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Bühne frei für Aquarien-PixelLED-Beleuchtungen

Bühne frei für Aquarien-PixelLED-Beleuchtungen
Hallo @ all,

hier mal wieder eine "kleine" LED-Bastellei von mir, dieses Mal zeige ich euch einen Weg auf, wie man sich digitale, pixelgesteuerte LED-Stripes für ein Aquarium, oder auch Terrarium zu Nutzen machen kann.

Über den Sinn, Nutzen & die Effektivität dieser Lampe(n) sollte jeder für sich selbst entscheiden, Kommentare dazu sind aber gerne willkommen.

Die Technik dafür ist nicht wirklich neu, auf den Bühnen und in den Studios dieser Welt existiert Diese schon eine lange Zeit.

Die Idee dazu, dies in dieser Form über einem Aquarium einzusetzen, entstand bei mir schon vor einiger Zeit, aber damals waren diese LEDs und die dafür vorgesehene Ansteuertechnik schier unerschwinglich, sodaß diese Idee sehr schnell wieder verworfen wurde. Nun kommt bald aber wenigstens eine dieser LED-Lampen kommerziell, in dieser, oder ähnlicher Form auf den Markt, sodaß mir dieser Gedanke wieder ins Gehirn schoß.
:-D

Achtung: Wenn jetzt jemand auf die Idee kommen sollte, diese Beschreibung kommerziell für Sich auszuschlachten, dann bitte Vorsicht, es gibt in dieser Form, oder sehr ähnlich seit 2011 schon ein Patent, für den Selbstbau ist es allerdings ok.


Welche Idee steckt hinter dieser Technik in der Aquaristik/Terraristik ?

LED-Beleuchtungen für die Aquaristik sind zur Zeit sowiso in aller Munde, da HQI nächstes Jahr auslaufen soll, dann werden alsbald wohl auch die Leuchtstofflampen vom Markt verschwinden, da auch diese nicht gut für die Umwelt und auch nicht wirklich energieeffizient sind.

Aber welcher Sinn steckt hinter einer LED_Beleuchtung mit digitalen, also pixelgesteuerten LEDs ???

Zum Einen kann ich mir eine sehr naturnahe Beleuchtungsatmosphäre schaffen, mit wanderndem Licht, wie Wolkensimulationen, die durch das Becken wandern, Gewitter mit Wetterleuchten, Morgen und Abendröte, die langsam von der Nachtbeleuchtung übergeht, Farbverläufen, abgedunkelte und hellere Stellen zur gleichen Zeit im Aquarium, der simulierte Einfall von Lichtstrahlen, an bestimmten Stellen im einem sonst recht dunkelen Aquarium, wandernde Mondphasen. Der Phantasie und Naturnähe im Bereich Licht sind hier kaum Grenzen gesetzt. Das ist ersteinmal die Idee dahinter.


Die Technik dahinter:

Neben den digitalen LED-Stripes ist das Wichtigste natürlich die Ansteuerung. Auch hier habe ich mittlerweile eine/mehrere ganz einfache und sogar recht günstige Lösung(en) gefunden.

Meine Lösung beruht auf einem kleinen chinesischen Controller namens T-1000S. Damit kann man bis zu 2048 einzelne Pixel ansteuern. Dieser Kontroller kann überall im I-Net erstanden werden und das "für eine handvoll Dollar". :-D Ein weiterer Vorteil ist die Kaskadierbarkeit (der Zusammenschluß) mehrerer dieser Kontroller miteinander, Damit sind dann riesige Beleuchtungen möglich. Das Gerät weist übrigens immer eine chinesisch/englische Beschriftung auf, also nicht wundern. Wir bauen uns praktisch hier eine kleine Videowand über unsere Wasseroberfläche.

Selbst die passende Programmiersoftware ist dafür erhältlich und man kann Sie sogar ganz easy an seine eigenen Bedürftnisse & Beleuchtung anpassen.

Diese Software nennt sich LEDEdit 2013.

Die Version 2012 ist aber auch noch erhältlich, eine von 2014 habe ich auch schon gefunden, allerdings noch nicht ausprobiert.

Mit dieser ist es möglich sich das Raster unserer Selbstbau-Leuchte festzulegen und dann auch passend zu programmieren. Diese Programmierung geschieht natürlich auf dem heimischen Windows-PC. Die Programme von denen bis zu gleichzeitig 16 möglich sind werden dann auf einer stinknormalen SD-Karte abgelegt und können dann vom T-1000S gelesen und verarbeitet werden.

