LED-Beleuchtung für Unterwasserkamera

  • Hallo liebe Community,


    Ich und ein paar Freunde entwickeln für unser Hobby das Angeln eine Unterwasserkamera um Live-Bilder von der aktuellen Lage unter Wasser zu erhalten. Von der Umsetzung der technischen Seite was die Übertragung der Live-Bilder sowie die Bauform anbelangt steht schon alles fest und dies kann so auch umgesetzt werden. Nun kommt aber das Problem mit der LED-Beleuchtung für die wir nicht über das nötige Wissen verfügen um dies umzusetzen. Darum Bitte ich Euch mir bei dieser Problemstellung zu helfen.


    [Blockierte Grafik: http://www.bilder-upload.eu/upload/9a4660-1453036154.jpg]



    Technische Lösung von uns:


    Als Spannungsquelle dient ein USB 2.0 Anschluss der die Verbraucher 1x Widerstand und 5x LED in einer Parallelschaltung betreiben soll.


    Spannungsquelle:

    • USB 2.0 Anschluss 5V, max. 150mA


    Verbraucher:

    • 1x - Metallschicht-Widerstand 18 kΩ axial bedrahtet 0414 1 W (Produktlink)
    • 5x - LED bedrahtet Weiß Rund 3 mm 15000 mcd 20 ° 20 mA 3.2 V Nichia NSPW300DS (Produktlink)


    Sonstige Bauelemente:

    • LED-Fassung Metall Passend für LED 3 mm Schraubbefestigung Signal Construct SMZ1069 (Produktlink)


    Meine Fragen an die Community:

    • Kann diese Schaltung so umgesetzt werden, wenn nein, welche Lösung wird von euch bevorzugt?
    • Welche Lösung könnt Ihr mir vorschlagen um eine möglichst stabile Verdrahtung zu realisieren die besonders kompakt ist?


    Liebe Grüsse :)

  • 1x - Metallschicht-Widerstand 18 kΩ axial bedrahtet 0414 1 W


    Also, vielleicht irre ich ja, aber ich denke mit dem Widerstand werdet ihr ein dunkles Wunder erleben. Bei einem Spannungsabfall am R von 2V ergäbe sich ein Strom von etwa I=U/R = 2V/18kΩ = 0.111mA für alle 5 LEDs zusammen.
    Um auf die 20mA bzw 100mA für die Parallelschaltung zu kommen bräuchte es R = U/I = 1,8V/0,1A = 18Ω.


    Abgesehen davon, sollte man aber lieber wie von Fakrae geschrieben lieber jeder LED einen eigenen R spendieren. Die brauchen dann auch nur 2V*0.02A = 0.04W verbraten, kann also deutlich kleiner gewählt werden als der 1W.


    €:Ooops, Ledsfetz war schneller. Zu lange getrödelt...

  • Ja, das war auch mein erster Gedanke. Mit der gewählten Art der Stromversorgung ist nur leider nicht sehr viel mehr drin - 7 statt 5 LEDs. Allerdings würde es mich wurmen schon von vornherein 40% der Leistung in den Widerständen zu verballern. Hier wäre ein Step-Down schöner, nur erfüllt der eventuell nicht mehr die Platzvorgaben.

  • Zitat

    5x - LED bedrahtet Weiß Rund 3 mm 15000 mcd 20 ° 20 mA 3.2 V Nichia NSPW300DS


    Wollt ihr dann auch was sehen auf dem Video?


    Ich finde den Aufbau mit 5 x 3mm LEDs unter Wasser wo auch noch einiges an Trübung dazukommt schon sehr sehr mager.


    Es sei denn ihr versenkt eine Spiegelreflex mit 6400 ISO und 1.8er Linse, was ich mir aber nicht vorstellen kann.


    Ich kann mich natürlich auch irren, aber habt ihr schon erfolgreiche Tests gemacht?

