LED-Beleuchtung für Copter selber bauen – Teil 1

LED-Beleuchtung für Copter selber bauen

Früher oder später möchte man seinen FPV-Racer oder Multicopter mit einer Beleuchtung ausstatten. Eine LED-Beleuchtung für Copter muss nicht unbedingt nur Schnick-Schnack sein, sondern kann einem beispielsweise auch helfen zu erkennen, welche Orientierung der Copter im Flug hat. Dafür werden häufig grüne LEDs vorne und rote LEDs hinten am Copter montiert.

LED-Strips und Akku-Spannung

LEDs gibt es als einzelne Bauteile aber auch als LED-Strips. LED-Strips sind für einen Copter eine sehr angenehme Lösung. Sie bestehen grundlegend aus drei LEDs und einem passenden Vorwiderstand. Meist werden sie als Meter-Ware verkauft, wobei 3 LEDs und ein Vorwiderstand auf 2,5cm, 5cm oder 10cm Strip verbaut sind. Sie können folglich in diesen Längen abgeschnitten werden, wofür jeweils Markierungen auf dem LED-Strip sind. Ausgelegt sind sie oftmals für 12V (es gibt auch 15V, 24V LED-Strips und so weiter), bieten aber etwas Toleranz nach oben und unten. Die einfachste Möglichkeit wäre, die LED-Strips direkt an den Stromverteiler (PDB) bzw. den Flug-Akku anzuschließen. Bei FPV-Racern ist dies eine gängige Praxis.

3s LiPo

Ein 3s LiPo hat maximal 12,6V im frisch vollgeladenen Zustand. Richtig, es sind 0,6V mehr, als bei den LEDs angegeben ist. Kurz nach dem Laden sinkt die Spannung aber unter 12,6V und erreicht (erst Recht beim Betrieb des Copters) schnell 12,0V oder weniger. Die LEDs werden also wenn dann nur kurzzeitig etwas höher belastet, was aber normalerweise noch locker in ihrem Toleranzbereich liegt. Bisher hatten wir damit keine Probleme oder Ausfälle zu beklagen.

Wenn Du einen 3s LiPo nutzt, kannst Du 12V LED-Streifen eigentlich bedenkenlos einsetzen.

4s LiPo

Anders sieht es bei 4s LiPos aus. 16,8V sind weit mehr als die empfohlenen 12V. Dadurch würde zu viel Strom fließen und die LEDs beschädigt werden. Hier muss man mit einem zusätzlichen Vorwiderstand arbeiten. Dafür müssen wir wissen, welchen Strom die LEDs vertragen bzw. benötigen.

Der Strombedarf wird meist pro Meter LED-Strip vom Hersteller oder Händler angegeben. Angenommen 1m Strip benötigt 800mA und Du nutzt ein 10cm Stück davon, verbraucht es 80mA.

Nutzt Du einen 4s LiPo, hat er 16,8V. Sagen wir einfach 17V, das lässt sich einfacher rechnen. Wenn der LED-Strip 12V verträgt, müssen die überschüssigen 5V am Widerstand abfallen.

Der Widerstand muss also 80mA durchlassen und gleichzeitig 5V „abfangen“. Laut Ohm’schen Gesetzt hat dieser Widerstand eine Größe von:

R = U / I = 5V / 80mA = 62,5Ohm

Du wirst wohl keinen Widerstand mit genau 62,5Ohm finden. Auch wenn wir bei der Berechnung schon etwas höher gegriffen haben (5V anstatt 4,8V), würde ich Dir den nächst größeren Widerstand mit 68Ohm empfehlen.

Die Leistung muss der Widerstand natürlich ebenfalls abkönnen. Die Berechnung ist ebenfalls sehr einfach:

P = U * I = 5V * 80mA = 0,4W

Es gibt Widerstände mit beispielsweise 1/4W oder 1/2W und so weiter. Hier sollte also ein Widerstand mit 1/2W oder mehr eingesetzt werden.

