Links zu Beispielvideos der Pyramide :
Einbau der Vollfarb-LED-Beleuchtung in die gotische Pyramide
Als Erstes drei dringliche Hinweise, die unbedingt beachtet werden müssen:
1. Für diese Art der Beleuchtung ist eine Nutzung der „Standard-Netzteile für LED“ mit 12 oder 24 Volt NICHT einsetzbar, da bei dieser Spannung die genutzten LED-Streifen sofort irreparabel beschädigt werden und Brandgefahr besteht, aufgrund der Überhitzung!
2. Kaufen Sie sich ein in Deutschland zugelassenes Netzteil in sicherer Bauform, dass auch die erforderlichen Stromstärken / Leistungen bereitstellen kann. Falls Sie nicht auf ein fertig einsetzbares Netzteil zurückgreifen wollen, beachten Sie UNBEDINGT DIE SICHERHEITSVORSCHRIFTEN für den Umgang mit elektrischen Geräten, da hier Lebensgefahr bestehen kann! Lassen Sie im Zweifelsfall einen Fachmann mit der erforderlichen Qualifikation die Anlage prüfen! Bei fahrlässig verursachten Unfällen oder Bränden zahlen auch die Versicherungen nicht oder nur teilweise!
3. Es sind für die Umsetzung dieser Idee Lötkenntnisse im Elektronikbereich erforderlich, da die Anschlüsse am Controller als auch an den LED-Streifen nur als Lötaugen vorliegen. Die Schaltung ist nicht schwer zu verstehen, aber es muss sorgfältig gearbeitet werden, um Unterbrechungen oder Kurzschlüsse zu vermeiden.
Grundprinzip:
An eine Stromquelle mit einer Spannung von 5 Volt wird ein Controllerbaustein angeschlossen, der entweder per IR-Fernbedienung oder per WLAN und App gesteuert werden kann. Auch der Einsatz eines Arduino oder Raspberry Pi sind möglich, setzen aber Programmierkenntnisse sowie die Nutzung von Programmbibliotheken wie NeoPixel von ADAFruit für die Ansteuerung der LED-Streifen voraus.
An diesen Controller werden LED-Streifen mit den LED-Typen WS2812 oder WS2812b bzw. für erhöhte Ausfallsicherheit mit dem Typ WS2813 angeschlossen. Diese LED-Streifen werden im Gegensatz zu einfarbigen Streifen mit nur 2 Polen für Masse und +12V oder den „Standard-RGB-Streifen“ mit je einer Leitung für Rot / Grün / Blau und einer Masseleitung über drei Leitungen für Masse / Daten /+5V oder für die neuesten, gegen den Ausfall von einzelnen LED in der Kette geschützten WS2813 mit 4 Leitungen Masse / Daten /Clock / +5V betrieben. Daher ist für die Ansteuerung ein Controller zwingend erforderlich, da nur dieser die benötigten Daten auf der Datenleitung zu den einzelnen LED erzeugen kann. Die Daten werden dann, wie auf einem Förder-/ Laufband durch die einzelnen LED transportiert, wobei sich jede LED die für sie bestimmten Informationen entnimmt und die anderen weitergibt.
Aufbau eines Systems mit WS2812-LED-Streifen
Aufbau eines Systems mit WS2813-LED-Streifen zum Erhöhung der Ausfallsicherheit
Ich habe mich für den Typ mit den vier Leitungen und WS2813 entschieden, da eine Reparatur der Beleuchtung nach dem Verkleben der einzelnen Etagen sehr schwer ist. Durch die Ausfallsicherheit bei Defekten einzelner LED spart man sich möglicherweise einen Eingriff.
Dies ist auch bei der Auswahl der steuernden Controller zu berücksichtigen, da diese auch die neue Technologie beherrschen müssen.
Um vielfältigere Steuerungsmöglichkeiten zu bekommen und auch erheblich feinere Einstellungen vornehmen zu können, fiel meine Wahl auf einen Controller / Steuerung vom Typ SP108E. Zu diesem gibt es eine fertige App für Android und iOS, so dass man hier schnell zum Ziel kommt, ohne erst lange programmieren zu müssen.
Um speziellere Anforderungen zu erfüllen wie z.B. Muster auf bestimmten Abschnitten zu bekommen, bedarf es dann aber doch Eigenentwicklungen, auf die ich hier aber nicht weiter eingehen will. Interessierte finden zu dem Thema haufenweise Anleitungen, die man nach ein paar Anpassungen schnell für sich nutzen kann.
Zur praktischen Umsetzung der Schaltung:
Dass die LED-Streifen selbstklebend sind und je nach Wunsch mit schwarzem oder weißem Untergrund verkauft werden, kommt dem Einbau sehr entgegen.
