Schaltung für DMX512 Empfang

Die Hardware für den DMX512-Empfang sieht im Prinzip dem RS232-Dimmer sehr ähnlich. Das Grundprinzip der Ansteuerung ist sogar identisch, sodass lediglich der Empfangsteil etwas abgewandelt werden muss. Die Firmware verwendet die DMX512-Libraries von Hendrik Hölscher.

Es kommt bei dieser Schaltung der Atmel ATtiny2313 zum Einsatz, der mit rund 1,10 € sehr günstig in der Anschaffung ist. Aufgrund der lediglich 20 Pins kann allerdings ein reguläres DIP-Schalterfeld zu Startadresseinstellung nicht verwendet werden. Somit kommt ein einzelner Taster zum Einsatz. Wird er gedrückt, liest die Firmware die neue Adresse aus den Kanälen 511 und 512 aus. 511 gibt dabei an, ob der Wert von Kanal 512 die Adresse 1-256 oder 257-512 beschreibt. Die Firmware kann alternativ in der Header-Datei des Sourcecodes auch auf eine feste Adresse eingestellt werden.

Funktionsweise

Das Dimmerpack bedient sich wie viele andere Schaltungen der Phasenanschnitttechnik. Dabei wird das Sinussignal des Stromnetzes an einer variablen Stelle bis zum nächsten Nulldurchgang auf die Last geschaltet. Die folgenden Bilder zeigen die wichtigsten Signale des Dimmerpacks bei 25%, 50%, 75% und 100% Leistung.

Gelb zeigt das Synchronisationssignal, was für die Netzsynchronisation benötigt wird. Rot ist die errechnete Leistung aus Spannung und Strom an der Last, Blau ist das Gatesignal zur Ansteuerung der TRIACs und Violett/Grün sind Lastspannung und -strom.

Firmware

Es sind verschiedene Ausführungen der Firmware im Downloadbereich verfügbar, die sich alle lediglich durch verschiedene Compilerschalter innerhalb der DMX512-Dimmerpackfirmware unterscheiden:

• DMX512-Dimmerpack für 230V mit Phasenanschnitt
  
• DMX512-Switchpack mit Schalten im Nulldurchgang für 230V
• DMX512-Switchpack ohne Nulldurchgangserkennung für 230V
• DMX512-Analogdimmerpack zur Erzeugung von 0-10V Spannungen über PWM-Glättung (Tiefpassfilter + OPV)
  

Die unterschiedlichen "Versionen" der Firmware sind wie bereits erwähnt nur Kompilate mit entsprechend veränderter Header-Datei. Die Firmware ist bei allen Ausführungen identisch. Es kann somit über die Headerdatei eine für den gewünschten Einsatz speziell angepasste Firmware kompiliert werden. Einige Optionen, die leicht in der Header-Datei geändert werden können:

• Zero-Crossing-Unit ein/aus
• Art der Zero-Crossing-Detection (PLL, Timer)
• Ausgänge als PWM (Dimmerpack) oder binär (Switchpack)
• Adresse über Taster einstellbar oder fest Einprogrammiert

LED-Anzeige

Die beiden Status-LEDs zeigen in der Originalfirmware den aktuellen Zustand der Firmware an. Es gibt derzeit folgende Kombinationen:

1. Beim Einschalten des Mikrocontrollers leuchtet zunächst nur Gelb, dann nur Grün und nach erfolgreichem Start entsprechend des aktuellen Zustandes wie ab 2. beschrieben:
2. Grün und Gelb leuchten dauerhaft: alles OK
3. Grün leuchtet und Gelb blinkt schnell: DMX512-Signal fehlt

Beim programmieren der Startadresse über den Schalter leuchten die LEDs entsprechend dem folgenden Muster:

1. Taster wird gedrückt: Grüne LED blinkt langsam um Beginn der Programmierung zu signalisieren. Hier kann der Vorgang durch Loslassen der Taste sofort abgebrochen werden, ohne eine Änderung vorzunehmen
2. Nach wenigen Sekunden blinkt die Grüne LED schnell. Hier wird auf die Informationen des Kanals 511 und 512 gewartet, von denen die Startadresse gelesen wird
3. Nach erfolgtem Auslesen der beiden Kanäle blinken Grün und Gelb gleichzeitig. Die Startadresse wurde erfolgreich ins EEPROM geschrieben. Der Taster kann nun losgelassen werden.

