Nachdem ihr in meinem letzten Blogeintrag Löten gelernt habt, oder auch aufgefrischt, habe ich jetzt ein kleines Projekt für euch.
Falls ihr nicht wisst, was Löten ist, oder wie man das tut, lest euch zuerst den Eintrag How-To: Löten durch.
Das Glühwürmchen ist eine kleine Schaltung die bei Dunkelheit zu leuchten beginnt.
Um gleich mal loszulegen, gibts zuerst eine Shopping-Liste, danach die Bauanleitung und zum Schluss eine Erklärung wie das Ganze genau funktioniert.
Inhaltsverzeichnis
Shopping-Liste
Gleich einmal vorweg, bevor ihr selbst Einkaufen geht, fragt zuerst mal bei mir oder im Medienzentrum nach, ob es noch Glühwürmchen-Sets gibt.
Falls nicht, dann können wir vielleicht für euch einkaufen.
Die Gesamtkosten pro Glühwürmchen sind etwa 3 €, je nachdem welchen Preis ihr für Platine und Bauteile bekommt und in welchen Mengen ihr einkauft. Für das Projekt werdet ihr sehr wahrscheinlich online Einkaufen müssen.
Das ganze Projekt ist Open-Source-Hardware und ihr findet es unter diesem Link: https://github.com/wilderMann/gluhwurmchen
Jeder kann es ansehen, kopieren, modifizieren, herstellen und verkaufen. Ebenso findet ihr auf dem Github Repo, eine Anleitung wie ihr es Produzieren lassen könnt – das werde ich weiter unten aber auch noch erklären.
Bauteile
Ihr braucht folgende Bauteile. Ich verlinke zwei Quellen, einmal Conrad, weil man bei diesem Lokal einkaufen kann und DigiKey, die eine riesige Auswahl haben und ich mit Bestellungen dort gute Erfahrungen gemacht habe. Die Links in der Liste sind keine Affiliate-Links, wir bekommen von Conrad und DigiKey nichts, es sind rein Empfehlungen von mir für einfache Quellen.
| Anzahl | Bauteil | Bezeichnung | Link | normaler Preis | Anm. |
| 1 | NPN Transistor | 2N3904 | Conrad DigiKey | 0,10€ – 0,20€ | 1 |
| 1 | Fototransistor | SFH300 | Conrad DigiKey | 0,20€ – 1€ | 2 |
| 1 | LED 5mm | rot/grün/gelb | Conrad DigiKey | 0,10€ – 0,30€ | 3 |
| 1 | Widerstand | 100kΩ | Conrad DigiKey | 0,01€ – 0,10€ | |
| 1 | Batteriehalter | Für CR2032 | Conrad DigiKey | 1€ – 2€ | |
| 1 | Knopfzelle | CR2032 | IKEA | 0,30€ – 1€ | 4 |
Anmerkungen:
- Den NPN Transistor bekommt man auch mit gebogenen Beinchen, dieser passt am besten auf die Platine.
- Den SFH300 gibt es mit klarem oder dunklem Gehäuse, es ist egal welchen ihr kauft. Falls dieser Transistor nicht verfügbar ist tun es auch andere Fototransistoren.
- Der Conrad-Link ist hier ein 100er-Pack, das sich preislich gut auszahlt, es gibt diese Packs auch für andere Farben.
- Für Knopfzellen habe ich lange nach einer guten Quelle gesucht, am billigsten sind sie bei IKEA (Link). Man kann auch andere CR20XX Zellen verwenden, das 20 steht hier für Durchmesser 20 mm, solche Batterien suchen wir.
Sollten die Links nicht mehr funktionieren schreibt es bitte in die Kommentare und sucht mit den Bauteilbezeichnungen selbst bei conrad.at oder digikey.at.
Platine
Die Platine kann man leider nicht so einfach Bestellen. Man muss diese herstellen lassen und dabei zahlt es sich aus, wenn man gleich 100 Stück produziert.
