Tag & Nacht

Durch den simul+Mitmachfonds war es uns möglich, eine Tag- und Nacht-Simulation für unsere Ausstellungsräume aufzubauen.

Für die erste Version kam ein Arduino Mega als Hauptsteuerung zum Einsatz. Aufgrund der Erfahrungen aus anderen Projekten erfolgte später die Umstellung auf einen ESP32. Dadurch konnte die Steuerung um ein Web-Interface erweitert werden, über das viele Funktionen direkt konfiguriert werden können. Separate Schalter und Potentiometer sind dadurch nur noch eingeschränkt erforderlich. Unter anderem lassen sich Zeiten und Abläufe nun deutlich präziser einstellen.

Für die Beleuchtung werden adressierbare LEDs vom Typ SK6812 verwendet. Im Gegensatz zu klassischen WS2812B besitzen diese zusätzlich eine echte Weiß-LED (RGBW statt RGB). Dadurch sind natürlichere Lichtfarben sowie realistischere Tag- und Nachtbeleuchtungen möglich.

Für unsere Hallenbeleuchtung verwenden wir insgesamt 4440 SK6812-LEDs, was einer Gesamtlänge von etwa 74 m LED-Band entspricht. Die Spannungsversorgung erfolgt über sieben 5-V-DC-Netzteile. Durch die Aufteilung auf mehrere Netzteile sowie dezentrale Einspeisungen konnten die Leitungswege der Spannungsversorgung deutlich verkürzt werden.

Bei den ersten Testaufbauten zeigte sich, dass der Spannungsabfall über längere Leitungen zu groß wurde. Dadurch funktionierte nur etwa die Hälfte der LEDs korrekt beziehungsweise es kam zu Helligkeits- und Farbabweichungen. Durch die kürzeren Leitungswege und die zusätzlichen Einspeisungen konnte dieses Problem behoben werden.

Einzelne Installationen wurden erfolgreich mit bis zu 600 LEDs pro Controller getestet. Theoretisch wären auch deutlich größere zusammenhängende LED-Stränge möglich. Aufgrund der hohen LED-Anzahl sowie der langen Leitungswege wäre dies jedoch nur mit erheblichem technischem Aufwand zuverlässig umsetzbar gewesen. Deshalb wurde die Beleuchtung in mehrere Gruppen mit separaten Einspeisungen und Signalwegen aufgeteilt.

Zwar hätte sich die Anlage theoretisch auch mit größeren Leitungsquerschnitten und weniger Netzteilen realisieren lassen, die dezentrale Aufteilung erwies sich jedoch als deutlich praktikabler und zuverlässiger.

Die verwendeten Standardwerte im Code beziehen sich auf unsere Ausstellungsräume sowie auf SK6812-LED-Bänder mit 60 LEDs pro Meter. In unserem Aufbau entspricht dies einer LED-Band-Länge von etwa 10 m pro Controller. Je nach Raumgröße, gewünschter Helligkeit und verwendeten LEDs können Anpassungen erforderlich sein.

Folgende Details werden in Kürze ergänzt:

• vereinfachter Schaltplan
• Pin Belegung

Hinweise aus dem Aufbau

Während der ersten Testaufbauten kam es teilweise zu Störungen der WLAN-Verbindungen sowie zu Problemen bei der LED-Ansteuerung. Als Ursache stellten sich unter anderem ältere beziehungsweise einfache Schaltnetzteile heraus, die starke Störungen verursachten.

Nach dem Austausch beziehungsweise der besseren Aufteilung der Spannungsversorgung konnte die Stabilität der Anlage deutlich verbessert werden.

Wichtige Einstellungen

für die meisten Anpassungen muss lediglich die config.h geändert werden.

1. WLAN- / Access-Point-Einstellungen

Das Projekt kann entweder in ein vorhandenes WLAN eingebunden oder direkt über den integrierten Access Point des ESP32 betrieben werden. Dadurch ist auch ein Betrieb ohne vorhandenes Netzwerk möglich.

#define WIFI_SSID "YOUR_SSID"      // WLAN-Name
#define WIFI_PASS "YOUR_PASSWORD"  // WLAN-Passwort

#define AP_SSID "TagNacht-ESP32"  // Name des Access Points
#define AP_PASS "Moba1234"        // mindestens 8 Zeichen
#define AP_CHANNEL 6

2. LED-Einstellungen

Hier kann die Anzahl der verwendeten LEDs angepasst werden:

#define LED_PIN 5     // Datenpin der LED-Leiste
#define NUM_LEDS 600  // Anzahl der LEDs anpassen

3. MP3- / Trackbereiche

Hier wird eingestellt, welche MP3-Dateien verwendet werden.

Beispiel:

• 001.mp3 bis 017.mp3

#define TRACK_THUNDER_MIN 1   // Erste MP3-Datei Gewitter
#define TRACK_THUNDER_MAX 19  // Letzte MP3-Datei Gewitter

#define TRACK_SOUND1_MIN 20  // Erste MP3-Datei Sound 1
#define TRACK_SOUND1_MAX 39  // Letzte MP3-Datei Sound 1

#define TRACK_SOUND2_MIN 40  // Erste MP3-Datei Sound 2
#define TRACK_SOUND2_MAX 59  // Letzte MP3-Datei Sound 2

hier können die Projektdaten heruntergeladen werden.

Version: 1.1
getestet mit: ESP32 Wroom
Dateiformat: ZIP

Das Projekt wurde nach bestem Wissen und Gewissen getestet. Da unterschiedliche Hardware, Netzteile und Verkabelungen verwendet werden können, erfolgt die Nutzung beziehungsweise der Nachbau auf eigene Verantwortung. Für Schäden oder Fehlfunktionen kann keine Haftung übernommen werden.

Arbeiten an Spannungsversorgungen sollten nur von Personen mit entsprechenden Kenntnissen durchgeführt werden.