 

LED-Farbe

Es gibt LEDs in verschiedenen Farben. Auch RGB-LEDs sind am Markt erhältlich, in denen rote, grüne und blaue LEDs kombiniert sind und einzeln angesteuert werden können.

Du kannst Dir überlegen, welche Farbe Dir am besten gefällt. Oftmals wird grün für vorne und rot für hinten genommen. Wenn Du mit Freunden fliegen möchtest, können aber auch RGB-LEDs Sinn machen. Du hättest dadurch die Möglichkeit, beispielsweise durch einfaches Umstecken einer Leitung, die Farbe der LEDs zu ändern. Selbstverständlich könntest Du auch eine Kombination der drei RGB-LEDs gleichzeitig anschließen und somit Mischfarben erzeugen.

 

Anschluss der LED-Beleuchtung für Copter

Einfarbige LEDs

Einfarbige LED-Strips besitzen nur zwei Anschlüsse. Einen Plus- und einen Minus-Pol. Diese haben sie an beiden Enden des Strips, damit man mehrere LED-Strips hintereinander schalten kann. Es ist also egal, an welcher Seite Du den LED-Strip anschließt.

Da man den Strips von außen meist nicht ansieht in welcher Farbe sie leuchten, würde es Sinn machen, die Leitung in der entsprechenden Farbe zu wählen. Masse/GND wählen wir natürlich in schwarz. Da der LED-Strip in der Abbildung 1 grün ist, haben wir entsprechend eine grüne Leitung gewählt.

Wichtig ist die korrekte Polung des LED-Strips.

Abb.1: Polung eines einfarbigen LED-Strips

Abb.1: Polung eines einfarbigen LED-Strips

Die beiden Leitungen müssen nur noch korrekt gepolt an das PDB bzw. die Akkuleitungen angeschlossen werden. Die Abbildung 2 zeigt den Anschluss. Damit man im engen Kabelgewirr nicht den Überblick verliert, haben wir das PDB und den LED-Strip ausgebaut.

 

Anschluss eines einfarbigen LED-Strips an das PDB

Abb.2: Anschluss eines einfarbigen LED-Strips an das PDB

 

RGB-LED-Strips

RGB-Strips gibt es grundlegend in drei Varianten.

Gemeinsame Anode (Common Anode)

Am häufigsten findet man wohl LED-Strips mit gemeinsamer Anode. Das heißt, man schließt eine gemeinsame Versorgungs-Leitung und drei Masse-/GND-Leitungen (also pro Farbe eine) an.

Angesteuert/gedimmt werden sie normalerweise über einen Transistor pro Farbe und ein angelegtes PWM-Signal, welches vom Flight-Controller erzeugt wird.

Eine alternative aber nicht ganz so elegante Möglichkeit wäre, die Intensität der LEDs über einen zusätzlichen Widerstand „hart einzustellen“. Dadurch lassen sich prinzipiell noch mehr Mischfarben erzeugen. Besser wäre allerdings, das PWM-Signal über einen kleinen zusätzlichen PWM-Generator mit Poti zu realisieren. Dadurch ließen sich die drei Grundfarben per Poti einstellen.

RGB-Strip gemeinsame Anode

RGB-Strip gemeinsame Anode

 

PDB mit Steckmöglichkeit für die drei Farben:

LED-Beleuchtung für Copter

LED-Beleuchtung für Copter

LED-Beleuchtung für Copter

 

Gemeinsame Kathode (Common Cathode)

Es gibt natürlich auch LED-Strips mit gemeinsamer Kathode. Hier schließt man eine gemeinsame Masse-/GND-Leitung und drei Versorgungsleitungen (wieder für jede Farbe eine) an.

Auch diese LEDs werden wenn dann pro Farbe mit einem Transistor und einem angelegten PWM-Signal vom Flight-Controller gedimmt/angesteuert. Die Möglichkeit des „harten Einstellens“ bzw. Nutzung eines einfachen PWM-Generators besteht natürlich auch bei diesen LEDs.

