7\,V</math> bis <math>11,2\,V</math>, kann dieses zur Ansteuerung nicht genutzt werden. Die Ansteuerung mittels eines PWM-Signals, welches vom Mikrocontroller ausgesendet wird, ist nur bei konstanter Versorgungsspannung beherrschbar. Das LED-Panel wird mit einer Spannung von <math>26,2\,V</math> bis <math>31,6\,V</math> versorgt. Zuerst wird überprüft, ob diese Spannung genutzt werden kann, um einen <math>12\,V</math> Spannungsregler zu betreiben. Der LM7812 Chip kann eine Eingangsspannung von <math>14\,V</math> bis <math>35\,V</math> auf eine Ausgangsspannung von <math>12\,V</math> bei einem maximalen Strom von <math>1\,A</math> regeln. Da der Lüfter laut Aufdruck bei einer Betriebsspannung von <math>12\,V</math> eine Stromaufnahme von <math>80\,mA</math> aufweist, kann dieser mit dem Spannungsregler problemlos betrieben werden. Es stellt sich allerdings heraus, dass mit dem Aufbau die Spannung am LED-Panel zusammenbricht und dieses nicht mehr leuchtet. Also muss ein separates Netzteil verwendet werden. Damit ein gemeinsames Massepotential gegeben ist, werden alle Komponenten der Regelung (Lüfter, Sensor, Mikrocontroller) von dem Netzteil gespeist. Verwendet wird ein <math>24\,W</math> LED-Netzteil, das eine Ausgangsspannung von <math>12\,V</math> liefert. Die entworfene Schaltung zur Ansteuerung des Lüfters mittels PWM zeigt Abbildung 8.		Da das Netzteil des Scheinwerfers keine konstanten <math>12\,V</math> für den Lüfter liefert, sondern abhängig von der eingestellten Helligkeitsstufe des LED-Panels eine rein analoge Spannung von <math>8,7\,V</math> bis <math>11,2\,V</math>, kann dieses zur Ansteuerung nicht genutzt werden. Die Ansteuerung mittels eines PWM-Signals, welches vom Mikrocontroller ausgesendet wird, ist nur bei konstanter Versorgungsspannung beherrschbar. Das LED-Panel wird mit einer Spannung von <math>26,2\,V</math> bis <math>31,6\,V</math> versorgt. Zuerst wird überprüft, ob diese Spannung genutzt werden kann, um einen <math>12\,V</math> Spannungsregler zu betreiben. Der LM7812 Chip kann eine Eingangsspannung von <math>14\,V</math> bis <math>35\,V</math> auf eine Ausgangsspannung von <math>12\,V</math> bei einem maximalen Strom von <math>1\,A</math> regeln. Da der Lüfter laut Aufdruck bei einer Betriebsspannung von <math>12\,V</math> eine Stromaufnahme von <math>80\,mA</math> aufweist, kann dieser mit dem Spannungsregler problemlos betrieben werden. Es stellt sich allerdings heraus, dass mit dem Aufbau die Spannung am LED-Panel zusammenbricht und dieses nicht mehr leuchtet. Also muss ein separates Netzteil verwendet werden. Damit ein gemeinsames Massepotential gegeben ist, werden alle Komponenten der Regelung (Lüfter, Sensor, Mikrocontroller) von dem Netzteil gespeist. Verwendet wird ein <math>24\,W</math> LED-Netzteil, das eine Ausgangsspannung von <math>12\,V</math> liefert. Die entworfene Schaltung zur Ansteuerung des Lüfters mittels PWM zeigt Abbildung 8.

	<gallery mode = "traditional" widths=~~639px~~ heights=~~414px~~>		<gallery mode = "traditional" widths=450px heights=291px>
	File:Godox_Luefterschaltung.PNG\|<b>Abbildung 8: Schaltung zur Ansteuerung des Lüfters.</b>		File:Godox_Luefterschaltung.PNG\|<b>Abbildung 8: Schaltung zur Ansteuerung des Lüfters.</b>
	</gallery>		</gallery>

