Spielzeug-Ampel selbstgebaut

Unser Sohnemann ist derzeit gut 2,5 Jahre alt und spielt am liebsten mit Matchboxautos. In das Spiel kann er sich so vertiefen, dass er manchmal nicht mitbekommt, wenn man ihn anspricht. Und weil er von Dingen wie Feuerwehr, Stau, Scheibenwischer, Auspuff und vielem mehr so begeistert ist, u.a. auch von Ampeln, beschloss ich, ihm eine Spielzeugampel zu bauen. Das ist eine kleine Sache zwischendurch für eine große Freude zwischendurch. Die Ampel hält ganz grob den Maßstab der Spielzeugautos ein und kann sowohl automatisch als auch händisch umgeschaltet werden. Im Artikel zeige ich den Aufbau, der mit elektrotechnischen Grundkenntnissen sehr leicht nachgemacht werden kann.

Die Idee für die Ampel kam recht spontan. Material dazu hatte ich noch da: 5 mm-LEDs in den Ampelfarben, einen Taster und einen kleinen Microcontroller. Die Ampel soll mit Batterien betrieben werden. Zwei AAA-Batterien mit 3 V Summenspannung reichen aus.

Zunächst hatte ich die Idee, ein Stück Kabelkanal zu verwenden, weil die Batterien so gut hineinpassen. Allerdings würde die Ampel dann rund 12 cm hoch, also deutlich größer als die Autos. Und eine Idee, wie ich einen Fuß anbringen könnte, hatte ich auch nicht so recht.


Dann hab ich mich ein bisschen in der Werkstatt umgesehen und mir ist die Verpackung von einem Kegelsenker in die Hände gefallen. Den mit Pfeil markierten Teil kann ich für die Ampel gut gebrauchen.


Die Batterien kommen in einen Batteriehalter, der auch noch herumlag. Dieser wird flach als Fuß unter der Ampel liegen. Ein Deckel gehört auch noch dazu, den ich aber vergessen habe im Bild unterzubringen. Da ich nur 2 Batterien benötige, kann die Elektronik im dritten Schacht untergebracht werden.


Schaltung

Im folgenden Bild ist der Schaltplan zu sehen. Anklicken zum Vergrößern!

Die Ampel wird von einem kleinen Microcontroller vom Typ ATtiny25 oder ATtiny45 gesteuert. Die beiden Typen sind identisch bis auf die Größe des Programmspeichers. Der kleinere reicht völlig, aber ich hatte nur den größeren herumliegen. Wer neu kauft, sollte also den 25er nehmen, der rund 1 € kostet. Dann sieht man die 3 LEDs mit Vorwiderständen, deren Werte ich experimentell ermittelt habe, da die Versorgungsspannung so niedrig ist und demnach der unbekannte Innenwiderstand der LEDs stark ins Gewicht fällt. Weiterhin ist ein Taster und ein Programmieranschluss vorhanden. Der R4-Widerstand dient der Resetschaltung. Ohne den läuft der Controller nicht. Der Keramikkondensator C1 glättet die Versorgung und sollte auch nicht eingespart werden, da der Controller sich sonst aufhängen und die Batterien vorzeitig aufbrauchen könnte.

Hinweis
Die Ampel darf so wie im Schaltplan dargestellt nur mit 2 standard AA- oder AAA-Batterien in Reihe betrieben werden. Akkus werden vermutlich nicht funktionieren, da sie eine niedrigere Spannung aufweisen und der Controller mindestens 2,7 V für den Betrieb benötigt.

Firmware und Funktion

Die Firmware ist natürlich winzig und beinhaltet folgende Funktionen:

  • Die Ampel wird in eher langen Zeitabständen umgeschaltet. Sie verbleibt 18 Sekunden auf rot und 28 Sekunden auf grün. Beim Umschalten geht sie über gelb, bzw. rot-gelb.
  • Mit dem Taster kann sie sofort umgeschaltet werden.
  • Ein Timeout von 12 Minuten wird heruntergezählt. Mit jedem Tasterdruck wird es wieder auf 12 Minuten zurückgesetzt und beginnt erneut herunterzuzählen. Wird das Timeout erreicht, werden die LEDs abgeschaltet und der Controller geht in einen PowerDown-Modus. Die Stromaufnahme ist dann lediglich 14 µA (Messwert), d.h. die Batterien halten rechnerisch mehrere Jahre im PowerDown.
  • Mit einem Druck auf den Taster wird der Controller wieder aufgeweckt, das Timeout neu gestartet und die Ampel nimmt den Dienst wieder auf.

  Ampel Firmware (78,2 KiB, 1.232 mal heruntergeladen)

Package mit Quellcode, kompilierten Hex-Files für ATtiny25 und ATtiny45 und den Fuseeinstellungen

Aufbau

Da nur 2 Batterien notwendig sind, werde ich das mittlere Fach für die Elektronik nutzen. Darum habe ich erst einmal die Feder und die Niete mit der schwarzen Leitung entfernt.


Die oben gezeigte Verpackung des Kegelsenkers habe ich zum Bohren angezeichnet.