Nach einigen Fehlversuchen hat es sich bewährt, nicht wie geplant zwei Streifen parallel in die Etagen einzubauen, sondern für eine gleichmäßige Ausleuchtung einen „viereckigen Ring“ zu bauen und diesen dann so an die „Decke“ der Etage zu kleben, dass weder die Drehung der Achse behindert wird noch der LED-Streifenvon oben oder der Seite zu sehen ist. Außerdem bietet diese Art der Anordnung den Vorteil, dass die Verbindungskabel nur in einer Ecke der Pyramide verlaufen und sich final mit etwas Farbe tarnen lassen, wenn die bunten Kabel stören.
Im Bild ist die fertige Verkabelung mit allen Etagen und der Platzierung des Controllers zu sehen.
Die LED-Streifen gibt es mit 30 / 60 / 144 LED pro lfd. Meter. Bei der Auswahl spielt weniger die Helligkeit die Rolle, sondern der Strombedarf der einzelnen LED. Ich nutze hier einen LED Streifen mit 60 LED / m. Das ist ein guter Kompromiss...
In diesem Beispiel sind insgesamt 118 LED verbaut, wobei eine einzelne LED maximal 60 mA bei 5 Volt benötigt. Das heißt, wenn ich alle LED auf Weiß und 100% Helligkeit einstelle, fließt ein Strom von 7,2 Ampere und eine Gesamtleistung von 36W wird zu 70% in Wärme umgesetzt! Dies muss bei der Planung berücksichtigt werden, dann auch in der Spitze der Pyramide brauche ich noch die volle Spannung, sonst funktioniert das Ganze nicht.
Daher habe ich mich für ein Netzteil mit einer Sekundärleistung von 5V und 10 A entschieden, da so definitiv noch Leistungsreserve bleibt und sich auch die Abwärme in Grenzen hält. Dieses MeanWell-Netzteil kommt zwar aus China, ist aber vom TÜV Rheinland zertifiziert, entspricht also auch den deutschen Anforderungen.
Es hat sich herausgestellt, dass immer nur eine bestimmte Länge des Streifens und damit auch Anzahl von LED unauffällig pro Etage verbaut werden kann. Meine Erfahrungen sind auch auf dem Bild zu sehen, damit nun nicht jeder anfangen muss zu zählen, hier die Anzahl:
0.Etage: Pyramidenspitze, keine LED verbaut, da zu eng,
1.Etage: 4 Streifen zu je 2 LED =8
2.Etage: 4 Streifen zu je 3 LED =12
3.Etage: 4 Streifen zu je 4 LED =16
4.Etage: 4 Streifen zu je 5 LED =20
5.Etage : 4 Streifen zu je 5 LED =20
6.Etage : 4 Streifen zu je 8 LED =32
Summe: 118
Dies ist dann auch bei der Einstellung des Controllers dann so vorzunehmen, damit die Muster passen und es kein „schwarzes Loch“ bei den Animationen gibt.
Der Aufbau erfolgt zuerst mit dem Zuschneiden und der Verdrahtung der einzelnen Vierecke, wobei die Länge der Verbindungsdrähte je nach Erfordernis variiert. Die Verkabelung kann in den Ecken mit einfachem Schaltdraht erfolgen, da die Kurzschlussgefahr bei sorgfältiger Ausführung minimal ist. Gleichzeitig dienen die vier Drähte als Stabilisator des Ganzen beim Einbau in die Pyramide.
Als Tipp: Die vier einzelnen Streifen auf der OBERSEITE der jeweiligen Etage mit der Leitung GND nach innen anordnen, in Position schieben, so dass die Streifen genau an der inneren Kante (Kreisausschnitt für die Achse) liegen und so mit der Verdrahtung der ersten innersten Leitung GND zu beginnen. Das hat den Vorteil, dass nun die Anordnung und der Abstand der Streifen untereinander festgelegt ist und ein Verrutschen der Streifen bei der weiteren Lötarbeit verhindert wird. Wenn beim Löten mal etwas daneben geht, stört das auch weniger, da ja dieser Bereich größtenteils beim Aufkleben der darüber liegenden Etage verdeckt wird.
Achtung: Der Schutzstreifen für den Kleber wird erst unmittelbar beim Einbau in die Decke der Etage abgezogen, ansonsten klebt der Streifen überall, nur schlussendlich nicht mehr an der Decke!