Daniel Gosedopp am 15. November 2022 um 21:04 Uhr

2022-11-15T21:04:11Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 23:04 Uhr
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	= Aufgabenstellung =		= Aufgabenstellung =
	Die COVID-19 Pandemie hat weitreichende Folgen, auch in der Lehre, mit sich gebracht. Vorlesungen konnten nicht mehr in den Hörsälen der Universitäten und Fachhochschulen stattfinden, sondern mussten auf digitalem Wege durchgeführt werden. Daher spielt das Thema "digitale Lehre" weiterhin eine Rolle im Hochschulalltag. Im Studiengang Mechatronik an der HSHL wird in einigen Vorlesungen auf das invertierte Klassenzimmer gesetzt. Dies ist ein Konzept, bei dem sich Studierende die Vorlesungen im Vorfeld per Video anschauen und den gelernten Inhalt dann im Hörsaal diskutieren und vertiefen. Um in den Videoaufnahmen für ausreichende Beleuchtung zu sorgen, kommen z.B. LED-Scheinwerfer zum Einsatz. Im Betrieb wird von den LED-Panels Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss, um den Scheinwerfer nicht zu beschädigen und damit langlebiger zu machen. Dieses Projekt beschäftigt sich mit dem Godox SL60W Scheinwerfer, welcher die Wärme über einen Kühlkörper mit darauf montiertem Lüfter abführt. Der verbaute Lüfter wird allerdings nicht geregelt, sondern nur in Abhängigkeit von der mit einem Drehpotentiometer eingestellten Helligkeitsstufe mit konstanter Drehzahl gesteuert. Dies sorgt für Lärm, welcher bei den Aufnahmen stören kann. Um den Lärm möglichst gering zu halten, soll der Lüfter in Abhängigkeit von der aktuellen, gemessenen Temperatur am Scheinwerfer geregelt werden. Die Regelung wird von einem Mikrocontroller (kurz: µC) übernommen, der zunächst ausgewählt werden muss. Anschließend sind Schaltungen zum Auslesen des Temperatursensors und zum Ansteuern des Lüfters zu entwerfen, testen und integrieren. Danach wird ein Modell des Systems in MATLAB/Simulink gebildet, um den Regler auszulegen und am realen System zu testen.		Die COVID-19 Pandemie hat weitreichende Folgen, auch in der Lehre, mit sich gebracht. Vorlesungen konnten nicht mehr in den Hörsälen der Universitäten und Fachhochschulen stattfinden, sondern mussten auf digitalem Wege durchgeführt werden. Daher spielt das Thema "digitale Lehre" weiterhin eine Rolle im Hochschulalltag. Im Studiengang Mechatronik an der HSHL wird in einigen Vorlesungen auf das invertierte Klassenzimmer gesetzt. Dies ist ein Konzept, bei dem sich Studierende die Vorlesungen im Vorfeld per Video anschauen und den gelernten Inhalt dann im Hörsaal diskutieren und vertiefen. Um in den Videoaufnahmen für ausreichende Beleuchtung zu sorgen, kommen z.B. LED-Scheinwerfer zum Einsatz. Im Betrieb wird von den LED-Panels Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss, um den Scheinwerfer nicht zu beschädigen und damit langlebiger zu machen. Dieses Projekt beschäftigt sich mit dem Godox SL60W Scheinwerfer, welcher die Wärme über einen Kühlkörper mit darauf montiertem Lüfter abführt. Der verbaute Lüfter wird allerdings nicht geregelt, sondern nur in Abhängigkeit von der mit einem Drehpotentiometer eingestellten Helligkeitsstufe mit konstanter Drehzahl gesteuert. Dies sorgt für Lärm, welcher bei den Aufnahmen stören kann. Um den Lärm möglichst gering zu halten, soll der Lüfter in Abhängigkeit von der aktuellen, gemessenen Temperatur am Scheinwerfer geregelt werden. Die Regelung wird von einem Mikrocontroller (kurz: µC) übernommen, der zunächst ausgewählt werden muss. Anschließend sind Schaltungen zum Auslesen des Temperatursensors und zum Ansteuern des Lüfters zu entwerfen, testen und integrieren. Danach wird ein Modell des Systems in MATLAB/Simulink gebildet, um den Regler auszulegen und am realen System zu testen.


	= Entwicklung der Elektronik =		= Entwicklung der Elektronik =

Daniel Gosedopp: Die Seite wurde neu angelegt: „'''Autor:''' Daniel Gosedopp
'''Betreuer:''' Prof. Göbel
= Aufgabenstellung = Die COVID-19 Pandemie hat weitreichende Folgen, auch in der Lehre, mit sich gebracht. Vorlesungen konnten nicht mehr in den Hörsälen der Universitäten und Fachhochschulen stattfinden, sondern mussten auf digitalem Wege durchgeführt werden. Daher spielt das Thema "digitale Lehre" weiterhin eine Rolle im H…“

2022-11-15T21:03:33Z

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