Projekt Mood-P.I.L.L. oder Stimmungspille ohne Rezeptpflicht

Hallöchen zusammen,

ich bin nun doch schon ne gewisse Zeit in diesem Forum registriert, obwohl ich noch nicht viel gepostet habe bisher. Deshalb dachte ich mir, ich stelle nun auch hier mein gerade abgeschlossenes Projekt Mood-P.I.L.L. (Mood - Polycontrolled Interactive LED Light) vor. Ein etwaiger Nachbau ist leider nichts für Anfänger und Laien und auch die Materialkosten für das kleine High-Tech-Deko-Objekt sind sicherlich nicht jedermanns Sache (ca. 100 - 150 €, allerdings inkl. professionell gefertigter Platine).

Die Mood-P.I.L.L. ist ein kleines, pillenförmiges (die zylindrischen, nicht die runden) Deko Licht-Objekt mit RGB-LEDs. Es hat drei Modi, einen Kompass-Modus, der je nach der Himmelsrichtung, in die man die Mood-P.I.L.L. hält, die Farben der beiden Leuchtkugeln der 'Pille' wechselt. Dabei ist der Himmelsrichtungs-Kreis auf den Farbkreis (Hue) gemappt, Blau für Norden, Gelb für Süden etc. und auf der gegenüberliegenden Lichtkugel jeweils komplementär dazu. Ein weiterer Modus ist der Bewegungsmodus: dabei wechseln die Farben der beiden Leuchtkugeln in Abhängigkeit davon, wie man die Mood-P.I.L.L. im Raum hält (bezüglich Schwerkraft). Im dritten Modus kann man die Mood-P.I.L.L. auf ihren Sockel stellen und versch. Programme von automatischen Farbwechseln geniessen (unabhängig einstellbar für beide Leuchkugeln).

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Videos vom Betrieb hab ich leider noch nicht fertigstellen können, diese folgen dann aber demnächst.

Kapitel 1: Die Idee

Am Anfang war die PILLE
Und die PILLE war dunkel
Und Neni sprach: "Es werde Licht"
Und die PILLE erstrahlte in allen Farben des Regenbogens
Und Neni sah die Lichtfarben und sah, dass es gut war...

Naja, eigentlich war am Anfang die Idee von der Pille und die Idee der Darstellung der Himmelsrichtungen mit den Farben des Farbkreises. Relativ schnell fand ich ein Kompass-Modul (Digital Compass) von Honeywell, das HMC6352, welches einen kompletten elektronischen Kompass beinhaltete und zudem sehr einfach per I2C-Interface an einen µC anzubinden war. Sparkfun Electronics (http://www.sparkfun.com) bietet den Chip bereits auf einer kleinen Leiterplatte (Breakout Board) an (http://www.sparkfun.com/commer…info.php?products_id=7915), was das von Hand praktisch unlötbare Ding erst wirklich handhabbar macht.
Damit waren die Voraussetzungen geschaffen, die alles weitere ins Rollen brachten.

Kapitel 2: Ich geb mir die Kugel

Da die Pillenform nur schon wegen der idealen Namensgebung (Moodpill bezeichnet im Englischen tatsächlich die kleinen, chemischen 'Glücklichmacher': Antidepressiva) festgelegt war. machte ich mich auf die Suche nach Möglichkeiten, die Pillenform möglichst einfach und selbstbaugerecht umsetzen zu können. Ein Rohr und zwei Halbkugeln gleichen Durchmessers ergeben eine Pille. So einfach war es aber trotzdem nicht. Die Kugeln oder Halbkugeln mussten perfekte Leuchtenschirm-Eigenschaften haben, da fiel die Wahl dann schnell auf fertige Farbwechslerkugeln. Die Dinger gibt's aus chinesischer Billigstproduktion (sogar Vellemann) wie Sand am Meer, mit zwar miserabelster Elektronik drin, aber das war mir egal, ich brauchte ja nur das Plastik :wink: . Ich nahm dann diese Kugeln mit 64 mm Durchmesser vom grossen C: http://www.conrad.de/goto.php?artikel=590554. Der Vorteil dabei war, dass sie mit ihren 64 mm perfekt zum satinierten Acrylglasrohr mit 62 mm Innendurchmesser (66 mm Aussendurchmesser) von Modulor passten. Ich liess mir also bei Modulor solche Rohre von jeweils 100 mm Länge zuschneiden und kaufte beim C ein Rudel Kugeln.