Von diesem Controller gibt es auch eine größere Variante , den T-4000S , mit 4x 1024 Pixeln, auf diese Gerät gehe ich aber hier nicht weiter ein. Dieses kostet dann etwas 100€.


T-1000S SD Card Controller für digitale LED Stripes

Features:

- 256 Dimmstufen, 256 Helligkeitsstufen auf 3 Farbkanälen entsprechen 16,7 Millionen möglicher Farben pro LED, Software Gamma Korrekur
- Der Kontroller und die Software unterstützen die verschiedensten Chip-Formate digitaler LED-Stripes.
- Der Ausgang kann bis zu 2048 Pixel ansteuern.
- Es können bis zu 16 Programme auf einer SD-Karte gespeichert und dann gelesen werden.
- Zur Konfiguration wird die Software LEDEdit 2013 verwendet.
- Mehrere dieser T-1000S-Controller können miteinander über RS-485/DMX verschaltet werden (kaskadieren)
- stabiles Metall Gehäuse
- Abmessungen: 165 x 80 x 30 mm

Lieferumfang: T-1000S Controller, 256Mb Speicherkarte

Technische Daten:

Betriebsspannung: 5-24V
eigene Leistungsaufnahme: 1W
Max. Wattage: 720W
Max. Leistung: 720W
Zertifikate: CCC,CE,FCC,RoHS

SD Karteneinschub:
Unterstützt SD Karten von 128Mb - 2GB
Untertützt max. 16 Programme auf der SD Karte

Hinweise:

- Der Controller kann bis zur 512 Pixel mit einer Framerate von 30fps ansteuern. Wenn der Controller mehr als 512 Pixel ansteuern soll, schaltet der Controller die Framerate automatisch herunter.

Dies ist für uns eher unrelevant, da uns auch eine viel langsamere Framrate völlig ausreicht.

-Die Ablage der Programme muss im Hauptverzeichnis auf der SD Karte erfolgen. Folgende Nummerierung ist hier anzuwenden: 001.LED, 002.LED usw.

Unterstützte Chipsätze:

Eine Tabelle der unterstützten IC-Typen auf den LED-Stripes, unterstützten Modulen in der LEDEdit 2013-Software und die maximal unterstützte Pixelanzahl hänge ich unten bei den Fotos an.

So, das wars ersteinmal zum Controller und zur Software. Die Ansteuerung haben wir also ganz easy in den Griff bekommen ;-)

Die digitalen/pixelgesteuerten LED-Stripes:

Allen verwendeten Stripes gemeinsam ist das Anschlußkabel für die Datenleitungen und eine 2-pol DC-Leitung zur Versorgung von 5V DC, wie meistens in der Digitaltechnik üblich.

Die LED-Stripes können zur einfachen Anpassung der Länge an jedem Scherensymbol eingekürzt werden. Alle LED-Stripes besitzen auf der Rückseite einen selbstklebenden 3M-Klebefilm zur sicheren Befestigung auf unserem Kühlprofil.



Die verwendeten Stripes:

Dies ist nur ein klitzekleiner Auszug von RGB- und weissen Pixel Stripes, in 5V-Technologie. Die meisten digitalen Stripes benutzen als SMD-LED die klassischen 5050 LEDs:

Digitaler LED Stripe LPD1886 RGB

Spannungsversorgung: 5V DC
Max. Leistung: 12,6W/m (2,52A / m)
Farben: 68,71 Millionen (RGB, je 12 Bit)
LED: SMD5050 RGB
LED-Driver: LPD1886
Auflösung: 42 Pixel pro Meter
Pixelabstand: 23,81 mm
Abstrahlwinkel: ca. 120°
Wellenlänge /Intensität:

RED 620-630nm / 550-700mcd
GREEN 515-530nm / 1100-1400mcd
BLUE 465-475nm / 200-400mcd 3600-5600mcd

Betriebstemperatur: 0°C ~ +40°C
IP–Level: IP00, nicht geschützt gegen Staub & Feuchtigkeit
Ausführung: 210x RGB LED mit externer Elektronik, teilbar zwischen jedem Pixel, selbstklebende Rückseite zur Montage
Abmessung (B x L): 14 mm x 5 m


Digitaler LED Stripe LPD1886 COOLWHITE:

Spannungsversorgung: 5V DC
Max. Leistung: 12,6W/m(2,52A / m)
Farben: 68,71 Millionen (3x 12 Bit)
LED: SMD5050 COOLWHITE
LED-Driver: LPD1886
Auflösung: 42 Pixel pro Meter
Pixelabstand: 23,81 mm
Abstrahlwinkel: je LED ca. 120°
Farbtemperatur: 9000 - 10000K
Betriebstemperatur: 0°C ~ +40°C
Lagertemperatur: -40°C ~ +80°C
IP–Level: IP00, nicht geschützt gegen Staub & Feuchtigkeit
Ausführung: 210x RGB LED mit externer Elektronik, teilbar zwischen jedem Pixel, selbstklebende Rückseite zur Montage
Abmessung: 14 mm x 3 m


Digitaler LED Stripe LPD1886 WARMWHITE

Spannungsversorgung: 5V DC
Max. Leistung: 12,6W/m(2,52A / m)
Helligkeitsstufen: 68,71 Millionen (3x 12 Bit)
LED: SMD5050 WARMWHITE
LED-Driver: LPD1886
Auflösung: 42 Pixel pro Meter
Pixelabstand: 23,81 mm
Abstrahlwinkel: je LED ca. 120°
Farbtemperatur: 3000 - 3300K
Betriebstemperatur: 0°C ~ +40°C
IP–Level: IP00, nicht geschützt gegen Staub & Feuchtigkeit
Ausführung: 210x RGB LED mit externer Elektronik, teilbar zwischen jedem Pixel, selbstklebende Rückseite zur Montage
Abmessung: 14 mm x 3 m


Alle Angaben zu den Pixel-Stripes sind Herstellerangaben !!!

Es gibt natürlich auch noch andere Stripes, mit einer anderen Pixelauflösung pro Meter (z.B.: 30/60/144), für noch mehr Lichtausbeute, aber naturlich auch mehr Verbrauch, oder anderen Protokollen, wie z.B.: WS 2811, WS, 2812B, um nur Einige zu Nennen, die dann aber auch zum Pixel LED Controller T-1000S passen müssen !!!

Ergänzung: Die meisten dieser digitalen LED-Stripes werden mit "nur" 5V Betriebsspannung betrieben, da die verwendete Digitaltechnik für die Ansteuerung auf den Stripes auch für 5 V DC ausgelegt ist.

Dies hat zur Folge das bei nur 1m dieser Stripes mit 60 5050LEDs, 18W bei 5V schon 3,6A (!) pro Meter an Strom anliegen, also ganz schön viel. Bei 120 LEDs ist es natürlich gleich das Doppelte und bei nur 30 LED`s nur die Hälfte.

Nun bin ich bei meinen Recherchen auf digitale LED-Stripes gestoßen, die direkt mit 12V oder sogar 24V betrieben werden können, was auch die Sache mit den Netzteilen einfacher macht. Erstens brauche ich dann für Contoller und LEDs nur ein Einziges und zweitens sind Netzteile mit 5V DC und hoher Stromstärke, außer im Computerbereich, ganz schlecht zu Bekommen.

Bei 12/24 V Betriebsspannung kommen wir mit unserer Stromstärke schon in brauchbare Regionen. Diese 12V-Stripes gibt es dann auch mit 30,48, 60, 120 und sogar 144LED`s/m. Bei der 24V-Variante konnte ich bis jetzt allerdings nur eine Version mit 36LED`s/m ausmachen.

Allen Stripes der digitalen Art scheint gemeinsam, dass Sie mit SMD-LEDs vom Typ 5050 ausgestattet sind.


Zu den Kosten:

Ein LED-Controller T-1000S kostet ca. 50€, eine 256Mb SD-Speicherkarte ist ja immer/meistens dabei, Diese reicht uns ersteinmal völlig aus. Ein Meter der digitalen RGB-LEDs liegt zur Zeit bei ca. 22-30€ VK, mit 12V-Technik ist es natürlich etwas mehr. Hinzu kommen dann noch die Kosten für den verwendeten Kühlkörper, das 2-Komponennten LED-Harz und natürlich auch sehr wichtig ein vernünftiges Netzteil von 7-24V, oder 5V DC in ausreichender Stärke.