Es gibt hierbei eine vielzahl von Herstellern, jedoch sind die meisten für solche Kleinserien relativ teuer.
Selbst habe ich bisher bei JLCPCB und AISLER produzieren lassen.
JLCPCB ist ein chinesischer Hersteller, sie verrechnen auch gleich Zoll und das einführen in die EU war bisher kein Problem. Wenn ihr eine Euro-Rechnung haben wollt, müsst ihr das im rechten oberen Eck einstellen. Der Bestellprozess ist über die Website relativ einfach, die Standard-Einstellungen passen für uns, nur bei “Surface Finish” müsst ihr “LeadFree HASL-RoHS” auswählen, da wir kein Blei in unseren Platinen haben wollen.
AISLER ist ein niederländisches Unternehmen das ebenso eine tolle Weboberfläche zum Bestellen hat. Man zahlt dort pro Glühwürmchen etwa 50 Cent, es wird in Europa produziert und man hat nicht potenziell Probleme mit Versand und Zoll.
Platine bestellen – AISLER
Um nun Glühwürmchen herstellen zu lassen braucht man nun den neusten Release von Github (https://github.com/wilderMann/gluhwurmchen/releases), dort lädt man sich die Datei mit der Endung .kicad_pcb herunter, das ist genau das File mit dem AISLER die Platine fertigen kann.
Danach geht man auf die Website von Aisler – https://aisler.net/ – und clickt auf “Get Started“.
Von dort drückt man auf “Datei Auswählen” und lädt gluhwurmchen.kicad_pcb hoch.
Man wird automatisch weitergeleitet.
Hier muss man nun kotrollieren dass die Einstellungen korrekt sind.
- Das Design der Platine muss korrekt als Einfach erkannt werden.
- Die Oberflächenbehandlung soll HASL sein.
Danach drückt man auf Board Inspector Öffnen um mit der Bestellung fortzufahren.
Hier kann man das Glühwürmchen nochmals inspizieren, drückt gerne auf den Knöpfen in der oberen Leiste herum und lasst euch die verschiedenen Schichten und Schritte zeigen.
Mit Jetzt Bestellen kommt ihr zum Warenkorb, könnt eure Daten eingeben und die Bestellung abschließen.
Um das Glühwürmchen möglichst billig zu kaufen wollt ihr Beautiful Boards Budget bestellen.
Was ihr NICHT wollt ist Amazing Assembly, da ihr eure Platinen selbst löten wollt.
Bei eurem Einkauf ist auch automatisch eine Spende von 2€ an KiCad dabei, KiCad ist eine gratis Open-Source-Software mit der man Platinen designen kann und mit der auch das Glühwürmchen designt wurde. Die ehrenamtlichen Teams hinter solchen Projekten freuen sich immer über Unterstützung.
Bauanleitung
Für das Glühwürmchen habe ich eine Videoanleitung vorbereitet.
Falls ihr die Platine mit Kindern lötet hat sich bewährt lieber ein paar Stück mehr dabei zu haben.
Außerdem rate ich im Video dazu mit dem dreibeinigen Transistor anzufangen, falls das eure erste Platine ist, beginnt besser mit dem Widerstand, danach die Diode und der Fototransistor und erst dann lötet den Transistor ein.
Funktionsweise
Es wurden zu jedem einzelnen dieser Bauteile schon Kapitel in Lehrbüchern gefüllt, zu einigen auch ganze Bücher. Daher möchte ich mich hier sehr kurz halten und verlinke euch noch kurz die Wikipedia oder YouTube Videos.
Warnung an alle, die sich mit Elektronik etwas mehr auskennen, ich erkläre hier die Funktionsweise so einfach wie möglich. Bitte verzeiht mir gewisse Ungenauigkeiten.
Für alle Laien, ich hoffe, die Erklärung ist verständlich. Falls nicht, fragt mich einfach in den Kommentaren.