Kapitel 3: Bleihaltige Luft, verklebte Finger, das Leben und der ganze Rest

Das erste Bild zeigt die Präparation der Vellemann-Kugel. Innereien an der Schweissnaht aus der Kugel rausschneiden und getrost entsorgen. Den oberen Teil eines Toilettenrohr-Dichtringes (gefunden im lokalen Baumarkt) mit Sekundenkleber und danach noch mit Heisskleber auf die Kugel montieren. Die beiden Kugeln ruhen übrigens zwecks wegrollstop auf dem ungenutzten Rest des Dichtringes. Somit kann man die Kugeln dann wiederentfernbar (wichtig für z.Bsp. Austausch des Akkus etc.) aber dennoch fest sitzend ins Acrylrohr stecken.
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Im Bild 2 sieht man noch die weiteren Grundbauteile des Gehäuses, das 100 mm satinierte Acrylglasrohr und die 100 x 100 mm satinierte Acrylglasplatte, welche mittels 4 Möbeltürknöpfen (aus Baumarkt) und selbstklebenden Gummifüssen zum Sockel für die Mood-P.I.L.L. verarbeitet wird.
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Hier ein Bild der geöffnetten Mood-P.I.L.L.
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Hier sieht man die kleinen Leiterplatten für die Superflux-RGB-LEDs. Ich habe welche für zwei Typen von Superfluxen (unterscheiden sich geringfügig in der Anordnung der Farbpins) gemacht. Daneben sieht man noch das fertige LED-Leuchtmittel zum Anstecken an die Mood-P.I.L.L.-Hauptelektronik. Der Diffusor und Farbvormischer (wichtig für eine homogene Farbe der Leuchtkugel) ist hier eine Gummileuchttastenkappe (ausgeschnitten aus 16er-Tastaturkappen) von Sparkfun Electronics. Die von mir hier verwendeten Superflux-RGB-LEDs sind welche mit gemeinsamer Kathode. Die Mood-P.I.L.L.-Schaltung unterstützt mittels der Jumper 1, 2 und 3 aber beide Typen von RGB-LEDs (CA und CC).
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Hier ist die Leiterplatte der Hauptelektronik. Ich lasse meist bei PCB-Pool fertigen, die Qualität ist immer sehr gut zu einem günstigen Preis.
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Die fertig bestückte und gelötete Hauptelektronik. Der MAX712 ist ein NiMH-Ladekontroller. Damit wird der verwendete 7,2 V 300mAH NiMH Akku (9V Block) mit einem kleinen 12V Netzteil in ca. 2 Stunden geladen (Schnelladung). Danach schaltet der MAX712 automatisch auf Erhaltungsladung um. Unter dem Kompass-Modul liegt noch der LIS2L02AS4 (ST) Accelerometer im SOIC 24 Gehäuse. Dieser sorgt für das Erfassen der Lage der Mood-P.I.L.L. im Raum.
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Das Herz der Mood-P.I.L.L. ist natürlich der ATMEL AVR µC (hier ein ATmega168, ein ATmega88 ginge aber auch) mit der entsprechenden Software von mir. Die grüne und gelbe LED zeigen den Status des Akkuladens bzw. das angeschlossene 12V-Netzteil an, die roten LEDs haben je nach Modus versch. Anzeigefunktionen.
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Hier noch der Blick in die Röhre von beiden Seiten mit eingeklebter (Heisskleber) Elektronik. Der Akku sitzt in einer kleinen Tasche aus matt-transparenter Hart-PVC-Folie, welche ich entsprechend zusammengefaltet und ins Rohr geklebt habe. Er lässt sich somit leicht wechseln.
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Hier nochmal die Mood-P.I.L.L. von der Seite gesehen. Die Folien-Einzeltasten (4 Stück) sind von der Richard Wöhr GmbH. Diese bietet neben kundenspezifischer Fertigung auch eine Reihe von Standard-Folientastaturen an und darunter eben auch Einzeltasten, was ansonsten eher eine Seltenheit ist. Das grosse C hat auch noch welche, aber die fand ich einfach zu hässlich.
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Die Kalibrierung des Accelerometers und des Kompass-Modules wird nach dem vollständigen Aufbau per Taste 5 in der Software durchgeführt. Dazu muss man die Mood-P.I.L.L. u.a. in verschiedene Lagen bringen (Accelerometer-Kalibrierung) und für die Kompass-Kalibrierung auf einem kleinen Drehteller (meiner ist von HAMA) möglichst gleichmässig ein paar Umdrehungen um die eigene Achse drehen.

