MIMO TECHNOLOGY

Lichtsteuerung

Meine Deckenlampe hat eine 0-10V Eingang um die Lichtstärke zu dimmen. Um die Funktion nutzten zu können, habe ich eine kleine Schaltung entworfen.

Anforderung

• Mit einem Drehdecoder kann die Helligkeit eingestellt werden
• Über eine infrarot LED kann die Helligkeit mit einer Fernbedienung geregelt werden
• Mit einem Schalter kann die Dimmung übersteuert werden

Technik

Mit dem Microkontroller wird der Drehdecoder und die IR LED ausgelesen. Über ein PWM Signal wird die Deckenlampe gesteuert. Um aus dem PWM Signal ein 0-10V Signal zu erzeugen, wird ein RC-Lowpass filter eingesetzt und das Signal mit einem Optokoppler verstärkt.

Schaltung

Das Ziel dieses Lowpasses ist es den AC Anteil so gut es geht auszufiltern damit nur der DC Anteil des Signals übertragen wird.

Je grösser der AC Anteil ist, desto grösser wird der Rippel auf der analogen Spannung. Für diese Anwenung spielt der Rippel keine grosse rolle, trotzdem sollte er so klein wie möglich werden.
Laut der Arduino Seite wird für den Befehl analogWrite(); eine PWM-Basisfrequenz von 980Hz ausgegeben.
Ohne Filter haben wir den maximalen Rippel von 5V.

PWM 5V (75% Duty Cycle)

Mit einem RC Tiefpass versuchen wir nun den Rippel wegzubekommen. Setzen wir die Grenzfrequenz auf die 980Hz, hätten wir nur eine Abschwächung von 3dB (~faktor 1.41 => 5V/1.41=3.5V). Daher verschieben wir die Grenzfrequenz weiter runter, sodass wir bei 980Hz eine grössere Abschwächung haben. Bei einem RC glied liegt die Abschwächung bei 20dB/Dekade. Das bedeutet, bei einer Grenzfrequenz von 98Hz hätten wir eine Abschwächung von 23dB (~faktor 14 => 5V/14,1=35mV) auf den 5V Rippel. Somit würde sich bei einem Duty cycle von 75% eine Spannung von 3.75V +/- 0.35 einstellen.

Grenzfrequenz 98Hz (Rippel: 35mV)

Da dieser Rippel immernoch sehr hoch ist, gehen wir eine Dekade tiefer auf eine Grenzfrequenz von 9.8Hz. Somit haben wir eine Abschwächung von 43dB (~Faktor 141 => 5V/141=3,5mV) und eine Spannung von 3.75V +/- 0.03.

Grenzfrequenz 9,8Hz (Rippel: 3,5mV)

Um die Werte für den Lowpassfilter zu berechnen, schaue ich welche Kondensatoren ich habe. Aktuell habe ich ein 22nF Kondensator. Mit der Formel: R=1/(2*pi*{GrenzFrequenz}*22nF) erhalte ich einen Widerstand von 720kOhm. Mit einem Potentiometer stelle ich diesen Wert ein und baue die Schaltung auf.

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