Flugzeugbeleuchtung mit Arduino

Ich habe von Stephan die Anfrage bekommen, wie man eine Flugzeugbeleuchtung mit Arduino bauen kann. Er schreibt:

»Hallo, da wir gerade beim Thema blinken sind,  ich suche einen Sketch für eine Flugzeugbeleuchtung (Boeing). Es gäbe im Internet zwar jede Menge für RC Flugzeuge, jedoch helfen die mir nicht, da Signale von der Fernsteuerung ausgelesen werden. Ich möchte ein Standmodell beleuchten. Könnt ihr mir dabei behilflich sein?«

Stephan

Tja, da bin ich doch gern dabei. Da ich keine Ahnung davon habe, welche Beleuchtung es an Flugzeugen gibt, habe ich mir das auf YouTube angesehen. Captain Joe erklärt da die Beleuchtung eines Airbusses (https://www.youtube.com/watch?v=A1eqrunJuc0). Ich weiß nicht genau, ob es bei Boeing genau so ist, aber das Prinzip ist es bestimmt. Also:

Welche Lampen gibt es an einem Flugzeug? 

Für ein schönes Modell lege ich mal noch zwei weitere Lichtquellen an. Eine für das Cockpit und eine für die Kabinenbeleuchtung.

Die Lichtblitz-Intervalle folgen einer speziellen Animation. Die Strobes blitzen zweimal auf, dann gibt es eine Pause, dann blitzt das Anti-Collision Beacon, dann gibt es wieder eine Pause. Ich habe das mal in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Nun scheint es verschiedene Zustände des Flugzeuges zu geben. Ich nenne sie mal: Taxi, Takeoff, Climbing / Landing, In flight.

Schaltplan: Flugzeugbeleuchtung mit Arduino

Die Schaltung besteht aus einer Menge an Reihenschaltungen aus je einer LED und einem Vorwiderstand von 220 Ohm. Für die Blitze sollte man Ultra-Bright-LEDs verwenden. Die drei Navigaion Lights müssen jeweils einen Vorwiderstand bekommen. Das ist nervig, verhindert aber, dass sonst nur die LED mit dem kleinsten Innenwiderstand leuchtet. Bei unterschiedlichen Farben wäre das sonst unvermeidbar. Zusätzlich kommt noch ein Taster in die Schaltung, der dem Durchschalten der Zustände dient. 

Code

Gut. Damit lässt sich doch schon mal was anfangen. Im Programm verwende ich eine Status-Variable (myState). Sie merkt sich den Zustand, in dem sich das Flugzeug befindet. Welche Zustände das sind, lässt sich hier unten im Array sehen. Es speichert die Beleuchtungszustände pro Status. Das bedeutet, dass zum Beispiel im Status 4 die ersten drei LEDs ausgeschaltet sein sollen, alle anderen sollen eingeschaltet sein.

int beleuchtungsZustaende[9][11] = {
  {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},  // state 0 All Off
  {0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 1 Grounded
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 2 Taxi
  {1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0},  // state 3 Takeoff
  {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 4 Climbing
  {0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 5 In Flight
  {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 6 Landing
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 7 Taxi
  {0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1}   // state 8 Grounded
};

Ich füge gleich noch ein paar wiederholende Muster fest (z. B. ist Taxi sowohl State 2 als auch State 7), um eine schöne Abfolge zu erreichen (also vom Start bis zur Landung).

Alle LED-Pins werden auch in einem Array gespeichert. 

int ledPins[11] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};

Nun können die LEDs also je nach Zustand ein- und ausgeschaltet werden. Der Status ändert sich, wenn man den Button drückt, der in die Schaltung integriert ist. Damit lassen sich also alle Beleuchtungszustände durchschalten:

  buttonState = digitalRead(buttonPin);
  if ((buttonState != lastButtonState) && (buttonState == LOW)) {
    myState++;
    if (myState >= 9) myState = 0;
  }

Die Methode zeigeBeleuchtung übernimmt die gesamte Ausgabe. Sie schaltet je nach Status (myState) durch eine for-Schleife die einzelnen LEDs ein- und aus.

void zeigeBeleuchtung() {
  for (int i = 0; i < 11; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], beleuchtungsZustaende[myState][i]);
  }
}