Der Transistor
Das Herzstück des Glühwürmchens ist ein Transistor. Das ist ein elektronisches Bauteil, welches man mittlerweile Millionenfach in jedem Handy und Laptop findet. Es ist einer der Grundbausteine, welche unsere moderne Technik ermöglicht.
In der einfachsten Betrachtung kann man sich einen Transistor wie einen Schalter oder Dimmer vorstellen, der ein elektronisches Signal bekommt und damit etwas ein- oder ausschaltet.
Hierzu noch ein detailliertes Video. (hier auf Deutsch)
Die Leuchtdiode
Was hier beim Glühwürmchen ein- und ausgeschaltet wird, ist eine Leuchtdiode, oder auch LED.
Das ist ein Bauteil, welches sehr stromsparend Licht erzeugt. Im Kit des Glühwürmchens liegt eine LED im 5 mm Format bei, es gibt aber auch LEDs in vielen anderen Formen. Mittlerweile werden sogar einzelne Bildpunkte von Displays aus LEDs gebaut, sogenannte OLED-Displays.
Unser Exemplar hier ist relativ üblich zum Basteln, da es eine gute Größe hat und man damit gut arbeiten kann.
Hier noch ein Video das die Funktion von LEDs detailliert erklärt.
Der Fototransistor
Das elektrische Signal für den Transistor liefert im Glühwürmchen ein Sensor. Das ist hier ein Fototransistor. Ja genau, auch ein Transistor.
Dieser hier wird aber nicht direkt mit einem elektrischen Strom betrieben, sondern der Signal-Eingang ist unter einem durchsichtigen Plastik. Das Licht, und damit Photonen, trifft auf Diesen und erzeugt direkt dort einen Strom der dann den Transistor ein und aus schaltet.
Wir können aber mit dem Fototransistor nicht direkt die LED steuern, da dieser so spezialisiert auf das Licht ist, dass man mit ihm einen zweiten Transistor schalten muss.
Der Widerstand
Das letzte Bauteil unserer Schaltung ist ein Widerstand, dieser ist dafür zuständig bei welcher Helligkeit das Glühwürmchen zu leuchten beginnt.
Widerstand wird in Ohm [Ω] gemessen, am Glühwürmchen ist er 100 000 Ohm, einfacher 100 Kilo Ohm, oder auch 100 kΩ.
Macht man ihn kleiner leuchtet das Glühwürmchen früher, macht man ihn größer leuchtet es später.
Der Widerstandswert ist bei Widerständen dieser Art über die farbigen Ringe erkennbar. Hier ein Video, indem diese Beschriftung erklärt wird.
Die Batterie
Mit Strom versorgt wird das Glühwürmchen durch eine Knopfzelle. Üblicher weiße hat man solche in Armbanduhren oder Fernbedienungen.
Unsere Schaltung braucht eine CR2032. Das C steht hierbei für die Art von Batterie und damit welche Spannung sie liefert, in diesem Fall 3 Volt. R besagt, dass die Batterie rund ist.
2032 sind die Maße. Der Durchmesser ist 20 mm und die Dicke 3,2 mm. Die Batterie Halterung lässt auch andere Dicken zu, das heißt ihr könnt auch andere CR20XX Zellen verwenden.
Quellenverzeichnis
- Transistors Explained – YouTube (https://www.youtube.com/watch?v=J4oO7PT_nzQ)
- Transistor erklärt – YouTube (https://www.youtube.com/watch?v=XvQW-U6Qse0)
- Transistor – Wikipedia (https://de.wikipedia.org/wiki/Transistor)
- How LED works – YouTube (https://www.youtube.com/watch?v=9BDTtcRMxpA)
- Farbcodes von Widerständen richtig lesen – YouTube (https://www.youtube.com/watch?v=jHYLKBvjt2E)
- Knopfzelle – Wikipedia (https://de.wikipedia.org/wiki/Knopfzelle)
