Alternative Ansteuerung der vielen tausend LEDs mit nur 4 Kabeln bei Projekten wie dem Flughafen

[Hardi]

Hallo Gerit,

ich habe mir eben das Video zur „Radikale Erneuerung von Knuffingen Aiport bei Gerrits Tagebuch 75“ angeschaut.
Es ist faszinierend wie viele LEDs Ihr dort verbaut habt. Aber auf der anderen Seite auch erschrecken wie unendlich viele Kabel Ihr dazu benötigt. Du hast von 2.5 tausend Kabeln gesprochen.

Habt Ihr euch mal Gedanken über eine alternative Ansteuerung der LEDs gemacht. Mit WS2811 Modulen müsstet Ihr pro Platte nur noch 4 Kabel nach unten verlegen. Unter der Platte würden kleine WS2811 Platinen sitzen welche ganz nahe bei den Leuchtdioden platziert sind. Mit einer solchen 32x75mm kleinen Platine


kann man 24 LEDs ansteuern.


Diese Platinen sind über ein einziges 4-poliges Kabel (LED-Bus) miteinander verbunden welches dann nach unten zu einem Verteiler führt.


An einem LED-Bus können knapp 800 LEDs angeschlossen werden und einzeln angesteuert werden. Dabei wird die Helligkeit jeder einzelnen LED alle 20ms aktualisiert. Dadurch lassen sich beliebige Lichteffekte programmieren.

Ich habe ein Programm entwickelt welches diese LEDs über einen Arduino ansteuert. Das Programm und die dazu verwendete Hardware ist frei verfügbar.

Neben den ICs zur Ansteuerung von einzelnen LEDs gibt es auch RGB LEDs mit integriertem Controller welche an den gleichen LED-Bus angeschlossen werden können. Damit kann man dann beliebige Farben generieren.

Die LEDs eignen sich z.B. für den Einbau in Häuser. So kann auch ein Haus mit vielen hundert einzeln beleuchteten Fenstern über ein 4-poliges Kabel angeschlossen werden.
Mit den WS281x LEDs kann man noch viele weitere tolle Dinge machen. Weitere Informationen dazu findet man hier:
https://wiki.mobaledlib.de/doku.php
https://www.stummiforum.de/viewtopic.php?f=7&t=165060

Ja, ich weiß für den Flughafen und auch für Euren Jahrmarkt kommt das natürlich zu spät. Aber vielleicht ist es eine Anregung für zukünftige Projekte.

Wenn ich Dir weitere Information geben kann, dann melde Dich.

@Alle: Das gilt natürlich auch für Euch. Die MobaLedLib kann natürlich auf Eurer Anlage eingesetzt werden. Damit könnt Ihr mit wenig Aufwand all die tollen Effekte des Wunderlands Zuhause einsetzen. Das Ganze ist sehr einfach zu konfigurieren. Von dem einfachen „bellebten Haus“ über beliebige Ampeln und Lichtsignalen bis zu einer komplexen Flughafenbefeuerung ist alles möglich.

Die MobaLedLib unterstützt auch Servos und Sound Module. Demnächst kommt auch noch die Ansteuerung von Schrittmotoren dazu.

Last Euch nicht durch den fast 5000 Beiträge umfassenden Thread im Stummi Forum abschrecken. Lest euch die ersten paar Beiträge an, schaut mal ins Wiki und fragt dann einfach was Ihr wissen wollt. Wir freuen uns über jeden neuen der an der MobaLedLib Interesse hat.

Die MobaLedLib ist inzwischen zwei Jahre alt und wird von vielen Freiwilligen weiterentwickelt. Das Konzept ist bei vielen privaten und auch bei mindestens zwei Vereinsanlagen im Einsatz.