In die Ampel habe ich 6,5 mm-Löcher gebohrt, damit die LEDs mit Halteclips hineinpassen. Das Batteriefach hat oben ein 7 mm-Loch für den Taster und unten ein großes Loch erhalten, durch das die Leitungen zu den LEDs hindurchverlaufen sollen.


Die Beinchen des Controllers habe ich nach innen gebogen. Taster und Controller werden zuerst im Batteriefach untergebracht.


Der Taster und der Controller wurden mit Heißkleber in das Batteriefach geklebt. Am Controller ist bereits der Kondensator C1 angelötet.


Die LEDs habe ich je mit einem Vorwiderstand (unter dem Schrumpfschlauch) und Leitungen versehen. Dann werden sie mit Halteclips in die Bohrungen der Ampel gesteckt. Schließlich habe ich – nach einem Test der LEDs – die ganze Ampel mit Heißkleber aufgefüllt. Dadurch wird die Ampel steifer und man kann die LEDs nicht hineindrücken.


Die Leitungen werden durch das große Loch in das Batteriefach geführt und gemäß Schaltplan an den dort fixierten Controller angelötet. Dann habe ich die Ampel am Batteriefach befestigt. Dazu habe ich Ampel und Batteriefach über Kopf genau in Position gehalten und dann durch das Loch im Batteriefach Heißkleber in die Ampel gefüllt, bis die Ampel voll war und der Kleber schon in das Batteriefach „überlief“. Wenn man das dann gut festhält, bis der Kleber erstarrt ist, hat man eine ziemlich solide Verbindung.


Hier ist dann alles untergebracht. Über die Klemmen versorge ich die Schaltung mit einem Labornetzteil und an die Stiftleiste ist mein Programmiergerät mit einem Steckadapter (rote Platine) angeschlossen. Das ist etwas individuell, aber hier kann ja jeder selbst einen Steckverbinder wählen.


So sieht es fertig aus. Man erkennt hier auch besser den 6-poligen Programmieranschluss. Und die Ampel läuft auch schon.


Der Taster befindet sich nun hinter der Ampel auf dem Batteriefach.


Und das war es auch schon.

Beim Nachbau muss sicher etwas improvisiert werden, da kaum jemand exakt die gleichen Materialien herumliegen hat. Aber mit Heißkleber lässt sich so einiges zusammenschleimen. Gerne dürfen in den Kommentaren auch Anregungen und Ideen hinterlassen werden.

Die Ampel ist bis jetzt noch nicht in Verwendung, da meine Frau einen Adventskalender für den kleinen Mann gebastelt hat und die Ampel in einem der Säckchen verschwunden ist. Aber er wird sich sicher freuen.

Beste Grüße und eine schöne Adventszeit!

Mov

8 Gedanken zu „Spielzeug-Ampel selbstgebaut

  1. Hey, eine coole Ampel hast du da gebastelt. Daran wird sich dein kleiner sicher erfreut haben. Ich bin auf der Suche nach was gleichem für meine beiden Jungs und das wird umgesetzt. Ich hab auch schon eine Idee. Danke, dass du das .hex file zur Verfügung stellst.

    • Hallo sunny,
      vielen Dank für deinen Hinweis. Das ist wohl bei der Pflege der Webseite in den letzten Tagen passiert, denn der letzte Download fand noch am 02.01.2016 statt.
      Jetzt geht es wieder.
      Gruß, Emanuel

  2. Hi, tja, ist mir doch glatt ein Schreibfehler untergekommen ;-)
    Danke für deine schnelle Rückmeldung!
    Welchen programmieradapter verwendest du?

    Grüße simon

    • Ich setze derzeit 2 verschiedene ein. Einmal den „AVRISP mkII“ von Atmel und einen einfachen Noname-Programmierer, den ich mal hier für unter 10 Euro gekauft habe, den es aber nicht mehr gibt. Bei Reichelt oder Amazon bekommt man solche Dinger aber auch für 10 Euro und weniger. Um einfach hex-Dateien in Controller zu schaufeln reichen die auf jeden Fall aus.

  3. Hi!
    Das ist genau was ich gesucht habe ;-)
    Da ich ein Leihe bin, würde mich interessieren, wie Du das Programm auf den attiny45 geschrieben hast? Hast Du dazu vielleicht ein Arduino benutzt?
    Oder ganz anders? Um eine kurze Hilfe wäre ich dankbar

    danke
    Grüße
    Simon

    • Uff, jetzt musste ich erstmal wieder aufstehen. Der „Leihe“ war einfach zu heftig… :D (Es heißt Laie und hat nichts mit ausleihen zu tun)
      Ich habe das Programm natürlich an einem PC erstellt, dann dort kompiliert und schließlich die kompilierte Datei mit einem Programmiergerät auf den ATtiny25/45 übertragen.
      Arduino hat damit nichts zu tun. Man nimmt einen beliebigen Editor, z.B. Notepad in Windows oder auch etwas komfortableres und schreibt das C-Programm hinein. Das habe ich dem Artikel ja beigelegt. Dann führt man den gcc-Compiler aus, der daraus eine hex-Datei macht und die überträgt man mit einem Programmieradapter (einfache kosten 10 Euro) und einer Programmiersoftware (z.B. AvrOsp, kostenlos) in den Controller.

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