Weitere Informationen zur Mood-P.I.L.L. inkl. Schaltplan, Layout, Stückliste, vollständigem und teilweise kommentiertem BASCOM-AVR-Code der Software und den entsprechend compilierten Binary-Dateien sowie einer Bedienungsanleitung als PDF mit umfangreicher Erklärung aller Funktionen finden sich auf meinem Webspace.

Ich weiss, dass ich nicht alle Fragen hier in einem Beitrag abhandeln kann, deshalb ungeniert fragen, falls noch etwas spezifisch interessieren sollte. Und wie gesagt, Videos folgen noch .

Schöne Grüsse aus der Schweiz
Neni

Zunächst mal vielen Dank für all das Lob . Man gibt es ja selten genug zu, aber so ein Schulterklopfer tut eben doch immer wieder gut :wink: .

Und nun zu den Fragen:

Seit dem Mathmos ADUKI (kam glaub so 2002/2003 raus) bin ich irgendwie einfach Fan dieser kleinen Deko-Leuchtobjekte geworden, und allgemein interessiere ich mich für Licht- und Leuchtendesign. In den letzten Jahren allerdings wurde der Markt aber grösstenteils mit zweitklassiger (vor allem vom Design und den Funktionen her) Billigstware ohne auch nur geringste Innovationen aus Südostasien überschwemmt. Es gab auch hin und wieder mal Lichtblicke (meist Produkte von Designbuden wie Mathmos oder Leonardo etc.) und letztens auch die Philips Living Colors (finde ich noch recht chic und im Gegensatz zu vielen anderen auch nicht zu teuer, weil ich gute Design-Arbeit sehr schätze, und innovative und kreative Entwicklerköpfe wollen und sollen auch entsprechend entlöhnt werden).
Nu ja, jedenfalls dachte ich mir, sowas kannst du auch, aber nur ja nicht einen einfachen Nachbau, sondern etwas Innovatives, andere Parameter zur Steuerung verwenden, etwas was es so noch nicht gab oder ich zumindest nicht gesehen hatte.

Die Mood-P.I.L.L. habe ich auch als Geschenk-Objekt für gute Freunde und Familie konzipiert, schliesslich rückt die Weihnachtszeit ja immer näher :wink: .

Andererseits ist die Elektronik-Bastelei für mich irgendwie auch immer eine Art Kunst, resp. auch eine Art, mit einem Produkt/Projekt mit anderen Menschen zu kommunizieren, etwas auszulösen, zu provozieren, zu animieren. Ob es gefällt oder nicht, man denkt nach, man spricht darüber. Die Objekte müssen auch nicht unbedingt einen bestimmten Zweck erfüllen, sie sind Kreativitätsmotor und Selbstzweck.

Und schliesslich und endlich gibt es da so eine amerikanische Truppe Design-Irrer (ich weiss die Adresse der Website nicht mehr), welche noch viel wildere Licht-Projekte verwirklicht haben, und die haben einfach so ein cooles Motto, wie ich finde: "Because we can" (weil wir's können). Und dies habe ich mir nun auch zu Herzen genommen :wink: .