An einer Ecke wird die Zuleitung von der unteren Etage und die Weiterleitung zur nächsten Etage vorgesehen. Um eine optimale Stromverteilung innerhalb der Etage zu sichern, sind auch an dieser Ecke sowohl GND als auch +5V miteinander zu verbinden. An diesen beiden Verbindungsleitungen können auch die äußeren Kabel (Blau und Schwarz) zur Stromweiterleitung in die nächsten Etagen angelötet werden. Jetzt kann auch, da wir ja oben beginnen, bereits das Kabel für den Übergang auf die nächst niedrigere Etage an die Eingänge DI und BI (Grün und Rot) angelötet werden. Die Länge entspricht der Höhe der Etage mit ca. 1-2 cm Reserve. Vorteilhaft ist, bereits jetzt die Kabelenden ca. 2 mm abzuisolieren und zu verzinnen, das erleichtert dann die Montage der nächsten Kette erheblich.
Achtung: Das Kabel für die unterste Etage muss dann bis zum Controller reichen, daher genug Leitungslänge vorsehen, denn ein nachträglicher Umbau ist schwierig!
Wir beginnen mit der Etage 2, die Krone kann dann zum Schluss final aufgeklebt werden. Die bereits vorgesehenen Löcher in Boden und Decke der nächstunteren Etage werden zu einem Schlitz nach innen erweitert, um hier das Kabel beim Aufkleben der Etage einzufädeln.
Warum der Schlitz und nicht die Nutzung der sowieso vorhandenen Löcher zum Durchstecken?
Wir müssen die weiteren LED- Streifen ja auch noch anlöten können, das macht sich IN der Etage denkbar schlecht. Daher werden die Streifen der nächsten Etage außerhalb der Pyramide angelötet und dann halb zusammengefaltet, so dass bei der Montage der nächsten Etage das Viereck einfach durch den Kreis gesteckt werden kann und dann an der Decke der neu montierten Etage nach Abziehen der Klebestreifen einfach angeklebt werden können. Das wäre unmöglich, wenn wir das Kabel IN die Löcher gesteckt hätten. Ohne den Schlitz würden bei dieser Methode die Kabel im Innenraum der Pyramide verlaufen, was a) unschön aussieht und b) den Lauf der Pyramide behindert.
Nach dem erfolgreichen Einbau der LEDs in die oberste Etage hängt nun das Kabel aus der Etage nach unten heraus. Hier wird nun an das
fertig montierte Viereck der 3. Etage dieses Kabel an die Leitungen GND, BO, DO und +5V angelötet. Damit wäre der kniffligste Moment ganz entspannt gelöst und das Viereck kann nun etwas
zusammengefaltet und durch die Decke der 4. Etage gesteckt werden. Nach der Kontrolle, ob der vorbereitete Schlitz auch wirklich in Boden und Decke der beiden Etage frei ist, und dem Aufkleben
der 4. Etage wird nun in der 4. Etage wieder der Klebestreifen abgezogen und das Viereck genau passend in die Decke der 4. Etage geklebt. Nun hängt hier wieder das Kabel der 4. Etage unten
heraus und kann an das Viereck der 5. Etage angelötet werden. Der Rest ist in gleicher Prozedur bis zur untersten Etage fortzusetzen.
Tipp: Ich habe nach jeder Etage VOR dem Festkleben der
Streifen an der Decke an das heraushängende Kabel an den Controller angeschlossen und eingeschaltet, um sofort eine Funktionskontrolle zu haben. Falls es doch irgendwo einen Kurzschluss oder
eine Unterbrechung gibt, kann das jetzt sofort behoben werden, bevor überhaupt weitergebaut wird.
Nachdem nun alle Etagen fertig montiert wurden geht es an den Einbau des Controllers.
Zu den gotischen Pyramiden im Shop.
Einbau des Controllers und der Stromversorgung
Wer einen Unterbau unter seiner Pyramide geplant hat, kann diesen ganz entspannt dafür nutzen und den Controller im Inneren befestigen. Es ist bei
dem von mir gewählten Controller KEIN Sichtkontakt nach Außen erforderlich, da dieser über WLAN angesteuert wird. Bei der Nutzung von Controllern mit IR-Fernbedienung muss die Empfangseinheit
Sicht nach außen haben, da sonst die Bedienung nicht möglich ist.
Wir haben uns für die „klassische Variante mit Wachskerzen“ entschieden, daher ist der zur Verfügung stehende Platz für den
Einbau sehr begrenzt.
Ursprünglich ist der SP108E mit den Maßen 85 x45 x 22 mm so groß, dass es nicht möglich ist, diesen unauffällig zu platzieren.
