Projekt: Schrankbeleuchtung mit Bewegungsmelder

Kennst du das, wenn du am Morgen deine Klamotten kaum siehst, weil das Schrank-Innere im Halbdunkeln liegt?

Um dieses alltägliche Problem zu lösen, habe ich ein ein kleines Elektronik-System gebaut, das beim Öffnen der Schranktür einen LED Streifen anschaltet. Welche Materialien ich dabei verwendet habe und wie die Schaltung funktioniert, erfährst du in diesem Beitrag. Kleine Elektronik-Basteleien, wie das hier vorgestelle Projekt, sind ideal, um theoretische Kenntnisse in die Praxis umzusetzen und die Entwicklung von kleinen Schaltungen zu üben.

Ergänzend zu den schriftlichen Erklärungen findest du ganz unten auf dieser Seite auch noch das YouTube-Video zum Projekt.

Wichtig: Nachbau des Projektes nur mit notwendigem Fachwissen und auf eigene Gefahr! Falls du den von mir vorgestellten Aufbau modifzierst (z. B. längerer / anderer LED Streifen), musst du die von der Modizifizerung betroffenen Komponenten (Netzteil, Leitungen, MOSFET usw.) gegebenfalls anpassen.

Was benötigst du für das Projekt?

  1. 1 x 12 V Netzteil als Spannungsversorgung, in meinem Fall mit einer Ausgangsstromstärke von bis zu I = 1,5 A
  2. 1 x mechanischer Schalter (optional, das System funktioniert auch ohne)
  3. 1 x Litze, zur Verdrahtung von Netzteil zu Elektronik-Einheit
  4. 1 x DC-Hohlbuchse, zur Anbindung Litze an Netzteil,  5,5×2,1 mm Buchse inkl. Schraubmontage Terminal Block 2-pin (Aderendhülsen für Litze verwenden!)
  5.  1 x LED Streifen, in meinem Fall 80 cm, Farbe warmweiß mit 7,2 W / m Leistungsaufnahme
  6. 1 x Infrarot Bewegungssensor, Typ HC-SR501
  7. 1 x ➣ Lochrasterplatine, als Basis für die Elektronikeinheit
  8. 2 x ➣ Schraubterminal 2 polig mit Lötpins, zur Anbindung der LED Streifen und der Versorgung
  9. 1 x MOSFET, ich habe den IRLZ44N von Infineon verwendet, mehr dazu weiter unten
  10. 1 x 1 kOhm Widerstand, als Pull-Down für MOSFET
  11. 1 x 10 Ohm Widerstand, als Strombegrenzung beim Schalten des MOSFETs
  12. 1 x isolierter Draht, um Bauelemente auf Lochrasterplatine zu verbinden

Für die graublau hinterlegten Teile habe ich einen Link zu Amazon hinterlegt. Die restlichen Teile sowie Verbrauchsmaterialien wie Draht, Litze usw. findest du bei verschiedenen Elektronik-Online-Händlern wie Reichelt, Berrybase oder Pollin.

Wie funktioniert die Schaltung zum Projekt?

Die Schaltung für dieses Projekt ist relativ einfach aufgebaut. Die Versorgung erfolgt durch ein 12 V Netzteil. Hier müsst ihr darauf achten, dass es ausreichend Stromstärke für den von euch gewählten LED-Streifen abgeben kann. Um dies zu ermitteln, müsst ihr zunächst die Leistungsaufnahme eures LED-Streifens berechnen.
In meinem Fall: 7,2 W / m x 0,8 m ≈ 5,8 W
Anschließend rechnet ihr die resultierende Stromstärke bei 12 V Versorgung aus: I = P / U = 5,8 W / 12 V = 0,48 A
Damit das Netzteil nicht permanent am Limit betrieben wird, solltet ihr ausreichend Reserve für die Stromstärke einplanen. Ich habe mit meiner Wahl eines 1,5 A Netzteils eine sehr großzügige Auslegung gewählt.

Um das System jederzeit an- und ausschalten zu können, habe ich im Versorgungspfad direkt am Eingang der Elektronik einen zweipoligen Kipp-Schalter eingebaut. Das zentrale Element in der Schaltung ist das HC-SR501 Infrarot-Sensormodul. Dieses kann über den VCC Pin mit 5 … 20 V versorgt werden. Am OUT Pin gibt das Sensormodul einen HIGH Pegel von 3,3 V aus, wenn das Modul eine Bewegung über seinen Infrarot-Sensor registriert. Über den OUT-Pegel wird das Gate eines MOSFETs angesteuert.
 
Als MOSFET habe ich den IRLZ44N von Infineon gewählt. Dieser ist ein sogenannter N-Kanal MOSFET. Das ist deshalb wichtig, weil N-Kanal MOSFETs auf diejenige Seite des Verbrauchers angeschlossen werden, die in Richtung Masse (= Ground / GND) zeigt. Dies trifft bei unserem Aufbau zu, da der MOSFET zwischen LED-Streifen und GND geschaltet wird. Weiterhin ist der IRLZ44N ein sogenannter „Logic Level“ MOSFET. Das bedeutet, dass er bereits bei einer Spannung von ca. U = 2,5 V (s. Datenblatt) zwischen Gate und Source maximal leitend ist. Den MOSFET mit den Pins Gate (G), Drain (D) und Source (S) seht ihr rechts in der Abbildung. Der Widerstand R1 in der Schaltung dient der Strombegrenzung. Das ist deshalb wichtig, weil zwischen Gate und Source eine sogenannte parasitäre Kapazität existiert. Dies könnt ihr euch wie einen kleinen Kondenastor zwischen Gate und Source vorstellen, wie im Bild rechts dargestellt. Diese parasitäre Kapazität C_GS würde ohne den Widerstand R1 beim Schalten des MOSFETs in sehr kurzer Zeit aufgeladen werden, was zu einem hohen Stromfluss und somit möglicherweise zu einer Überlastung vom OUT Pin des Sensormoduls führen könnte. Der Widerstand R2 ist ein Pull-Down Widerstand. Er stellt sicher, dass der MOSFET bei einem LOW des Sensormoduls auch sicher mit Masse verbunden ist. Würden wir den R2 weglassen, könnte es bei einem LOW des OUT-Signales sein, dass kein definiertes Potential am Gate des MOSFET anliegt und wir nicht sicherstellen können, dass der MOSFET sperrt.
 

Abschließend fehlt nur noch der LED-Streifen. Hier ist auf die Polung des Streifens zu achten: Der + Anschluss muss in an den Schalterpin angeschlossen werden und der – Anschluss an den Drain des MOSFETs, wie im Schaltbild oben dargestellt. Außerdem muss die Betriebsspannung des LED-Streifens natürlich zu eurem Netzteil, also 12 V, passen. Als Farbe würde ich „warmweiß“ empfehlen, aber das ist Geschmackssache ;).

Damit habt ihr nun einen Überblick über die Schaltung und kennt die Funktion der einzelnen Bauelemente. Mehr Details und weitere Informationen zum praktischen Aufbau findet ihr im unten verlinkten YouTube-Video. Bei Fragen zum Projekt, lasst mich diese gerne im Kommentarbereich des Videos wissen.

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