Nun aber Schluss mit den philosophischen Gedankenspielen und wieder zurück zu den harten Fakten.

Die Schaltung benötigt im Betrieb bei maximalem LED-Strom (20 mA pro Farbe pro LED, wegen der Beschränkung auf die Farben des Farbkreises sind im Maximum jeweils zwei Farben gleichzeitig voll auf pro LED, das macht bei zwei RGBs 80 mA) ca. 100 mA. Nach Adam Riese beträgt die Akkulaufzeit bei einem vollgeladenen 300 mAh Akku ca. 3h, wahrscheinlich eher etwas weniger, ich hab's noch nicht nachgemessen. Bei 2h Ladedauer finde ich das ok, zumal man das Teil ja ansonsten auch am 12V-Netzteil angeschlossen lassen kann.

Die Schaltung braucht stabilisierte 5V wegen der ICs, das bedingt also schon mal eine gewisse Mindestanzahl an Akkuzellen (bei jeweils 1,2 V Nennspannung pro Zelle), und da wird's dann bei Mignons schon sehr knapp mit dem Platz. Ja, ich höre schon, es gibt doch lauter DC-DC-Wandler-ICs (Boost-Schaltungen). Stimmt, diese benötigen aber wiederum eine Speicherinduktivität (Spule), und bei der Empfindlichkeit des Kompass-Chips möchte ich in dessen Nähe keinen solchen elektromagnetischen Strahlemann (auch wenn man ne Ringkernspule nimmt, ist das magnetische Streufeld bei solchen Abständen nicht mehr zu vernachlässigen) haben. Bleiben noch reine Switched Capacitor DC-DC-Wandler. Diese liefern aber selten 100 mA und mehr, und wenn, dann beim Betrieb an der Spezifikationsgrenze mit sehr schlechten Lastregeleigenschaften und vergleichsweise hoher Welligkeit der Ausgangsspannung. Es bleibt also nur die lineare Step-Down-Stabilisierung, zwar mit einem 'Extreme Low Drop'-Regler (MAX603), um den Akku möglichst gut auszunutzen, aber dennoch sollte man nicht unter sechs 1,2 V zellen verwenden (also 7,2 V Nennspannung). Es gab dann noch eine Option mit prismatischen 1,2 V Zellen von Varta (600 mAh), welche klein genug sind, um auch bei 6 Stück noch gut reinzupassen, aber bei fast 10 € pro Zelle will dieser Kapazitätsgewinn wirklich gut überdacht sein :wink: .

Jaaa, der An/Aus-Schalter ist nicht gerade das Gelbe vom Ei, gebe ich gerne zu, aber ich wollte einen mechanischen, um keinerlei Standby-Strom zu verpuffen. Und ich wollte keinen Kippschalter, von denen gäbe es nämlich kleinere Formate. Vielleicht finde ich ja noch einen schöneren, kleinen Druckschalter (nicht Drucktaster) für die weiteren Exemplare, die da noch kommen mögen. Falls jemand einen Tip hat, bitte posten.

Folientaster, Conrad, ist halt Geschmackssache, ich mag deren längliche Form nicht, und dass sie schwarz sind. Die weissen, quadratischen von Wöhr kommen mir einfach trendiger, i-podiger vor :lol: .

Through-Hole: Naja, ich löte meine Sachen immer noch mit Lötstation von Hand, und wenn es keine physische (Platz etc.), physikalische oder sonstwie geartete Notwendigkeit für SMD-Teile gibt, dann verwende ich lieber TH-Teile. Den Accelerometer gibt's eben nur in SMD und die SMD-Version vom Spannungsregler-Chip (MAX603) hat paradoxerweise die höhere maximale Verlustleistung als die DIP-Version, einfach weil der Chip in der SOIC-Version so konzipiert ist, dass er über die Masseanschlüsse ziemlich viel Abwärme an die Kupfer-Massefläche abgeben kann. Ausserdem, die Mischung macht's, alles in TH hätte wiederum die Platinenfläche gesprengt.

