Dauerkalender

LED-Kerze mit Elektromagnet

Natürlich kann man ein angenehmes Ambiente mit einer oder mehreren herkömmlichen Wachskerzen erzeugen und das zu günstigen Konditionen. Doch eine selbst konstruierte Kerze, gesteuert von intelligenter Elektronik, ist etwas ganz Besonderes, vor allem dann, wenn man sie selbst zusammenbaut hat. Und genau das ist das Ziel dieses Versuchs.
Die folgende Schaltung wird mit einem Mikrocontroller aufgebaut. Es kommen lediglich zwei seine Pins, die als Ausgänge parametriert werden, zum Einsatz. Mit einem Ausgang wird eine Leuchtdiode, die das Licht einer echten Kerze imitieren soll, angesteuert. Mit dem zweiten Ausgang wird mit elektrischen Impulsen ein Elektromagnet mit Strom versorgt, was zu Entstehung eines Magnetfeldes führt. Das Zusammenspiel der magnetischen Kräfte des Elektromagneten mit einem festen Magneten, der mit einer aus Papier herausgeschnittenen „Kerzenflamme“ fest verbunden ist, soll die Flammenbewegung einer Kerze nachahmen.

Mikrocontroller

Die Steuerungsaufgaben übernimmt der Mikrocontroller ATTiny85. Der kleine Chip hat acht Füße und kann im Handel für ca. 1 Euro erworben werden. Programm kann mit Arduino IDE erstellt werden. Das Laden des Programms kann mithilfe eines Programmers erledigt werden. Hier ein Beispiel:

Leuchtdiode

Für das Kerzenflamme-Licht ist in unserer Schaltung eine Leuchtdiode zuständig. Da eine echte Kerzenflamme mal heller, mal dunkler leuchtet, wird ihre Helligkeit via PWM-Signal ständig verändert. Die Werte für die aktuelle Helligkeit sowie Leuchtdauer mit der aktuellen Helligkeit werden im Programm via Zufall bestimmt.

Dauermagnet

Für Flammenbewegung sorgen zwei Magnete, die, da sie sehr nah nebeneinander positioniert sind, aufeinander wirken. Der Dauermagnet ist fest mit der „Flamme“ verbunden und kann sich frei bewegen. Die Flamme wird mit einem passenden Papierausschnitt symbolisiert, der sich synchron mit dem Dauermagnet bewegt.

Elektromagnet

Die Funktion eines Elektromagnets übernimmt in unserem Fall eine selbstgewickelte Spule. Um eine Flammenbewegung zu simulieren, wird sie in bestimmten zeitlichen Abständen mit Strom versorgt, was zu Entstehung eines magnetischen Feldes führt. Das Feld wirkt dann auf das Magnetfeld des Dauermagneten, der daraufhin seine Position ändert.

Widerstände

Die Schaltung wird zum Schluss mit zwei Widerständen ergänzt. Mit dem Widerstand R1 wird der Strom der Spule begrenzt. Unter Umständen ist das magnetische Feld, das von der Spule erzeugt wird, zu stark. Unsere Kerzenflamme soll sich nur dezent hin und her bewegen und keine allzu großen Sprünge veranstalten. Mit einem Widerstand können die Bewegungen passend eingestellt werden. Der Widerstand R2 begrenzt den Strom der Leuchtdiode. Grundsätzlich soll man versuchen, die Widerstände möglichst groß zu definieren. So kann der Stromverbrauch der Schaltung minimiert werden. Bei einem Batteriebetrieb ist das ein Punkt, der beachtet werden soll.

Batterie

Die Spannungsversorgung der Schaltung beträgt 4,5 V. Die Spannung kann mithilfe drei 1,5V Batterien bereitgestellt werden. Sie darf die Grenze von 5,5 V nicht überschreiten, da der Mikrocontroller beschädigt werden kann. Bei höherer Spannungsversorgung müsste die Schaltung mit einem Spannungsregler ausgestattet werden, um den Mikrocontroller zu schützen.

Schaltplan

Testschaltung

Programm

int Elektromagnet_Impuls = 3;                         // Pin 2
int Leuchtdiode = 4;                                  // Pin 3

// **************************************************************************************
void setup() {

    pinMode(Elektromagnet_Impuls, OUTPUT);            // I/O als Ausgang definiert
    pinMode(Leuchtdiode, OUTPUT);
}

// **************************************************************************************
void loop() {
        
    digitalWrite(Elektromagnet_Impuls, HIGH);         // Impuls Elektromagnet EIN
    delay (10);                                       // Wartezeit (Impulsdauer)
    digitalWrite(Elektromagnet_Impuls, LOW);          // Impuls Elektromagnet AUS

    int Zufall = random (4,10);                       // Anzahl LED-Dimmvorgänge
    for (int i=0; i < Zufall; i++) {
        int Zufall_Helligkeit = random (50, 255);     // Helligkeit pro Durchgang
        analogWrite(Leuchtdiode, Zufall_Helligkeit);  // LED EIN
        int Zufall_Pause = random (50,100);           // Wartezeit variabel
        delay (Zufall_Pause);
    }
}

// **************************************************************************************      

Das Programm wird mit „Sketch/Mit Programmer hochladen“ geladen. Davor muss der Vorgang „Bootloader brennen“ durchgeführt werden.

Kurzvideo

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