(Ein Foto reichen wir nach, wenn uns solch ein Strip unter die Finger kommt.)

LEDs mit integriertem Controller

Seit geraumer Zeit gibt es auch „intelligente“ LEDs. Gemeint ist damit, dass sie einen kleinen zusätzlichen Controller (z.B. den WS2812) integriert haben und somit ein serielles Signal verarbeiten können. Es können dadurch alle LEDs eines Strips einzeln in Farbe und Intensität gesteuert werden. Lauflichter, wildes Geblinke und quasi jedes erdenkliche Muster sind so prinzipiell realisierbar. Jede LED kann mit 8Bit pro Farbe angesteuert werden (256 Werte, wie bei einem PWM-Signal) wodurch sich „theoretisch“ über 16,7Mio Farben erzeugen lassen. Bei der seriellen Übertragung nimmt sich der erste Controller die ersten 24Bit und reicht die restlichen XXBit an die hinter ihn geschalteten LEDs weiter. Der zweite Controller macht es genauso und so weiter und so fort.

 

Digitaler RGB-Strip

Digitaler RGB-Strip

 

Achtung!

Diese LEDs vertragen meist nur 5V, ziehen aber recht hohe Ströme wenn sie in Reihe geschaltet werden. Man muss ggf. ein zusätzliches BEC alleine für diese LEDs verbauen.

Im Gegensatz zu den vorher genannten LEDs haben diese einen definierten Eingang und einen definierten Ausgang. Diese darf man nicht verwechseln.

 

Welche LEDs kann/sollte man einsetzen?

Aus Gewichts- und Kostengründen wären eigentlich einfarbige LEDs die erste Wahl. Andererseits sind sie nicht so flexibel was die Farbgestaltung angeht.

RGB-LEDs mit gemeinsamer Kathode sind eine schöne Wahl, wenn man manuell (also z.B. durch Umstecken von Leitungen) die Grundfarben durchschalten oder die Intensität per PWM-Signal einstellen möchte.

Beide Typen können zwar auch Blink-Muster erzeugen, die Muster muss aber der Flight-Controller (bzw. die Firmware) erzeugen können.

„Intelligente“ LEDS lohnen sich nur dann, wenn der Flight-Controller / die Firmware sie auch ansteuern kann. Verständlicher Weise sind sie die teuersten LEDs.

Kurz gesagt:

Gewünschte Funktion Lösung / Umsetzung
Dauerlicht und eine feste Farbe Einfarbige LED-Strips
Dauerlicht und manuell wechselbare Farbe RGB LED-Strips (mit gemeinsamer Anode), ggf. mit PWM-Generator
Blinklicht über PWM-Ausgang via Flight-Controller RGB LED-Strips (gemeinsame Anode und zusätzliche Transistor-Schaltung)
Ansteuerung von „intelligenten“ LEDs via Flight-Controller „Intelligente“ RGB LEDs einzeln oder als Strip

 

Zusammenfassung

  • Wir können festhalten, dass eine einfarbige LED-Beleuchtung bei jedem Copter realisierbar ist. Ggf. benötigt man bei stärkeren Akkus noch einen zusätzlichen Vorwiderstand, aber das wird einen nicht davon abhalten können.
  • Mit RGB LEDs ist auch das Erstellen von Mischfarben über manuelles Umstecken oder einen PWM-Generator möglich. Einige Flight-Controller bieten die Möglichkeit, RGB LED-Strips über eine Transistor-Schaltung anzusteuern. Dadurch lassen sich auch Muster realisieren.
  • Aktuell ist die Nutzung von „intelligenten“ LEDs die wohl interessanteste Variante. Andererseits muss der Flight-Controller diese LEDs natürlich auch unterstützen.
  • Die Entscheidung für oder gegen eine LED-Variante hängt also auch von Deinem Flight-Controller und der verwendeten Firmware ab.

 

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