Die nachfolgend beschriebenen Schaltungen sind für den Einsatz auf Segelyachten konzipiert. Sie zeichnen sich durch eine geringe Bauteilanzahl und hohe Energieeffizienz aus.


"Nützlicher Lampengeist" - neu aufgelegt
 

Im Jahr 1977 erschien in der YACHT eine Bauanleitung von Maarten Slooves für ein Ankerlicht mit Dämmerungsschalter [1]. Es ermöglicht energiesparend einen ausgedehnten Landgang auch nach Sonnenuntergang und ein langes Ausschlafen nach Sonnenaufgang.
 
Die seinerzeit verwendeten Bauteile sind mittlerweile nicht mehr Stand der Technik, und auch Glühlampen werden an Bord inzwischen von LEDs abgelöst. Die Aufgabe der Schaltung ist jedoch weiterhin aktuell, geht es doch darum, die wertvolle elektrische Energie an Bord zu schonen.
35 Jahre später habe ich das automatische Ankerlicht nun  mit sechs verfügbaren Standardbauteilen neu entworfen und zusätzlich eine Anti-Trip-Funktion eingebaut:

Sie verhindert, dass das Licht der LEDs auf die Fotodiode rückwirkt und damit das Ankerlicht abschalten würde.

Der Trick dabei ist ein helligkeitsgetriggertes Monoflop. Fällt zu wenig Tageslicht auf die Fotodiode, dann triggert das Monoflop und schaltet das LED-Ankerlicht für 4 Sekunden ein. Nach Ablauf dieser Zeit prüft die Fotodiode die Umgebungshelligkeit erneut und triggert gegebenenfalls das Monoflop ein weiteres Mal usw.

Im Gegensatz zur Beleuchtungsphase ist die Messphase ohne LED-Licht extrem kurz (wenige Mikrosekunden), so dass das menschliche Auge die kurzzeitige Abschaltung nicht wahrnimmt. Die Kontrollspannung (PIN 5) und die Sensorversorgung sind durch eine Zenerdiode gegen Schwankungen der Bordnetzspannung ausreichend stabilisiert.

 Widerstand  beeinflusst die ...
R1  Monoflopzeit
R2  Schaltschwelle

Für eigene Anpassungen des Schaltverhaltens sind in der nebenstehenden Tabelle die zuständigen Funktionen angegeben.


Dank dieser Technik können sowohl die Fotodiode als auch die LEDs im selben Gehäuse eingebaut werden. Das erspart ein zusätzliches Bohrloch für den Sensor, Dichtungsprobleme, optische Trennung usw.

Der Ausgang des 555 kann Ströme bis zu 200 mA schalten und ist damit gerade noch für die direkte Ansteuerung der drei 1-Watt-LumiLEDs geeignet. Alle Bauteile sind handelsüblich und - sofern nicht in der Schublade - auch bei [2] erhältlich.

Für den
Einbau in ein wasserdichtes Gehäuse findet sich eine schöne Lösung bei [3] unter "LED-Beleuchtungen --> Selbstbau-LED-Anker-/Cockpitlaterne". Die dort verwendete LED-Lampe braucht ca. 100 mA und ersetzt dann in obiger Schaltung die rechte Kette, bestehend aus dem 10 Ohm-Widerstand und den drei LumiLEDs.



Bordspannungsalarm
 
Neben der Strommessung ist die Überwachung der Batteriespannung eine der elementaren Funktionen der Bordelektrik. Befindet sich die Spannung ausserhalb eines zulässigen Bereichs, so wird es höchste Zeit, den Skipper zu alarmieren.

Das Kernstück der Schaltung ist ein PIC 12F675 Mikrocontroller, dessen Firmware einen Fensterkomparator simuliert. Er erkennt unerwünschte Spannungszustände und meldet optisch und akustisch Über- bzw. Unterschreitungen der Bordspannung. Die Schaltschwellen sind in der Firmware abgespeichert. Eine zu niedrige Bordspannung deutet in aller Regel auf eine entladene Batterie hin, während bei Überspannung der Laderegler defekt ist.
Überspannungen > 15 V werden durch schnelles Blinken, Unterspannungen < 11,5 V durch langsames Blinken signalisiert. In beiden Fällen gibt ein an PIN 6 angeschlossener Piezosummer Alarm. Die Leistungsaufnahme der Schaltung ist sehr gering, so dass sie auch auf kleinen Yachten ständig mit dem Bordnetz verbunden sein kann. Im einfachsten Fall erfolgt die Versorgung über eine vorhandene 12 V-Steckdose.