Das LED-Profil:

Also ich bevorzuge für alle meine LED-Selbstbauleuchten mittlerweile das LED-Aluprofil MULTI SURFACE, oder für Leute die nicht so auf Kühlrippen auf der Rückseite stehen, das Ganze als MULTI SURFACE PENDANT. Diese Profil ist zwar nicht ganz so günstig, aber es hat eine tolle Form, eine gebogene Fläche für die LEDs, welches die Abstrahlung auf weit über 120 Grad erhöht, eine klare Abdeckscheibe, aus licht-, wärme- und wasserbeständigem Acrylglas. Außerdem gibt es passende Endkappen dazu und ein schönes Seilsystem zum Aufhängen über dem Aquarium.

Diese Profil ist für das Aufbringen von 8-14 LED-Stripes, geeignet, je nach Breite der Stripes und das bei ausreichender Kühlleistung. Das Profil hat insgesamt eine Breite von 154mm und als MULTI Pendant eine Höhe von 30mm. Ohne rückwärtige Abdeckung verringert sich die Höhe nocheinmal auf unter 20mm. Dieses Profil gibt es in Längen von 1, oder 2m. Wie gesagt, man kann sich natürlich auch eine kleine flache Wanne aus gebürstetem Alu, oder Edelstahl fertigen/besorgen, so wie es der Hersteller der fertigen digitalen LED-Beleuchtung auch bringt.


Der Aufbau:

Mechanisch:

Das Aufbringen der LED Streifen gestaltet sich recht einfach, diese werden einfach passend auf Maß geschnitten. und dann mit dem auf der Rückseite befindlichen 3M-Klebestreifen auf unser Alu-, oder Edelstahlprofil geklebt. Die Stripes werden einfach der Länge nach auf das Profil geklebt. quer geht aber auch, ganz wie Ihr es wollt. Zwischen den Stripes bitte etwas Abstand belassen (2-3 cm) , damit man ein schönes Raster hinbekommt.

Auf die mit Silkon fertig vergossenen LED-Stripes, oder späteren Silkonverguß verzichte ich inzwischen ganz, da dieser eine Farbverfälschung der Farben Blau und Rot verursacht und einen schnellen Wärmetod herbeiführen kann. Ich versiegel die Stripes mittlerweile mit einem hochklaren und dauerelastischen 2-Komponenten LED-Harz und das auch nur hauchdünn. Es gibt noch ein anderes Verfahren welches wir bei unseren Stripes der Fa. LiWeBe verwenden, darauf gehe ich aber hier nicht weiter ein. Es handelt sich dabei aber weder um ein Silkon noch um ein Harz.

Elektrisch:

Auch der elektrische Aufbau gestaltet sich recht einfach alle Daten- und Signalleitungen werden 1 zu1 in Reihe durchgschleift. Die Versorgungsspannung von +5V DC, oder 12V DC, je nach verwendeten Stripes, sollte hin und wieder aber mal neu eingespeist werden um hier größere Spannungsverluste und hohe Ströme zu Vermeiden, welche wegen geringen Spannung von nur 5V DC sehr schnell auftreten können, bei 12V ist es natürlich dementsprechend weniger, sodass nicht ganz so oft neu eingespeist werden braucht.

Bei der maximalen Pixelzahl natürlich aufpassen das diese nicht überschritten wird. Wie gesagt werden größere, oder mehrere dieser Lampen benötigt können diese über den RS-485/DMX-512-Bus miteinander vernetzt werden.

Natürlich kann man dann damit auch einen, oder mehrere dieser Controller direkt über DMX ansteuern, was dann auch eine Beschickung von Daten
mit einem Raspberry Pi, Arduino, ..., oder auch einem Windows PC ermöglicht.

Damit ist dann auch ohne Weiteres der Einsatz im Netzwerk, oder über W-LAN möglich.


Einige Videos auf YouTube zum Thema Selbstbau/DIY:

http://www.youtube.com/watch?v=XdJ8xGNb6rc
http://www.youtube.com/watch?v=Kpoi-qznuT4
http://www.youtube.com/watch?v=sbdvrfwr6Sg


Updates:

18.09.2014: Ändern der Hardware/Ansteuerung auf T-1000S Pixel LED Controller mit SD-Kartenansteuerung.
20.09.2014: Hinzufügen einiger Videolinks auf You-Tube zum Veranschaulichen. Ergänzung um 12V digitale LED-Stripes, Ansteuerbarkeit über DMX und PC-Anwendungen.


So, das war´s eigentlich schon. Ihr seht es ist gar nicht so schwer, so ein kleines Wunderwerk der Technik zu Bauen. Ganz nach meinem Leitsatz "LED-Beleuchtung ist kein Hexenwerk".

LG vom Mich@ aus Gronau, aka. GGuardiaNN ;-)
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