  • Vielen Dank für das schnelle und kompetente Feedback. :)


    Was ich bis jetzt aus den Kommentaren erkennen konnte, dass ich auf einzelne Widerstände setzen sollte die vor die LED’s gehängt würden.


    Das ganze wäre ein Versuchsaufbau den wir noch nicht Live testen konnten, da wir aber nur etwa auf 1,5 bis 2 Meter Abstand filmen werden, sollte die Lichtstärke ausreichen. Zudem werden wir diese Unterwasserkamera für Aufnahmen von einer maximalen Tiefe von 8-10 Metern verwenden.


    Welche Widerstände wären eurer Meinung nach die richtige Wahl um den USB Anschluss zu schonen?


    ps. Das maximal verfügbare Volumen das noch in der Kamera vorhanden wäre beläuft sich auf 6cm3 in Form eines Rechteckes 2x3x1cm, sofern dies als Information für die Bauform der Widerstände von Bedeutung wäre.

  • Gibt es einen einleuchtenden Grund, warum ihr nur magere 150 mA per USB zur Verfügung habt?
    Es gibt z.B. USB-Tanks mit 1-6 18650 LiPo Zellen. Die haben schon bedeutend mehr "Dampf" unter der Haube. Ich habe z.B. einen mit 4 Zellen, komme so bei 3,6V auf 10 Ah. das Teil kann bei 5V an beiden Ausgängen 1x 2A und 1x 1A bereitstellen. Damit läßt sich schon etwas mehr anfangen :D

  • In den Hohlraum bekommst du locker 5-7 Widerstände. Ich würde - wenn es bei der Stromversorgung per USB und Strombegrenzung per Widerstand bleibt - auf 7 LEDs aufstocken und nochmal gucken ob du da die hellsten bei 20mA erwischt hast. Ansonsten fänd ich angesichts des hohen Leistungsanteils, der in die Widerstände geht, eine Schaltregler-Lösung sinnvoller. Auch wenn man das eigentlich nicht macht, könnte man hier z.B. sowas wie ne Micro-Buck von PCB-Components oder die Mini-Buck von LT auf 150-200mA umbauen (lassen) und dann entsprechend viele LEDs dahinter parallelschalten. Wenn ihr ein paar mehr der LEDs kauft und dann nochmal nach gleicher Flussspannung selektiert, ist das auch OK. Dann könntet ihr die "Leistungsreserve", die sonst die Widerstände heizt, zumindest zum Teil noch für die Beleuchtung nutzen.


    Wie dem auch sei, selbst bei 100%iger Nutzung der USB-Leistung von 5V*150mA=0,75W wird das alles andere als ein doller Strahler. Da würde ich, bevor viel Energie in die Arbeit gesteckt würde, mal erstmal einen Test machen, ob euch die Lichtmenge reicht.

  • Das ganze wäre ein Versuchsaufbau den wir noch nicht Live testen konnten, da wir aber nur etwa auf 1,5 bis 2 Meter Abstand filmen werden, sollte die Lichtstärke ausreichen. Zudem werden wir diese Unterwasserkamera für Aufnahmen von einer maximalen Tiefe von 8-10 Metern verwenden.


    Ganz ehrlich ich würde die LED'S erstmal in eine Platiktüte unter Wasser ausprobieren , bei den Daten 2 Meter entfernung bei 8m Tiefe kann ich mir nicht vorstellen das die LED's auch nur den geringsten Helligkeitsgewinn bringen.

  • Zitat

    Das ganze wäre ein Versuchsaufbau den wir noch nicht Live testen konnten, da wir aber nur etwa auf 1,5 bis 2 Meter Abstand filmen werden, sollte die Lichtstärke ausreichen. Zudem werden wir diese Unterwasserkamera für Aufnahmen von einer maximalen Tiefe von 8-10 Metern verwenden.