Daher musste ich das Gehäuse entfernen und auch die Schraub- und Steckverbinder auslöten. Da wir das Ganze aber sowieso dauerhaft einbauen wollten, war das kein Problem. Wichtig ist, dass die Beschaltung auf dem Gehäuse für die Nutzung der Schraubverbindung gedruckt ist, wir aber beim Einbau die ANDERE Seite oben haben. Bitte beachten, dass dann die Polung der Stromversorgung und die Reihenfolge der Anschlüsse umgekehrt ist!(Ich spreche da aus eigener Erfahrung...)
Da ich auch die Stromzuführung unbedingt unauffällig gestalten wollte, so dass die Pyramide ganz klassisch analog auch „stand-alone“ genutzt werden kann, schied ein handelsüblicher Rundstecker aus. Bei der Dimensionierung der Steckverbinder muss auch unbedingt auf die zulässige Stromstärke desVerbinders geachtet werden. Kleine Steckverbinder bieten meist nur 1 ... 3 A an, das ist selbst für die 118 LED in dieser Pyramide und den oben erwähnten 7,2 A viel zu wenig.
Ich habe die Stromzuführung über einen alten vierpoligen Diskettenlaufwerksstecker für 3,5“-Disketten und dem entsprechenden Anschluss von einem alten Netzteil „umfunktioniert“. Dieser passt sehr gut in einen Fuß der Pyramide, lässt sich absolut unauffällig „tarnen“ und kann pro Kontakt bis zu 4 A leiten. Daher habe ich die beiden inneren und äußeren Pole jeweils zusammengelötet und damit a) die Verpolungssicherheit gegeben (Plus ist immer Außen) und b) auch die notwendige Stromstärke gewährleistet. (Ja, der Stecker hat einen mechanischen Verpolungsschutz, aber es kann ja sein, dass man auf die Idee kommt .... Sie kennen bestimmt auch solche Leute... ;-) )
Die Weiterleitung der Kabel erfolgt dann in den für die Außenbeleuchtung der Pyramide vorgesehenen Schächten des Fußes und geht direkt auf den Controller.
Nach den Umbaumaßnahmen am Controller passt er von der Höhe her genau zwischen Bodenplatte und Sockel der 1. Etage. Lediglich ein Kondensator ist zu hoch, so dass hier eine kleine Auskehlung mit der Rundfeile in der Bodenplatte erforderlich ist. Danach kann der Controller mit doppelseitigem Klebeband von unten an dem Sockel der 1. Etage angeklebt werden. Durch die Montage der Bodenplatte hält er auch fest und ist von außen nicht zu sehen.
Nun muss noch final das Kabel der 1. Etage zum Controller geführt und angelötet werden.
Nach dem Aufkleben der 1. Etage auf die Bodeneinheit und der Montage der Bodenplatten kann ein erster Probelauf der gesamten Einheit stattfinden.
Steuerung der LED-Streifen im Betrieb
Für den Controller gibt es eine entsprechende App „LED Shop“ für Android und iOS. Über den QR-Code auf dem Gehäuse kann diese App gefunden werden. Mich störte dabei, dass ich auf eine Website in China gelenkt wurde und ich daher etwas Bauchschmerzen beim Installieren hätte. Eine kurze Suche in den üblichen Play Stores brachte auch eine sichere Quelle für die App zutage, damit steht der Nutzung nun nichts mehr im Weg.
Nach der Installation der App geht es weiter.
Die Anleitung ist etwas schwierig zu lesen, daher nur kurz:
Es gibt zwei Modi, in denen der Controller betrieben werden kann, entweder als eigenes WLAN-System oder als Einbindung in das häusliche WLAN. Am Anfang muss das controllereigene WLAN-System genutzt werden.
Ca. 20 Sekunden nach Stromzuschaltung baut der Controller einen WLAN-Accesspoint auf, zu finden wie jedes andere WLAN auch in den Einstellungen des Handys. Das WLAN hat den Namen „SP108E-xxxxx“,dabei hat jeder Controller seine eigene Nummer. Zum Verbinden mit dem WLAN braucht es den Schlüssel, der Top-Secret ist : 123456 ...
Nach dem Start können mit der App der zugehörige Controller und die Anzahl der LEDs eingegeben werden. Anschließend können dann entweder fertige Muster (180 verschiedene sind bereits vorbereitet) oder eigene Kreationen eingestellt werden.
Auf die Einbindungin unser WLAN habe ich verzichtet, da dann für 11 Monate im Jahr das Gerät ungenutzt im WLAN-System Ressourcen belegen würde.
Beim Ausschalten und auch bei Stromausfällen bleibt das zuletzt gewählte Programm im Controlelr und auch in den LEDs gespeichert. Daher muss man nicht jedes Mal neu suchen...
Viel Spaß beim Nachbau!
Steffen Uhlig
Links zu Beispielvideos der Pyramide :