Aufbau

Es gibt nun eine fertige Platine für das Dimmerpack auf dieser Seite zu kaufen (siehe Artikel Platinenservice). Der hier gezeigte Prototyp ist noch auf Lochraster aufgebaut. Alle Triacs werden dann auf einen gemeinsamen Kühlkörper montiert, sodass bei entsprechender Belüftung 8x500W kein Problem darstellen (bitte darauf achten, dass die Triac-Kühlfläche isoliert ist, wie z.B. beim empfohlenen BTA16-600B).

Das Dimmerpack fällt extrem kompakt aus, sodass die gesamte Schaltung sogar in einem Standard-Hutschienengehäuse von Reichelt platz findet:

Schaltplan

1: Links: Transformation von 230V~ auf 5V= für die interne Versorgung
2: Oben: Zero-Crossing-Detection zur Bestimmung des Nulldurchgangs der 50Hz-Netz-Sinusspannung
3: Unten: DMX-Receiver und Startadress-Einstellung
4: Mitte: Atmel ATtiny2313 Mikroprozessor mit 8 MHz Quarz
5: Rechtsoben: 230V Leistungsteil mit 8 TRIACs oder 8 Solid-State-Relays (SSRs)

6: Rechts: Alternativ zum TRIAC kann eine 0-10V Schaltung für Analogdimmerpacks verwendet werden. Sie wandelt das PWM-Signal in ein 0-10V Signal um.

(zum Vergrößern bitte auf ein Bild klicken)

Beim Nachbau ist darauf zu achten, dass Sie hier mit der lebensgefährlichen Netzspannung von 230V~ zu tun haben, was bei unsachgemäßem Umgang für Sie aber auch für Andere lebensgefährlich sein kann. Bitte achten Sie auf ordnungsgemäße Absicherungen, Isolierungen und die sachgemäße Erdung von Gehäuse- und Steckerteilen.

Schaltplan für 230V Dimmerpack Getestet bis 1500W Revision 3.1	Schaltplan für 230V Switchpack Getestet bis 1500W Revision 3.1

Update: bitte zwischen PD2 und GND einen 100nF Kondensator hinzufügen (siehe neuen Schaltplan für PCB), um die ZC-Detection zu stabilisieren!

Neuer Schaltplan für PCB-Board:

Schaltplan ist im Downloadbereich im Eagle 5.6.0-Format herunterladbar.

Alternative Nulldurchgangserkennung

Die im Schaltplan verwendete Nulldurchgangserkennung verwendet lediglich einen Transistor, eine Diode einen Optokoppler und ein paar Widerstände, um ein 50Hz Nulldurchgangssignal zu erstellen, wie es in den Oszi-Bildern am Anfang dieser Seite gezeigt wurde (gelbe Kurve). Möchte man eine schnellere Synchronisation erreichen, kann man folgende Schaltung verwenden, um ein 100Hz Signal zu erzeugen, sodass sich der Mikrocontroller doppelt so schnell auf die Netzfrequenz einregeln kann. Die Firmware muss hierzu allerdings insofern angepasst werden, dass der Timer nun doppelt so schnell arbeiten muss.

Quelle: Finger, C., "Entwicklung, Aufbau und Erprobung eines Low-Cost-Steuergerätes mit Mikrocontroller für den universellen Einsatz zur Steuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren", Diplomarbeit, FH Wilhelmshaven, 1999

Firmware

Die benötigte Firmware steht ebenfalls im Downloadbereich zusammen mit dem Quellcode zur Verfügung. Dabei wurden Teile von Hendrik Hölschers DMX- und Phasenanschnitts-Library verwendet. Bitte entsprechend die Kopfzeilen des Quellcodes beachten.

Über Compilerschalter in der Headerdatei können verschiedene Funktionen der Firmware ein- und ausgeschaltet werden. Ich verweise auf das Forum, falls jemand diese Funktionen nutzen möchte, aber mit den Kommentaren im Quellcode nichts anfangen kann :)