Sockelung: Generell habe ich die Teile fest verlötet, welche keinerlei Justierungen nach sich zogen. Der µC ist gesockelt weil er etliche Male wieder zur Reprogrammierung raus musste. Jetzt, da die Software entwickelt und optimiert ist, könnte man ihn fertig programmiert auch fest anlöten. Die Status-LEDs mussten beim bzw. vor dem Einbau der Schaltung in der Röhre in ihrer Beinchenlänge justiert werden. Das erwies sich mittels Sockelung am Einfachsten machbar. Ich wollte so wenige Löcher im Acrylglas wie möglich haben, also auch keine für die Status-LEDs. Da das matte Acrylglas aber relativ stark lichtstreuend ist (was ja auch gut ist), mussten die Statusleds relativ dicht unter die Oberfläche kommen, damit sie konturmässig noch einzeln wahrnehmbar sind.

BASCOM: Eigentlich habe ich neben dem BASCOM Basic-Compiler auch einen C-Compiler für AVRs und kenne mich mit den Registern und der Assembler-Programmierung von AVRs auch sehr gut aus. Ich hasse es aber, Räder zweimal zu erfinden, und BASCOM bietet nunmal die bei weitem umfangreichste Funktionsbibliothek für AVRs. Es ist schon erstaunlich, wofür es alles bereits fertige Befehle und Funktionen gibt. Wenn ich also keine extrem zeitkritischen Routinen schreiben muss, warum soll ich mich da mit Low-Level-Code rumschlagen. Man kann über Basic denken was man will, aber die Sprache hat seit den z80- und C64-Zeiten enorme Entwicklungen durchgemacht, und sie lebt immer noch, mehr denn je sogar. Und BASCOM gehört zu den professionellsten Basic-Dialekten für µCs, die mir je unter die Finger gekommen sind, mit dynamischem Linker und allem drum und dran, was eine moderne µC-Hochsprache braucht.

Farbverlauf: Im Moment müsst ihr mir die absolut weichen Farbverläufe einfach galuben, solange noch keine Videos da sind. Bitte erwartet nur nicht allzu viel von den Videos. Bei meiner Kamera kann ich die Beleuchtungsmessung und Nachregelung nicht ausschalten. Das bringt es mit sich, dass die Lichtfarben nicht wirklich gut bzw. korrekt dargestellt werden. Real sieht es einfach viel brillanter und farbintensiver aus. Ich werde an den Einstellungen der Kamera aber noch etwas schrauben, vielleicht bekomme ich ein einigermassen brauchbares Ergebnis hin. Von den Daten her verwende ich Hardware-PWM (fast absolut Jitter-frei) bei 8 Bit Auflösungstiefe (256 Stufen) und ca. 245 Hz PWM-Frequenz, wo auch in den Augenwinkeln kein Flackern mehr wahrzunehmen ist. Leichte Flackerer bei Drehung und Bewegung sind im Kompass- und Bewegungs-Modus zu sehen. Das liegt in der Natur der Sache (Zitterbewegungen im Bewegungsmodus ebenso wie im Kompass-Modus). Diese sind aber kaum störend, zumindest empfinde ich's nicht so.

Ach ja, Idee zur Lagesteuerung: Da der Kompass sowieso einen Lagesensor nötig machte, da er nur korrekte Werte liefert, wenn man ihn zum Boden eben hält (eine etwaige, zu starke Neigung wird da mit den roten Statusleds angezeigt), habe ich mir eben auch überlegt, was ich sonst noch mit dem Lagesensor steuern könnte. Aus dieser Überlegung entsprang dann der Bewegungsmodus sowie ein paar Steuerfunktionen im Programm-Modus (Start/Stop und Geschwindigkeitseinstellung). Dazu siehe auch die Bedienungsanleitung.