Wasserstandsanzeige
 
Frischwassertanks befinden sich in Yachten und Wohnmobilen in der Regel ausserhalb des Sichtbereichs. Um stets über den Füllstand informiert zu sein, werden Fernanzeigen verwendet.
 
Sehr gute Erfahrung habe ich mit dem Hersteller Calira gemacht, dessen Wasserstandsanzeige erst nach über 20 Jahren nicht mehr funktionierte. Wer nicht auf kommerzielle Produkte zurückgreifen will, kann mit geringem Aufwand (weniger als 5 €) seine Anzeige selber bauen.

Die Firmware des Mikrocontrollers erfasst im Vier-Sekunden-Takt den Wasserstand und gibt ihn als Folge von Lichtblitzen aus. Ist der Tank leer, wird ein Funkelfeuer gesendet. Ansonsten steht jeder Blitz für 1/4 der Füllstands, vier Blitze signalisieren demnach einen vollen Tank:


Ein naturgegebenes Problem bei mit Gleichstrom betriebenen Wasserfühlern ist die Bildung von isolierenden Reaktionsprodukten an den Elektroden. Um diesen Effekt zu minimieren, werden die Fühler der nebenstehenden Schaltung während der Messabfrage für nur drei Mikrosekunden unter Spannung gesetzt, so dass mit einem wartungsfreien Betrieb über Jahre zu rechnen ist.

Wie bei kommerziellen Anzeigen üblich, empfiehlt es sich auch hier, die Schaltung zum Ablesen des Wasserstands nur kurzzeitig über einen Taster mit Betriebsspannung zu versorgen. Da zur Anzeige nur eine LED benötigt wird, ist der Einbau auch in kleinen Schalttafeln problemlos möglich.

Zu beachten ist, dass der Mikrocontroller mit max. 6 V betrieben werden darf. Möchte man keine autonome Batterie verwenden, sondern das 12 V-Bordnetz nutzen, so ist ein Spannungsregler (z.B. 78L05 oder LP2950 wie beim Bordspannungsalarm) vorzuschalten.
 
Auch diese Schaltung weist natürlich eine Besonderheit auf: Die Sensoren können in beliebiger Reihenfolge montiert werden. Durch die serielle Blink-Darstellung des Wasserstands ist ein Vertauschen  nicht möglich. Lediglich der Masseanschluss muss an der richtigen Stelle sein.

Übrigens: Die Wasserstandsanzeige eignet sich wegen ihres sehr geringen Stromverbrauchs auch hervorragend als Standalone-Lösung für die Fernüberwachung von Regentonnen im Garten. Hierzu kommt eine etwas modifizierte Firmware zum Einsatz: Sie schickt den Controller zwischen den Messungen für 20 Sekunden in den Schlafzustand. Auf diese Weise wird der mittlere Betriebsstrom erheblich gesenkt, so dass mit zwei Mignonbatterien ein Betrieb von ca. einem Jahr möglich ist. Wird
die Elektronik an sichtbarer Stelle im Garten platziert, läßt sich der Füllzustand auch aus der Wohnung heraus ablesen.

Im Internet gibt es verschiedene Vorschläge für die mechanische Ausführung der Sensoren. Eine Variante, die sich besonders für Einbautanks in Yachten eignet, ist die Kombination von Rawlnut-Dübeln und V4A-Schrauben.


Der Einsatz von V4A-Schrauben (M5) und Rawlnut-Dübeln gewährleistet einen langlebigen Betrieb. Beide Bauteile sind im Bootszubehör  erhältlich.


   Firmware - Bezug

Die Firmware-HEX-Files für den Bordspannungsalarm und die Wasserstandsanzeige können bei mir per email kostenlos angefordert werden:



Quellen / Links
[1] Slooves, Maarten: Yacht-Basteltip: Ein sehr nützlicher Lampengeist. In: YACHT Jahrgang 1977, Heft 4, S. 88 f.
[2] www.reichelt.de
[3] www.sailnsea.com/boat/kleinehelfer.html
[4] www.expresspcb.com (kostenlose Layout Software)

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