Der gesamte Code sieht dann so aus:

int ledPins[11] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};
int buttonPin = 14;  // entspricht dem Analog In 0 (A0)

int beleuchtungsZustaende[9][11] = {
  {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},  // state 0 All Off
  {0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 1 Grounded
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 2 Taxi
  {1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0},  // state 3 Takeoff
  {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 4 Climbing
  {0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 5 In Flight
  {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 6 Landing
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 7 Taxi
  {0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1}   // state 8 Grounded
};

int myState = 0;
int buttonState;
int lastButtonState;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  for (int i = 0; i < 11; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
  }
}

void zeigeBeleuchtung() {
  for (int i = 0; i < 11; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], beleuchtungsZustaende[myState][i]);
  }
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(buttonPin);
  if ((buttonState != lastButtonState) && (buttonState == LOW)) {
    myState++;
    if (myState >= 9) myState = 0;
  }

  zeigeBeleuchtung();
  lastButtonState = buttonState;
  delay(10);
}

Nun sollen die Beacon- und Strobe-Lichter aber natürlich blinken. Da ich dafür keine Delays verwenden will, muss ich Timer-Funktionen einsetzen. Ich lege also zwei Arrays an. flashTimeouts speichert die oben erwähnten Wartezeiten, während flashBehaviour steuert, ob die Beacon- oder Strobe-LEDs an oder aus sein sollen. 

Der Einfachheit zu liebe betrachte ich zwei unterschiedliche Zustände. Beim ersten sollen sowohl die Beacon- als auch die Strobe-LED blitzen:

if ((beleuchtungsZustaende[myState][4] == 1) && (beleuchtungsZustaende[myState][7] == 1)) {
    digitalWrite(ledPins[4], flashBehaviour[0][flashPosition]);
    digitalWrite(ledPins[7], flashBehaviour[1][flashPosition]);
    if (flashTimer + flashTimeouts[flashPosition] < millis()) {
      flashPosition++;
      flashTimer = millis();
      if (flashPosition > 5) flashPosition = 0;
    }
}

Beim zweiten blitzt nur die Beacon-LED:

if ((beleuchtungsZustaende[myState][4] == 1) && (beleuchtungsZustaende[myState][7] == 0)) {
    digitalWrite(ledPins[4], flashBehaviour[0][flashPosition]);
    if (flashTimer + flashTimeouts[flashPosition] < millis()) {
      flashPosition++;
      flashTimer = millis();
      if (flashPosition > 5) flashPosition = 0;
    }
}

Ringsherum noch etwas Timer-Magie und dann sieht der zusammenhängende Code so aus:

int ledPins[11] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};
int buttonPin = 14;   // entspricht dem Analog In 0 (A0)

int beleuchtungsZustaende[9][11] = {
  {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},  // state 0 All Off
  {0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 1 Grounded
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 2 Taxi
  {1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0},  // state 3 Takeoff
  {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 4 Climbing
  {0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 5 In Flight
  {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},  // state 6 Landing
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1},  // state 7 Taxi
  {0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1}   // state 8 Grounded
};

int flashTimeouts[6] = {50, 50, 50, 400, 50, 400};
int flashBehaviour[2][6] = {{0, 0, 0, 0, 1, 0}, {1, 0, 1, 0, 0, 0}};
int flashPosition = 0;

long flashTimer = 0;

int myState = 0;
int buttonState;
int lastButtonState;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  for (int i = 0; i < 11; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
  }
}

void zeigeBeleuchtung() {
  for (int i = 0; i < 11; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], beleuchtungsZustaende[myState][i]);
  }
  if ((beleuchtungsZustaende[myState][4] == 1) && (beleuchtungsZustaende[myState][7] == 1)) {
    digitalWrite(ledPins[4], flashBehaviour[0][flashPosition]);
    digitalWrite(ledPins[7], flashBehaviour[1][flashPosition]);
    if (flashTimer + flashTimeouts[flashPosition] < millis()) {
      flashPosition++;
      flashTimer = millis();
      if (flashPosition > 5) flashPosition = 0;
    }
  }

  if ((beleuchtungsZustaende[myState][4] == 1) && (beleuchtungsZustaende[myState][7] == 0)) {
    digitalWrite(ledPins[4], flashBehaviour[0][flashPosition]);
    if (flashTimer + flashTimeouts[flashPosition] < millis()) {
      flashPosition++;
      flashTimer = millis();
      if (flashPosition > 5) flashPosition = 0;
    }
  }
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(buttonPin);
  if ((buttonState != lastButtonState) && (buttonState == LOW)) {
    myState++;
    flashTimer = millis();
    flashPosition = 0;
    if (myState >= 9) myState = 0;
  }

  zeigeBeleuchtung();
  lastButtonState = buttonState;
  delay(10);
}

Viel Spaß beim Nachbauen. Übrigens empfehle ich die Verwendung von SMD-LEDs für die Modell-Beleuchtung, da diese super klein sind. Zum Verkabeln kann man Lackdraht verwenden. Ist aber nicht so einfach im Handling. Allerdings ist das eine schöne Herausforderung. Du schaffst das schon :-) Der Torben hat das hier mal erklärt: SMD-LEDs und Lackdraht löten.

User Gallery

Das nachfolgende Video ist mir von Christian zur Verfügung gestellt worden. Er hat das Programm noch abgewandelt. Sieht echt super aus!

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