Hardi

[PeetBr1]

Guten Morgen Hardi,

daran habe ich auch schon mal gedacht... Ich selber bin Fan von Gerrits Tagebüchern.
Da wird auch immer wieder berichtet welcher Aufwand betrieben wird, um die ganzen Lichteffekte von der Zentrale aus zu steuern.
Auch mir kam schon mal in den Sinn, das man manche Sachen im Wunderland dezentralisieren könnte, und mit der MML ausrüstet ... ich glaube, das dies die individuellen Möglichkeiten noch einmal steigern könnte.

Aber... ich denke das seine Energie erst mal in Monaco gebraucht wird ... er erwartet nun die Platinen ... und will ja dann erst mal F1 'spielen' ( was ich persönlich wirklich bewundere )

[Hardi]

Hallo Peter,

soweit ich das anhand dieses Tagebuch Videos verstanden wird im Wunderland ein ganz ähnliches Verfahren benutzt. Die „Hauptplatine“ der MobaLedLib heißt im Wunderland MiWuLight sieht so aus:


(Screenshot aus dem Video)

Mit der Platine können 24 Lichter oder andere Verbraucher angesteuert werden. Die Platine besitzt einen eigenen 32 Bit Prozessor der verschiedene Effekte autark generieren kann. Er kommuniziert mit der Zentrale über einen EIA-485 (RS-485) Bus.

Bei der MobaLedLib ist das ganz ähnlich. Die Hauptplatine ist um einiges kleiner (82 x 63mm) und wird nur mit einem 8 Bit Nano betrieben.



(Bild der 100sten Hauptplatine)

Der zweite Nano dient nur der Kommunikation per DCC oder Selectrix. Man könnte mit Ihm auch eine EIA-485 Kommunikation implementieren.

Mit dem Linken Nano können bis zu 768 LEDs angesteuert werden.

Der Vergleich ist nicht ganz Fair. Die MobaLedLib Hauptplatine enthält keine Leistungstreiber. Das ist bei meinem Konzept auch nicht nötig da jede LED Ihren eigenen inteligenten Leistungstreiber hat. Dadurch wird auch viel weniger Rechenleistung benötigt. Der Nano gint dem WS281x einfach die gewünschte Helligkeit vor. Die PWM Generierung und auch die Regelung bei Schwanktender Versorgungsspannung übernimmt dann der Chip selber.
Bei der MobaLedLib können auch nicht alle Ausgänge 3A liefern. Mein Konzept ist ja, dass man nur dort wo man die Leistung benötigt eine entsprechende Hardware einsetzt. Dazu gibt es ja die WS2811_Externer Platine, das Relais Modul, die WS2811 – BiPol Platine und noch einige weitere.

Wenn ich das in Gerrits Video richtig verstanden habe werden die „Knopfdruck Ahtionen“ im Wunderland aber über den PC gesteuert. Bei der MobaLedLib übernimmt das auch noch die Hauptplatine mithilfe der PushButton Platinen:


(Platine zum Einlesen von 10 Tastern und Ansteuerung der Taster LEDs)


Es gibt viele Möglichkeiten wie man die Lichtsteuerung auf einer Modelleisenbahn machen kann.

Aus meiner Sicht ist aber das ganz besondere an der MobaLedLib die Verwendung der WS2812 LEDs. Dadurch kann man ganz viele LEDs mit beliebigen Effekten ansteuern und benötigt nur eine Minimale Anzahl von Kabeln.

Was für einen Prozessor man dazu verwendet ist eigentlich Egal. Mir macht es einfach Spaß das scheinbar Unmögliche zu schaffen und mit einen winzigen Prozessor fast 800 LEDs anzusteuern.

Damit kann jeder Modellbauer sein eigenes Wunderland erschaffen.

Im Stummi Forum haben wir ja schon eine große Anzahl von MobaLedLib invizieren. Es würde mich freuen wenn ich auch die Bastler im Wunderland überzeugen könnte.


Hardi

[Marsupilami72]

Also ich bin mir ziemlich sicher, dass Gerrit die Existenz von WS28xx und artverwandten LEDs bzw. Controller ICs bekannt ist - und er wird sicher Gründe haben, sie dort nicht zu benutzen.

