Die Datenschleuder #88 - Chaosradio - CCC

Fnordlicht
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NOCH WAS BUNTES FÜR DEN WEIHNACHTSBAUM
von Alexander Neumann
Auf der Suche nach der ultimativen Beleuchtung mußte ich leider feststellen, daß es so
etwas nicht gibt. Deckenfluter und Schwarzlichtröhren sind ja fast schon Standard, also:
Selbst ist der Nerd! Erstmal eine Liste machen! Was macht denn die ultimative Beleuchtung
überhaupt aus?
Vorüberlegungen
Eine solche Lampe sollte sein:
• vollständig konfigurierbar,
• standalone zu betreiben,
• natürlich auch dynamisch ansteuerbar,
• über einen Standard-Bus in größeren Mengen
adressierbar,
• nicht übermäßig teuer,
• ohne größeren Streß und Hardwareaufwand
selbst zu löten,
• intelligent, und vor allem:
• tolle Farben erzeugen, je nach Laune.
Leuchtmittel
Als erstes galt zu überlegen, womit man eigentlich
“Licht machen” will. LEDs sind toll für
sowas: Sehr hell, geringer Stromverbrauch und
günstig zu bekommen. Standard-LEDs haben
jedoch meistens eine Helligkeit von etwa 20–50
mcd (Milli-Candela), das ist für Beleuchtungszwecke
arg dunkel (oder man müßte viele LEDs
nehmen, und das wäre dann wieder nicht billig
und ziemlich aufwendig zu löten). Mittlerweile
gibt es aber auch hellere LEDs mit 5000–7000
mcd, die nicht viel teurer sind. Einziges Manko:
Der Abstrahlwinkel beträgt nur 20 Grad. Dies
stellt mit einem ordentlichen Diffusor kein größeres
Problem dar, aber dazu später mehr.
Farbe
Mit dem RGB-Farbraum und additiver Farbmischung
läßt sich ein großer Teil der für den
Menschen wahrnehmbaren (und schönen!) Farben
erzeugen. Dabei wird einfach mit den drei
Grundfarben Rot, Grün und Blau in jeweils verschiedenen
Helligkeiten eine möglichst weiße
C
Oberfläche beleuchtet. Die Farbe Weiß ergibt
sich bei gleicher Helligkeit aller drei Farben,
Schwarz durch die Abwesenheit von Licht. Dies
funktioniert natürlich am besten ohne jegliche
Beleuchtung von außen, sprich: nachts. Aber
das ist ja durchaus gewollt, deckt diese Zeit
doch den Hauptlebensrhythmus des gemeinen
Nerds zufriedenstellend ab.
LEDs lassen sich nicht wie normale Glühlampen
über die angelegte Spannung dimmen, deshalb
läßt man die LEDs flimmern und dimmt über
das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit
(PWM, Pulsweitenmodulation). Damit dieses
Geflacker nicht beim Arbeiten stört, benutzt
man einen Basistakt von 100Hz, der über der
vom Auge wahrnehmbaren Flackerschwelle
liegt. Ein Takt dauert also 1/(1*10^6) s=0.1 ms.
Da das Auge ein Problem mit gepulsten LEDs
hat (diese werden heller empfunden, als sie der
Photonenausbeute nach sind), ist das Verhältnis
zwischen gewünschter Helligkeit (H) und
Einschaltanteil (E) in einem solchen Takt leider
nicht linear, sondern H ~ E^g (0 ≤ H ≤ 1, 0 ≤ E ≤
1), wobei g für die Gamma-Korrektur steht. Probieren
hat gezeigt, daß g=2 gut funktioniert.
Prozessor
Ich habe mich entschieden, einen Atmel Atmega8
als Prozessor zu benutzen. Dieser Prozessor
hat mehrere Features:
• Systemtakt bis 16MHz,
• 8Kb Flashrom,
• 1Kb RAM,
• 512 Byte EEPROM,
• mehrere Timer,
die datenschleuder. #88 / 2005