    Hm, das unterstreicht eher meine Befürchtung. 5 x 3mm würde ich nichtmal in einem Glas destilliertem Wasser etwas zutrauen. Aber wie ich schrieb, das hängt auch von der Kamera ab und die wird dann schon richtig gut sein.

  • Gibt es einen einleuchtenden Grund, warum ihr nur magere 150 mA per USB zur Verfügung habt?
    Es gibt z.B. USB-Tanks mit 1-6 18650 LiPo Zellen. Die haben schon bedeutend mehr "Dampf" unter der Haube. Ich habe z.B. einen mit 4 Zellen, komme so bei 3,6V auf 10 Ah. das Teil kann bei 5V an beiden Ausgängen 1x 2A und 1x 1A bereitstellen. Damit läßt sich schon etwas mehr anfangen :D


    Das Problem liegt darin, dass wir um die Live Bilder zu erhalten, dies über ein RJ45 zu USB Converter erledigen müssen und dies unsere Restriktion darstellt. Des Weiteren müssen wir um die Kamera ohne Bildstörungen zu betreiben die Spannung der LED's so niedrig wie möglich halten. Es stellt sich für mich als ein noch grösseres Problem dar wenn ich einen LiPo Akku verbauen muss, da ich zur Zeit keine Kenntnisse über eine einfache Lösung bereit hätte. Trotzdem wäre es für mich mit Hilfe von euch einen Versucht wert. Die Kamera ist per USB verbunden und verfügt dementsprechend über 4 Leiter, zwei davon für die nötige Spannung sowie Strom. Diese müsste man dann an je nach Ausgangsspannung indirekt an den LiPo anhängen?



    In den Hohlraum bekommst du locker 5-7 Widerstände. Ich würde - wenn es bei der Stromversorgung per USB und Strombegrenzung per Widerstand bleibt - auf 7 LEDs aufstocken und nochmal gucken ob du da die hellsten bei 20mA erwischt hast. Ansonsten fänd ich angesichts des hohen Leistungsanteils, der in die Widerstände geht, eine Schaltregler-Lösung sinnvoller. Auch wenn man das eigentlich nicht macht, könnte man hier z.B. sowas wie ne Micro-Buck von PCB-Components oder die Mini-Buck von LT auf 150-200mA umbauen (lassen) und dann entsprechend viele LEDs dahinter parallelschalten. Wenn ihr ein paar mehr der LEDs kauft und dann nochmal nach gleicher Flussspannung selektiert, ist das auch OK. Dann könntet ihr die "Leistungsreserve", die sonst die Widerstände heizt, zumindest zum Teil noch für die Beleuchtung nutzen.


    Wie dem auch sei, selbst bei 100%iger Nutzung der USB-Leistung von 5V*150mA=0,75W wird das alles andere als ein doller Strahler. Da würde ich, bevor viel Energie in die Arbeit gesteckt würde, mal erstmal einen Test machen, ob euch die Lichtmenge reicht.


    Ich beziehe mich nochmals auf die Antwort von Superluminal mit der LiPo Akku Lösung. Es wäre für mich kein Problem wenn dieser LiPo Akku als Spannungsquelle verwendet wird um dafür stärkere LED's mit mehr Lumen zu verbauen.


    Ansonsten wäre auch ein Boost-Converter mit Reihenschaltung denkbar, dann gibt es keine Probleme mit Spannungstoleranzen.


    Das hört sich auch gut an, nur kann ich unter dem Begriff Boost-Converter nichts passendes auf Conrad finden.



    Ganz ehrlich ich würde die LED'S erstmal in eine Platiktüte unter Wasser ausprobieren , bei den Daten 2 Meter entfernung bei 8m Tiefe kann ich mir nicht vorstellen das die LED's auch nur den geringsten Helligkeitsgewinn bringen.


    Vielleicht wäre das Problem gelöst wenn wir stärkere LED's verwenden können die von einem LiPo Akku betrieben werden.

  • Vielleicht wäre das Problem gelöst wenn wir stärkere LED's verwenden können die von einem LiPo Akku betrieben werden.