Wird im Miwula nicht DMX für die Lichtsteuerung benutzt?

[MobaLedLib]

Also ich bin mir ziemlich sicher, dass Gerrit die Existenz von WS28xx und artverwandten LEDs bzw. Controller ICs bekannt ist - und er wird sicher Gründe haben, sie dort nicht zu benutzen.

Wird im Miwula nicht DMX für die Lichtsteuerung benutzt?

Hallo Marsupilami72

auch DMX512 ist kein Problem für die MobaLedLib.
Dies wurde bereits eingebaut.

Das MiWuLA verwendet allerdings soweit ich weiß als Protokoll/Schnittstelle RS-485, aber auch darüber lässt sich die MobaLedLib mit etwas Arbeit anpassen.

Schöne Grüße
Dominik

[piefke53]

Also ich bin mir ziemlich sicher, dass Gerrit die Existenz von WS28xx und artverwandten LEDs bzw. Controller ICs bekannt ist - und er wird sicher Gründe haben, sie dort nicht zu benutzen.

Wird im Miwula nicht DMX für die Lichtsteuerung benutzt?

Als die ursprüngliche MiWuLight-Steuerung entstanden ist, war noch lange nicht an Arduino (2005) oder an die genannten RGB-LEDs zu denken, an die MobaLEDLib als ambitioniertes Hobby-Projekt erst recht nicht.

[Marsupilami72]

Das MiWuLA verwendet allerdings soweit ich weiß als Protokoll/Schnittstelle RS-485, aber auch darüber lässt sich die MobaLedLib mit etwas Arbeit anpassen.

DMX512 basiert auf RS485.

Als die ursprüngliche MiWuLight-Steuerung entstanden ist, war noch lange nicht an Arduino (2005) oder an die genannten RGB-LEDs zu denken, an die MobaLEDLib als ambitioniertes Hobby-Projekt erst recht nicht.

Darum ging es ja auch gar nicht, sondern um den aktuellen Neubau der Landebahn.

Mir ging es darum, dass bei der Landebahn sicher nicht so viele Kabel gezogen wurden, weil man WS2812 ICs nicht kennt

[Masso]

Übrigens: DMX wird auch bedingt im Miwula genutzt. Es klingt immer sehr viel, aber auch bei deinem System von der LED zur Karte muss man genau so wie jetzt verdrahten. Es ist einfach die Anzahl der Verbraucher, die wir haben, die den Aufwand so gross machen.

[Hardi]

Hallo Masso,

Übrigens: DMX wird auch bedingt im Miwula genutzt. Es klingt immer sehr viel, aber auch bei deinem System von der LED zur Karte muss man genau so wie jetzt verdrahten. Es ist einfach die Anzahl der Verbraucher, die wir haben, die den Aufwand so gross machen.

Ja, Du hast natürlich recht, Strom lässt sich eigentlich nur über Kabel übertragen.
Aber es ist nicht nur die Anzahl der Kabel, sondern auch deren Länge. Wenn man viele kurze Leitungen verwenden, kann dann kommen nicht so viele Kabel in einem Kabelkanal zusammen. Das macht die Geschichte viel Übersichtlicher und dadurch besser wartbar.

Die WS2811 Chips können direkt bei den LEDs platziert werden (Ganz kurze Leitungen). Sie besitzen einen eigenen Prozessor und können individuell angesprochen werden. Dadurch benötigt man zwischen den Modulen nur eine Bussleitung welche die Versorgungsspannung und eine Datenleitung enthält. In dem Bild oben habe ich ein Modul mit 24 Kanälen gezeigt. Man kann solche Module mit einer beliebigen Anzahl von LED-Kanälen herstellen. Dabei sollte die Anzahl der angesteuerten LEDs möglichst gering sein damit die Kabel kurz werden. Solche Module mit drei Ausgängen gibt es bereits fertig für 12 Cent. Das ist gerade für Hobbyanwender interessant.