Kosten: Also wenn man jetzt wirklich nur die Materialkosten für EINE Mood-P.I.L.L. rechnet, dann sollte man mit 100 €, vielleicht auch etwas darunter, 90 oder so hinkommen. Mich hat das Ganze inkl. Entwicklung, verworfener Test-Designs etc. viel viel mehr gekostet. Ich will das ehrlich gesagt gar nicht so genau nachrechnen, sonst fasse ich wohl nie mehr einen Lötkolben an :wink: . Immerhin lief das ganze Projekt von der ersten Idee bis zum endgültigen Produkt über ca. 4 Monate, natürlich nicht bei 100%. Schliesslich muss ich ja auch noch meiner 'normalen' Arbeit nachgehen, um genügend Batzen zu verdienen, damit ich diese dann für solche Projekte wieder verbraten kann :wink: .

Design: Wie gesagt, Design ist immer Geschmackssache. Entweder es gefällt, oder eben nicht, aber das ist auch ok so. Mir gefällt's jedenfalls, sonst hätte ich's ja nicht so gemacht.
Allerdings hätte ich sicher auch lieber eine Pille aus einer Gussform gehabt, wenn ich die Fabrik bzw. das Geld für sowas hätte.

Oha, ist wieder ein Roman geworden... ich entschuldige mich dafür, aber wenn man mal ins Quasseln kommt :wink: ...

Gute Nacht allerseits
Neni

Hallo Raimund,

danke auch dir für die lobenden Worte .

Das Kompass-Modul ist eigentlich auch das teuerste Bauteil der Mood-P.I.L.L. bei $ 59 (was macht das momentan etwa in € ... ca. 45?) pro Stück. Die fünf Stück, die ich noch ausserhalb der Mood-P.I.L.L. bei mir habe, sind auf Watte gebettet :wink: . Aber Honeywell Sensoren gehören sowieso meist nicht zu den günstigsten.

So viel zu verwerfen gab's dann doch auch wieder nicht. Generell bin ich eher der Typ Mensch, der lieber 10mal nachdenkt, nachrecherchiert, nachrechnet und umplant und 1mal testet :wink: . Aber auch das Umplanen bringt es so mit sich, dass man bereits Teile bestellt hat, welche dann doch nicht zum Einsatz kommen.

Da hast du aber ein sehr gutes Gedächtnis :wink: . Ja stimmt, das Projekt "RGB-Wandgemälde" (vorläufiger Name) mit 256 (16 x 16) Superflux-RGB-LEDs und nicht weniger als 128 AVR-Slave-Controllern (alle per I2C verbunden) und einem Master-Controller ist jetzt in den Startlöchern. Allerdings muss ich wohl bis Ende Monat warten, um die erste Massenbestellung losschicken zu können (tjaja, das liebe Geld) :wink: . Die 5- bzw. 7-Band-Equalizer-Chips habe ich noch nicht bekommen, sollten aber laut Distributor (offizielle Bestätigung) nächste Woche (Woche 46, Woche 44 war am Anfang avisiert) ankommen. Und ja, die werden dann in dem Projekt verwertet (1 IC pro Wandgemälde). Einer der möglichen Steuerungsparameter für das 'Wandgemälde' wird ja Sound bzw. Musik sein . Dass dieses Projekt ein noch grösseres Loch in meine Bastelkasse reissen wird, sei nur so am Rande bemerkt :lol: .

Viele Grüsse
Neni

So, ich konnte endlich mal das versprochene Video fertigstellen. Gezegt wird die Mood-P.I.L.L. beim Drehen (von Hand) auf einem Drehteller im Kompass-Modus. Ich habe die Kamera auf Punkt-Lichtmessung (Zentrum) gestellt und dann jeweils die eine Leuchtkugel in der Mitte des Bildes behalten, so dass die Kamera die Blende nicht so stark nachregelt. Trotzdem sind die Farben nicht so brillant und authentisch wie wenn man live damit 'spielt' und ein leichtes Helligkeitspumpen der Kamera ist immer noch zu erkennen.

High Quality Quicktime Video (30 MB)
Good Quality WMV Video (10 MB, streaming)

Gruss
Neni