Nebelmaschinensteuerung via DMX

Die Nebelmaschine

Das folgende Projekt bezieht sich auf eine SF-1000 von Stairville die, wie der Name verrät, ein 1000W Heizelement verbaut hat. Als Steuermöglichkeit durch den Anwender gibt es eine kabelgebundene Fernbedienung. Diese ist mit drei Schaltern (zwei rastend und einer tastend) und zwei Potis bestückt. Das Kabel hat einen 5-Pin XLR Anschluss und ist ca. vier Meter lang.

So viel dazu. Nun gilt es herauszufinden, wie die Nebelmaschine mit der Fernbedienung "kommuniziert".

 

Signale

Um falsche Vorfreude zu nehmen und um neue zu Wecken, sage ich es gleich: Es findet keine digitale Kommunikation statt, da sämtliche Signale von analoger Natur sind. Die verwendete Logik ist recht simpel. Zwei der fünf Leitungen übertragen +12V und die Masse (0V). Der Haupt- bzw. Heizschalter (rot-R) hat einen eigenen Pin. Der gelbe (Y) Schalter, zusammen mit der Zeitschaltung durch die zwei Potentiometer, belegt ebenfalls einen Pin. Dieser wird mit dem Taster (grün-G), welcher zur manuellen Betätigung dient, geteilt. Die fünfte Leitung wird durch ein READY Signal besetzt, welches die Status-LED auf der Fernbedienung schaltet. Die Logiktabelle, sowie weitere Bilder sind im Folgenden zu Sehen.

Nebel oder Nicht?

Diese Frage wird vom Auslöser mit Ja oder Nein beantwortet. Im einfachsten Fall ist kein Knopf gedrückt und kein Nebel wird angefordert. Angenommen das Heizelement ist eingeschaltet, dann gibt es zwei Möglichkeiten die Pumpe zu Betätigen. Als Erstes kann der grüne Taster gedrückt werden, welcher den Spannungspegel am Pin 4 des Steckverbinders hoch zieht. Die zweite Möglichkeit bildet die Zeitschaltuhr. Sobald der gelbe Knopf gedrückt ist, geht die gelbe Kontrolllampe an. Durch die Potentiometer kann die An- und die Aus-Zeit eingestellt werden. In der An-Zeit wird ebenfalls der Ausgang an Pin 4 erhöht. Ansonsten wird das Signal auf Masse gezogen. Beide Auslösemethoden sind mit einem OR-Gatter verbunden.

 

Ein normaler Schaltzyklus

Als Ausgangsbedingung ist das Heizelement im kalten Zustand und kein Knopf der Fernbedienung ist gedrückt. Der Ablauf beginnt, indem der Nutzer den roten Knopf einschaltet. Die Nebelmaschine fängt an zu Heizen und die rote Lampe der Fernbedienung geht an. Wenn nun der Auslöseknopf gedrückt wird, dann "sendet" der Nutzer das Signal zum Pumpen zur Nebelmaschine. Es passiert jedoch nichts. Wenn das Heizelement die Betriebstemperatur erreicht hat, geht die grüne "Heater Ready" Signallampe der Fernbedienung an. Die Nebelmaschine "akzeptiert" nun das Signal zum Pumpen, da ein AND-Gatter erfolgreich geschaltet wird. Als Eingänge dienen das Bereitschafts- und das Pump-Signal. Folglich wird zugleich die Fluidpumpe gestartet und Nebelflüssigkeit verdampft. Zum Schluss wird das Heizelement und somit das auch das restliche System durch den roten Knopf ausgeschaltet.

 

Digitale Steuerung

Nachdem die Funktionsweise geklärt ist, geht es darum die Fernbedienung zu emulieren. Zusätzlich dazu soll eine gleichzeitige Nutzung beider Steuerverfahren gewährleistet sein. Sprich: Die Fernbedienung und das DMX-Interface kombinieren ihre Signale durch ein logisches Oder. Im folgenden Bild ist meine Lösung dieser Problemstellung zu Sehen. Ganz links befinden sich vier XLR Anschlüsse. Zwei Fünfpolige für den Anschluss der Nebelmaschine und der originellen Fernbedienung, sowie zwei dreipolige für den DMX Anschluss. Es gibt jeweils eine Einbaubuchse und einen Einbaustecker pro Anschlussart. Zwischen den Anschlüssen befindet sich ein linearer Regulator, da die Nebelmaschinenlogik mit 12V und der verwendete Mikrokontroller mit 5V betrieben wird. Jener Mikrokontroller ist ein ATMega328 im Arduino Nano Format und wird in diesem Projekt kaum ausgelastet. Die DIP-8 Komponente an der Unterkante des Gehäuses ist eine RS-485 UART Schnittstelle. Hiermit wird die DMX Übertragung ausgelesen. An der Oberkante befindet sich ein quad AND-Gatter im DIP14 Format, welches die 12V Ausgänge schaltet. (Ein dual AND hätte an dieser Stelle auch gereicht). Zuletzt gibt es noch eine wichtige Baugruppe, die sich auf der Gehäuseoberseite befindet. Hier ist ein DIP16-Schalter und eine Signal LED verbaut. Jener Schalter stellt den DMX Kanal ein und ist in dieser Form handelsüblich in digital gesteuerter Lichttechnik verbaut.

Dioden

Vor zwei Abschnitten wurde die Zusammenschaltung der unterschiedlichen Steuersignale durch ein logisches Oder erwähnt. In diesem Fall verwende ich kein OR-Gatter als Logikbaustein, sondern nur Dioden und Widerstände. Der 0,7V Spannungsabfall bei einer 12V Versorgungsspannung ist vernachlässigbar und die Verlustleistung an den Dioden ebenfalls. Die Signale, welche zur Nebelmaschine gehen (Pin 3 und 4) werden jeweils durch zwei Dioden angeschlossen. Dabei sind die Kathoden am Ausgang zusammengeführt und die Anoden führen einmal zur Fernbedienung und einmal zum AND-Gatter. So können nur die positiven Signale der jeweiligen Sender durch die Dioden zur Steuereinheit der Nebelmaschine gelangen. Falls nur eine der beiden Quellen "sendet" blockiert die andere Diode, um die zweite Quelle zu schützen. Normalerweise müsste das Signal mit einem Pull-Down-Widerstand zu Masse gezogen werden, da die Quellen durch die Dioden keinen niedrigen Pegel senden können. Diese Widerstände habe ich weggelassen, da sie in der Nebelmaschine verbaut sind.

Da wir schon uns schon einmal mit dem Thema Dioden beschäftigen, befassen wir uns nun auch mit den TVS Dioden. Hiervon sind fünf Exemplare verbaut, um sämtliche Eingänge zu Schützen. Drei Dioden werden von mir standartmäßig zusammen mit dem MAX485, der RS-485 Schnittstelle, verbaut. Diese Schützen die zwei Eingänge A und B vor Spannungsspitzen, indem sie abgeleitet werden. Die restlichen zwei Dioden werden an Pin 5 der Fernbedienungsleitung angeschlossen. Als kurze Auffrischung: über Pin 5 wird das "Heater-Ready" Signal der Nebelmaschine ausgegeben. Dieses Signal wird vom Arduino eingelesen und verarbeitet. Somit soll der Eingang des Mikrokontrollers geschützt werden. Die verbauten TVS Dioden sind jeweils duale Dioden mit einer Spannung von 15V.

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