    Ich bin nicht gerade der unterwasser Experte aber man hört immer wieder von extremen Problem mit Helligkeiten und Farben.
    Es kommt ja auch extrem darauf an wo man taucht.


    Und bevor ich da ein aufwendiges Gehäuse wie geplant bastele würde ich erstmal mehr ausprobieren , 7-10 Meter ist nunmal nicht so Tief da kann man es auch durchaus mittels Klarsicht Plastiktüte für einenTest versuchen.
    Gerade bei LED's ist der Abstrahlwinkel extrem wichtig und die sollten auch zur Kamera passen.


    https://de.wikipedia.org/wiki/Sichtweite_unter_Wasser
    https://de.wikipedia.org/wiki/Unterwasserfotografie

  • Morgen…


    Das ganze wäre ein Versuchsaufbau den wir noch nicht Live testen konnten, da wir aber nur etwa auf 1,5 bis 2 Meter Abstand filmen werden, sollte die Lichtstärke ausreichen.


    Man kann auch ausrechnen, welche Beleuchtungsstärke die LEDs in 1,5…2 m Abstand erzielen. Unter Vernachlässigung aller Verluste (eine Glas- oder PMMA-Scheibe verursacht bei senkrechtem Lichtdurchgang bereits 8 % Verlust) beträgt die Beleuchtungsstärke zwischen 19 (2 m) und 33 Lux (1,5 m). Das ist schon arg wenig.

  • Guten Morgen und vielen Dank für die Feedbacks! :)



    Die ganze Unterwasserkamera wurde bereits komplett hergestellt, teils aus Alu gedreht oder komplexere Teile aus PET mit dem 3D-Drucker. Ein Versuch unter Wasser ohne die LED's haben wir aber noch nicht durchgeführt. Hier habe ich noch ein kurzes Video von einer sehr ähnlichen Lösung, dort wird ein gleich grosser Bild-Sensor mit den fast gleichen Spezifikationen verwendet. Bei der im Video gezeigten Lösung kann man erkennen das der Water Wolf über keine eingebauten LED's verfügt.


    Morgen…



    Man kann auch ausrechnen, welche Beleuchtungsstärke die LEDs in 1,5…2 m Abstand erzielen. Unter Vernachlässigung aller Verluste (eine Glas- oder PMMA-Scheibe verursacht bei senkrechtem Lichtdurchgang bereits 8 % Verlust) beträgt die Beleuchtungsstärke zwischen 19 (2 m) und 33 Lux (1,5 m). Das ist schon arg wenig.


    Ich habe auch gerade nachgeschaut wie sich der Lux Wert errechnen lässt, es wäre also wirklich eine Option auf stärkere (High Power LEDs) umzusteigen und eine Stromquelle per LiPo Akku im Gehäuse der Unterwasserkamera zu verbauen.

  • Zitat

    Ein Versuch unter Wasser ohne die LED's haben wir aber noch nicht durchgeführt. Hier habe ich noch ein kurzes Video
    von einer sehr ähnlichen Lösung, dort wird ein gleich grosser
    Bild-Sensor mit den fast gleichen Spezifikationen verwendet. Bei der im
    Video gezeigten Lösung kann man erkennen das der Water Wolf über keine
    eingebauten LED's verfügt.


    Wir wollen dir ja hier deine Konstruktion nicht schlechtreden, nicht dass das so rüberkommt. Aber es ist halt so: Wenn die Sonne runterknallt wie in dem gezeigten Video, machen die paar Lux der 3mm nichts dazu, falls es dämmrig/abends und dunkel ist - sind sie zu schwach. Insofern kann man sich die entweder ganz sparen, oder gleich gegen richtige Beleuchtungslösungen ersetzen. Etwas einbauen nur weil es reinpasst finde ich etwas unnötig - aber wie gesagt: Ist nur meine Meinung.