Entwicklung eines Lichtschwertes

Angelehnt an die Star-Wars-Saga entwickelten Dennis Waschik und Bastian Weiß in ihrer Projektarbeit im März 2016 ein voll funktionsfähiges Lichtschwert.

Es ändert seine Farbe abhängig von seiner Bewegungsrichtung. Dazu verbauten sie Komponenten zur Erfassung der Position und Beschleunigung, Auswertung der Daten sowie Ansteuerung der lichtemittierenden Halbleiter-Bauelementen.

In ihrer Projektarbeit, die von Prof. Dr. Alfons Klönne betreut wurde, wird die Entwicklung des gesamten Aufbaus beschrieben, der notwendig ist um Software und Hardware miteinander
zu kombinieren. Durch den Einbau in einem speziell angefertigten Gehäuse wird es zu einem Lichtschwert, wie in den Science-Fantasy-Filmen.

Hier kann ihre komplette Projektarbeit im PDF nachgelesen werden.

 

Das Fazit ihrer Arbeit:

"Ziel dieser Projektarbeit war es, ein Lichtschwert zu entwickeln, dessen Farbe sich je nach Bewegungsrichtung ändert sowie die Helligkeit dimmt. Dazu zählten Hardware- und Softwareentwicklung sowie der mechanische Aufbau des Lichtschwertes.

Zu diesem Zwecke wurde zuerst ein Messaufbau entwickelt und funkionstüchtig aufgebaut, mit dem die Funktionalität des Lichtschwertes getestet werden kann. Dabei ergab sich, dass die Bewegungsrichtung von einem Sensor gemessen und via I²C-Kommunkation einem Mikrocontroller übermittelt wird. Als Mikrocontroller wird ein Arduino Nano v3.0 verwendet, da dieser analoge als auch digitale Eingänge und Ausgänge hat, sowie auch Pins für Sonderzwecke. Zu diesen Sonderzwecken zählen unter anderem Pulsweitenmodulation und I²C-Protokoll. Die Lichtausgabe wird mit einer Pulsweitenmodulation an den Mikrocontrolleroutputs, verbunden mit einer Treiberschaltung und lichtemittierenden Halbleiter-Bauelementen, realisiert. Für die Lichtausgabe wird eine 10 W RGB High-Power LED verwendet, da diese optimal den Anforderungen eines Lichtschwertes entspricht.

Die Software wurde mit Arduino IDE entwickelt, einer leistungsfähigen und einfach anwendbaren Programmierumgebung für Arduino Mikrocontroller. Sie übernimmt das Auslesen der Sensordaten verknüpft diese mit der Lichtausgabe und steuert das Soundmodul.

Es wurden verschiedene Schaltungsarten und Hardwareanordnungen analysiert und deren Nutzbarkeit untersucht. Dazu zählen diverse LED-Treiberschaltungen, darunter MOSFET-Treiber und Konstantstromquellen. Was die Lichtausgabe betrifft, so konnte gezeigt werden, dass das Lichtschwert mit LED-Stripes und High-Power LEDs realisiert werden kann. Dabei wurde festgestellt, dass die Verwendung einer High-Power LED mit spezieller Linse und Kühlkörper optimal für den
Aufbau der Lichtausgabeeinheit sind. Bezüglich der Bewegungsdetektierung wurden verschiedene Bewegungssensoren getestet und die Messergebnisse verglichen. Schließlich wurde der MMA8451 in die finale Schaltung integriert."

Kontakt:

Bastian Weiß
E-Mail: weba1016[ät]hs-karlsruhe.de

Dennis Waschik
E-Mail: dwaschik[ät]web.de

 

Impressionen aus der Lichtschwert-Werkstatt:

Fotos: D. Waschik, B. Weiß