Das Datensignal wird anders als beim RS485 (=DMX) in jedem Teilnehmer neu generiert. Dadurch ist das System extrem robust gegen Störungen. Beim RS485 benötigt man in regelmäßigen Abständen Verstärker.

Normalerweise ist der LED-Bus eine lineare Kette. Auf eine Modelleisenbahn benötigt man aber oft eine sternförmige Topologie. Ich hatte die Idee, dass man so eine Struktur ganz einfach dadurch erreichen kann indem man den Datenausgang eines Moduls wieder zum Stecker zurückführt. Diese Stecker kann man dann in ganz einfach in mehrfach Verteilerplatinen stecken. Das Kabel wird dadurch 4-polig, ist aber super flexibel zu verwenden.

Neben den WS2811 gibt es auch RGB LEDs bei denen der Chip bereits integriert ist. Das ist der eigentliche Vorteil an der Methode. Diese LEDs eignen sich ganz besonders zur Beleuchtung einzelner Zimmer in den Modellhäusern. So kann man jedes Zimmer individuell ansteuern. Die Räume können individuell An- und Ausgeschaltet werden, es können beliebige Lichtfarben verwendet werden und es sind besondere Effekte wie Neonröhren oder das Flackern eines TV-Gerätes möglich.
Trotzdem wird ein Haus mit fast beliebig vielen Zimmern nur über ein einziges 4-poliges Kabel angeschlossen. Das kann ein Stadthaus auf einer privaten Anlage mit 15 individuell Beleuchteten Räumen sein oder ein komplexes Gebäude wie die Elbphilharmonie mit Ihren 2500 LEDs (Momentan ist die mein System nur für 256 RGB LEDs ausgelegt, aber das kann man einfach skalieren).

Die RGB LEDs gibt es in verschiedenen Größen. Die Standard WS2812 LEDs sind 5x5mm klein. Es gibt sie aber auch in 3.5x3.5mm, 2x2mm und neuerdings auch winzige 1.5x1.5mm LEDs.
Mit den kleineren Versionen können Jahrmarktsbeleuchtungen sehr schön erstellt werden. Jede LED kann einzeln in Farbe und Helligkeit eingestellt werden. Und trotzdem benötigen alle LEDs einer Attraktion nur ein einziges Kabel. Diese LEDs gibt es bereits fertig auf kleine (Flexiblen) Platinen wodurch sie sich besonders leicht montieren lassen.

=> Mit den WS281x LEDs kann man sehr viele Kabel einsparen.

Für eine große Anlage ist auch ein weiterer Aspekt wichtig. Es ist möglich, dass man das Datensignal am Ende der Kette über einen Microkontroller überwacht. Dadurch erkennt man sofort eventuelle Fehler im System. Das Funktioniert selbst dann, wenn Tagsüber alle LEDs ausgeschaltet sind. Das Datensignal am Ende der Kette kann auch dann überprüft werden. So erkennt man sofort einen Ausfall ohne, dass man jede einzelne Baugruppe prüfen muss.

Hardi

[Masso]

Ohne den ganzen Text zu lesen: denkst du die miwulight wird nicht sinnvoll platziert? Wenn ich mich nicht irre, hat die miwulight sogar 32 Eingänge. Und übrigens: 5x5mm leds? Sorry, aber das is riesig, wir arbeiten teilweise mit smds und die sind deutlich kleiner. Weiterhin wurde die miwulight über die Jahre natürlich für unsere Zwecke weiter entwickelt, also optimal angepasst.

[Datterich]

Das ist ja ein sehr ausführlicher Werbeblock hier. Ich bin sicher, dass die Wunderländer, die gewiss und interessiert mitlesen, nun alle Details und Vorzüge zur Kenntnis genommen haben. Und wenn es eine gute sowie übernehmbare Lösung wäre, würden sie bestimmt direkt Kontakt mit dem Threaderöffner aufnehmen und vermutlich wohl kaum hier im Forum. Ob dies für den Modellbahnclub oder Privatanlagenmodellbahner interessant ist, wird sich noch zeigen. Dabei würden nicht nur die Technik und Kabeleinsparungen, sondern bestimmt auch der Preis bzw. die Kosten eine signifikante Rolle spielen.

