Eigenbau eines DMX-gesteuerten Lichtmischers mit 4 Leuchtstoffröhren

Vier Leuchtstoffröhren in den Farben Weiß, Rot, Grün und Blau

Wer möchte nicht für jede Stimmung die richtige Lichtfarbe, sich durch schöne Farbwechsel entspannen oder auf Partys einen netten Lichteffekt haben? Diese Gründe motivierten mich ein "Mood-Light" zu entwerfen, dass seine Lichtfarbe langsam ändern kann. Zum Zeitpunkt als dieses Projekt verwirklicht wurde (Frühjar 2008), was nichts dergleichen zu erschwinglichen Preisen erhältlich. Allerdings waren im hochpreisigen Profi-Segment durchaus leuchtstarke Geräte zu finden.

Für das Projekt muste eine Lichtquelle ausgewählt werden. Die gebräuchlichsten Lichtquellen sind: Glühbirnen, Leuchtstoffröhren oder LEDs. Die erste Art zeichnet sich dadurch aus, dass Glühbirnen vor allem Wärme anstatt Licht produzieren. Die dritte Art kann zur Zeit (Frühjar 2008) beim Preis-Leistungsverhältnis noch nicht mit den Leuchtstoffröhren mithalten. Ich habe mich desshlab für den Aufbau mit Leuchtstoffröhren entschieden.

Der Nachbau erfolgt auf eigene Gefahr. Ich gebe keinerlei Gewähr dafür, dass die hier dargestellte Schaltung frei von Fehlern ist, eine allgemeine Gebrauchsfähigkeit besitzt oder gar für einen bestimmten Zweck geeignet ist. Ich übernehme keinerlei Haftung für direkte und indirekte Schäden, Folgeschäden oder Personenschäden die sich aus der Verwendung der hier dargestellten Informationen ergeben. Der fahrlässige oder fehlerhafte Umgang mit Netzspannung ist potentiell tödlich!
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Leuchtstoffröhren, Lichtleisten und Dimmer

Eines der wichtigsten Bauteile des Projekts sind die verwendeten Dimmer für die Leuchtstoffröhren. Da Leuchtstoffröhren nicht mit einem klassichen Dimmer (egal ob Transformator, Phasenanschnitt- oder Phasenabschnittsdimmer) gedimmt werden können, braucht man ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) das über eine Dimmfunktion verfügt. Dieses Feature lassen sich die Hersteller großzuügig vergüten. Beim Kauf ist darauf zu achten, dass man sie nur an Leuchtstoffröhren mit der angegebenen Leistung und dem passenden Durchmesser verwenden kann. Dabei hängt die elektrische Leistung der Leuchtstoffröhre von der Länge und ihrem Durchmesser ab. Es gibt zwei gebräuchliche Druchmesser die mit T5 und T8 bezeichnet werden. Außerdem sollte beachtet werden, dass es neben EVGs für den Anschluss von einer Leuchtstoffröhre (1x-EVG genannt) auch EVGs für den Betrieb von gleichzeitig 2 oder 4 Leuchtstoffröhren gibt (auch 2x bzw. 4x genannt).

Das Dimmen wird durch ein analoges Strom/Spannungs-Signal über 2 Signalleitungen gesteuert. Dieses System wurde ursprünglich für eine Steuerung mit einem einfachen Potentiometer ausgelegt. An einem Anschluss liegen +10 V an, die über einen variablen Widerstand mit dem zweiten Anschluss verbunden werden. Je nach Größe des Widerstands fällt über ihn eine unterschiedliche Spannung ab. Diese wird vom EVG gemessen und zum dimmen der Leuchtstoffröhre benutzt. Es ist Möglich, dass das System wie ein Spannungsteiler funktioniert, bei dem ein fester Widerstand im EVG sitzt und den Strom auf die (aufgedruckten) 0,6 mA begrenzt. Der zweiten Widerstand (das Potentiometer) wird dann extern am EVG angeschlossen werden.
Um das EVG elektronisch mit einem Mikrocontroller zu steuern, wird zwischen den Dimmer-Anschlüssen eine steuerbare Spannungsquelle angeschlossen. Sie muss eine Spannung zwischen 0 V und 10 V erzeugen und einen Strom von mindesten 0,6 mA liefern können. Da der verwendete Atmel Mikrocontroller mit 5 V läuft können seine Output-Pins nicht direkt zum Steuern des EVGs genutzt werden, da die maximale Spannung zu gering ist. Bei der hier verwendeten Lösung wird vom Mikrocontroller ein PWM-Signal erzeugt und mit zwei RC-Gliedern gefilter. So lässt sich eine Spannung im Bereich 0 V - 5 V erzeugen. Diese wird mit einem Operationsverstärker (OP) vom Typ LM358 verdoppelt, so dass ein Bereich von 0 V - 10 V abgedeckt wird. Für seinen Betrieb wird eine 12 V Versorgungsspannung benötigt.

Ich habe von den hier abgebildeten, dimmbaren EVGs 4 Stück günstig bei Ebay erstanden. Jedes ist für den Betrieb von einer Leuchtstoffröhre mit 120 cm Länge und einer Leistung von 36 W bestimmt (T8). Zweifelsfrei lässt sich dies über die genaue Gerätebezeichnung feststellen. Ein Hinweis sind auch aufgedruckte Texte wie "1x36" oder "1xL36".

Ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) vom Typ HF-1x36/230-240 DIM das für das Dimmen der Leuchtstoffröhren verwendet wird.

Als Fassungen für die Leuchtstoffröhren verwende ich billige Lichtleisten aus dem Baumarkt ( 3,99 € pro Stück). Ich hatte Glück und diese Lichtleisten enthielten bereits ein normales EVG (nicht dimmbar) und so war der Austausch relativ leicht. Auf dem folgenden Bild ist in der oberen Lichtleiste noch das originale EVG eingebaut, während es in der unteren bereits gegen ein dimmbares EVG getauscht wurde.

Geöffnete Lichtleisten mit originalem und modifizierten EVGs.

Schaltplan

Der Schaltplan ist eine komplette Neuentwicklung. Als Schaltplan- und Layout-Programm verwende ich das freie Programm KiCad.

Das nächste Bild zeigt einen Auschnitt aus dem Schaltplan. Zu sehen sind zwei 2-stufige RC-Filter und die Oprationsverstärker, die als Spannungsverdoppler geschaltet sind. Ausschnitt aus dem schaltplan des Lichtmischers. Erstellt mit KiCad.
Im Platinen-Layout sieht dieser Teil dann so aus:
Ausschnitt aus dem Layout der Platine für den Lichtmischer. Wurde mit dem kostenlosen KiCad erstellt.

In KiCad besteht die Möglichkeit sich das Layout mit Bauteilen als 3D-Modell anzusehen. Dies kann sehr hilfreich sein um die Platzverhältnisse zu visualisieren:
3D-Ansicht der bestückten Platine

Der Vergleich mit dem handgelöteten Ergebnis kann sich sehen lassen:
Fotographie der fertig bestückten Platine des Lichtmischers. Rechts neben den 3 LEDs ist der Mikroprozessor und am rechten Rand ist der blaue Transformator.

In diesem Video ist der Lichtmischer in Betrieb zu sehen, allerdings konnte die Kamera nicht die volle Schönheit einfangen.
Video des Lichtmischers in Betrieb. Man sieht den Übergang der verschiedenen Farben.