Stromsparen mit bei der Hausnummerbeleuchtung

Schaltplan HausnummernbeleuchtungDas Versprechen, doch endlich ein Hausnummernlicht zu bauen, dass mehr als die ersten 3 Stunden der Nacht durchhält, auch im Winter, zwang mich das Projekt endlich in Angriff zu nehmen.

Und dann wird man ja auch ehrgeizig was den Eigenstromverbrauch der Steuerung angeht, also einfach in der Zeit in der sie immer nur guckt, ob es denn schon dunkel ist. Mit minimalem Aufwand möglichst energieeffizient sein. Also Abseits von der eigentlichen Beleuchtung. Es geht dabei um die nebenstehende Schaltung. Mein Aufbau enthält statt 1M Widerstände noch 470k, die signifikant zum Ruhestromverbrauch beitragen am Ende etwa 20%.

Man beginnt dann nach Aufbau und der Programmierung der eigentlichen Funktion des Gerätes mit einem Takt von 1 MHz und keinen sonstigen Optimierungen. Ergebnis ist eine mittlere Stromaufnahme von rund 1,5 mA. Die Reduktion auf 128 kHz dampft diese schon auf 700µ ein (-53%). Ein Takt von 16 kHz erlaubt dann einen Betrieb bei 300 µA (-80%). Das ist natürlich unglaublich langsam… aber für diesen Job? Nun kann man noch einige Register ziehen: Deaktivieren ungenutzter interner Peripherie des Controllers und das vollständige Schlafenlegen des ganzen Chips bis auf den Watchdog, der uns jede Sekunge aus dem „power down“ wieder aufweckt um mal zu schauen, ob denn schon Tag ist. Die Stromaufnahme sieht dann so aus:

Stromaufname mit Power Down

Man kann sehen, dass der Betrieb und die Lichtmessung eigentlich lediglich rund 75 µA aufnehmen, der Rest sind Ruheströme. Grob über den Daumen ist der Controller 115 ms mit im Mittel 290 µA aktiv und schläft 1 s, das ergibt dann durchschnittlich 254 µA (-83%) oder 6,1 mAh/Tag. Nur für das An-/Ausschalten des Lichts und die Ladesteuerung über das Solarpanel. Wenn man nun animmt, dass das Licht großzügig eingestellt wird und am Tag 10 Stunden mit 10 mA betrieben wird ergibt das eine Gesamteffizienz von über 94%. Schon nicht verkehrt.

Dennoch ist natürlich der „hohe“ Leerlaufverbrauch ein Dorn im Auge eines jeden Perfektionisten ;-). Durch die Anpassung einiger Widerstäde (im hier gezeigten Plan bereits geschehen), die geschaltete Nutzung der Spannungsmessung und den Austausch des Spannungsreglers können mindestens weitere 100 µA eingespart werden – noch mal 40% weniger Ruhestrom.

Nächstes Jahr dann…

Schaltplan Hausnummernbeleuchtung 20131226Update vom 25.12.2013: Wie sich nach 3 Wochen Betrieb herausstellte verbrauchte das Modell das knapp 67-Fache der angepeilten Leistung im Leerlauf (Lötbrücke *d’oh*). Ich musste den Controller wieder zur Reparatur in seinen Heimathafen bringen und habe bei der Überholung gleich einige Optimierungen durchgeführt:

  • Die Helligkeitsmessung erfolgt nun über das angeschlossene Solarpanel selbst, der Fototransistor entfällt. Der Spassungsteiler für die Messung speißt sich ebenfalls aus dem Panel, so sinkt der Leerlaufverbrauch nebenbei ein ganz bisschen. Der Messbereich ist identisch mit dem der Batterie, da sich herausstellte, dass sich der Helligkeitsbereich für den Schaltzeitpunkt so besser nutzen lässt. Bei Sonnenschein ist die Spannung am ADC zwar über der Referenz, aber auch gleichzeitig weit entfernt von der Versorungsspannung – es wird kein Schaden auftreten.
  • Der Umschaltzeitpunkt kann nun durch Drücken und Halten des Taster eingestellt werden. Dabei wird die aktuelle Helligkeit im Eeprom gespeichert und von dem Zeitpunkt an verwendet. Das Speichern wird durch kurzes Blinken des Lichts signalisiert.
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