Freundliche Grüße aus der Südheide
Datterich

[Marsupilami72]

Ich habe eher das Gefühl, dass hier der gelegentlich sinnvolle Blick über den Tellerrand vergessen wurde...

Bei den Dimensionen des Wunderlands und der dortigen Beleuchtung macht es sicher Sinn, so wie es jetzt gebaut wird - schließlich hat man dort schon 20 Jahre Erfahrung sammeln können, und die WS281x gibt es ja auch nicht erst seit Gestern.

[piefke53]

Erpel, das ist kein kommerzielles Projekt. (Daher auch keine "Werbung" im eigentlichen Sinne ...)

Die Platinen etc. werden zum Selbstkostenpreis + Versandkosten an die interessierten User im Stummi-Forum abgegeben.

[Hardi]

Hallo Zusammen,

wie Fred bereits geschrieben hat ist es kein kommerzielles Produkt. Und die Platinen werden auch nicht von mir, sondern über Alf bereitgestellt worüber ich sehr dankbar bin. Ich persönlich sehe davon keinen Cent.

Das Projekt ist für alle die es nutzen wollen kostenlos. Die Programme und auch die Daten zum erstellen der Platinen können von jeden kostenlos genutzt werden. Sie liegen öffentlich zugänglich auf Github.

Wegen diesem frei verfügbaren Ansatz haben sich einige Leute gefunden die genauso freiwillig und kostenlos an dem Projekt mitarbeiten. Das ist in meinen Augen das ganz besondere daran.

Und darum will ich das Projekt auch weiterverbreiten. Auf diese Weise finden wir andere Bastler die auch etwas dazu beisteuern können.

Das muss nicht unbedingt ein technischer Beitrag zu der MobaLedLib sein. Auch eine Frage kann der Sache weiterhelfen.

Darum Betreibe ich diese Form der „Werbung“.

Für mich und für die MobaLedLib wäre es großartig, wenn wir sagen könnten, dass ein Haus im Wunderland mit der MobaLedLib beleuchtet wird.

Es ist aber auch für alle Hobby Bastler ein Gewinn, wenn sie damit Ihre Anlage beleben.

Hardi

[Hardi]

Hallo Masso,

Ohne den ganzen Text zu lesen: denkst du die miwulight wird nicht sinnvoll platziert? Wenn ich mich nicht irre, hat die miwulight sogar 32 Eingänge. Und übrigens: 5x5mm leds? Sorry, aber das is riesig, wir arbeiten teilweise mit smds und die sind deutlich kleiner. Weiterhin wurde die miwulight über die Jahre natürlich für unsere Zwecke weiter entwickelt, also optimal angepasst.

Ich denke, dass sich eine kleine Platine viel besser platzieren lässt als eine Große. Ein einzelnes WS2811 Modul ist nur 10mm groß.

Schade, dass Du Dir nicht die Zeit genommen hast den ganzen Beitrag zu lesen. Dann hättest Du gesehen, dass es auch intelligente RGB LEDs gibt die nur 1.5mm klein sind. Mit 1515 sind die immer noch viel größer als einzelne LEDs welche die Abmessungen 0402 haben können. Aber diese LEDs können auch nur in einer Farbe leuchten und sind nicht Bus fähig.

Man muss auch nicht alle LEDs durch solche RGB LEDs ersetzen.

Das Wunderland hat die Platine sicherlich für die eigenen Bedürfnisse optimiert. Aber manchmal schadet es auch nicht, wenn man einen neuen Input von außen bekommt.
Ich weiß auch, dass Gerrit maßgeblich an der Entwicklung der Software für die Lichtsteuerung beteilig ist. Darum habe ich Gerrit im ersten Beitrag auch persönlich angesprochen.
Hardi