Sony Dimmer

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Über die übertrieben helle Hintergrundbeleuchtung in meinem Autoradio und dessen vorübergehenden Lösung habe ich mich ja bereits vor geraumer Zeit im Blog ausgelassen.

Dass nichts für die Ewigkeit ist, gilt natürlich auch für viele Kleber. So kam es, dass dessen Wirkung auf den "Verdunkelungsstreifen" nachließ und diese ihren Platz verließen. Resultat: ich werde wieder geblendet.

Um eine längerfristige Lösung zu erhalten, entschied ich mich, das Problem selbst und nicht dessen Symptome zu behandeln. Die LEDs sollen nachhaltig abgedunkelt werden - da ich nicht genau weiß, was ich vor mir hab heißt es: Bedienteil abnehmen und genauer unter die Lupe nehmen.

Untersuchung

Ein paar Schrauben und Klipse später liegt die Leiterplatte auf dem Tisch. Um die Schaltung besser analysieren zu können, kommt die Kamera und Bildbearbeitung ins Spiel: Fotos von der Ober- und Unterseite in der Bildbearbeitung möglichst deckungsgleich übereinandergelegt erleichtern die Arbeit ungemein. Auf drei zusätzlichen Ebenen befinden sich nachgezeichneten Leiterbahnen und die Durchkontaktierungen. Zwei weitere beinhalten die interessanten Bauteile auf den jeweiligen Seiten:

Eine kleine Anmerkung zu abnehmbaren Bedienteilen (zumindest bei Sony): Blödsinn. Ok, man sieht nicht, um welches Radio es sich handelt und es ist auf den ersten Blick unbrauchbar, kann man jedoch ein anderes Bedienteil ergattern, bringt man es auf jeden Fall wieder zum Laufen. Zumindest konnte ich bei meinem keinen Cryptochip oder etwas in diese Richtung entdecken. Der Displaycontroller (LC irgendwas) hat auch nichts in dieser Richtung integriert.

Wie dem auch sei, zumindest wurde ich bei der Schaltung für die LEDs fündig - hier haben die Damen und Herren bei Sony mitgedacht: die Masse aller Leuchtdioden führt über einen 0-Ohm-Widerstand. Dieser durch einen Schalter ersetzt lässt sich die Beleuchtung sehr rudimentär steuern.

Mehr Einblicke

Nachdem mir das Suchen nach Versorgungsspannungen nur Anhand des Bedienteils zu blöd wurde beschloss ich, mir den Rest vom Radio anzusehen. An der Front des bedienteillosen Radios befinden sich 4 Schrauben - was ich nicht wusste: nur eine hält die Front. Die restlichen halten den Auswurfmechanismus für das Bedienteil (links) und das Mikrofon für die Freisprecheinrichtung (warum dieses sich ausgerechnet hinter dem Bedienteil befindet, konnte ich bis heute nicht herausfinden). Diese habe ich leider so weit gelöst, dass das Mikrofon wegfiel. Da ich nicht wusste, ob es nicht doch eine Schraube des CD-Laufwerks war, kam zur Sicherheit das gesamte Radio mal an die frische Luft. Der Ausbau ist ganz einfach: Blenden der A-Säule abnehmen, Ablage vorne entfernen, drei Halteschrauben für die Mittelkonsole raus drehen, das CD-Fach öffnen, zwei Blenden abnehmen und dort zwei Schrauben lösen und abschließend unter der Mittelkonsole nochmal zwei Schrauben entfernen. Nun kann die Mittelkonsole herausgenommen werden, bei der zuerst die beiden "Lüftungsschlitze" herausgeklipst werden müssen um an die Schrauben des Radios zu kommen. An diesem müssen dann nur noch 4 weitere Schrauben heraus gedreht werden. Damit man das Modul nun ohne Gewalt raus ziehen zu können, kann man noch zwei weitere Schrauben lösen. Alles ganz einfach. Zumindest bin ich mir sehr sicher, dass das Radio der letzte Gegenstand in meinem Auto ist, der gestohlen wird.

Dafür trennen nur noch 3 weitere Schrauben den vollen Blick in das Innenleben der Blechbüchse. Ganz nett ist das CD-Laufwerk, das einfach auf die Hauptplatine gesteckt ist. Ist dieses nicht vorhanden, lässt sich das Radio größtenteils verwenden, allerdings fehlt neben der CD auch die USB-Quelle. Genauer betrachtet ist dies sogar mehr als naheliegend: Genauso wie von CD kann der Player vom USB-Stick aus MP3-, AAC- und WMA-Dateien wiedergeben. So unterschiedlich ist das Zeug also nicht, warum sollte man also doppelten Aufwand betreiben?

Interessant am Innenleben ist auch die Bestückung der Quarze: Diese sind nicht (wie sonst üblich) möglichst nah an der Platine, sondern stehen gute 5mm in der Luft. Vermutlich wird dadurch versucht, die mechanische Kopplung (Vibrationen) etwas zu verringern. Schließlich müssen Quarze frei schwingen können.

Was ich jedoch nicht ganz verstehe, ist das Mikrofon und das Bluetooth-Modul. Ok, das Radio kommt aus Japan, dementsprechend wurde es wohl für Rechtslenker gebaut. Warum gibt es aber keine europäische Version (Mikro links)? Zumal man die Gussform für die Front so machen könnte, dass man das Mikrofon auf beiden Seiten montieren könnte. Whatever. Beim BT-Modul ist verwunderlich, dass dessen Antenne tatsächlich abgetrennt vom Rest ist. Ob die Antenne nun rechts, links, oben oder unten im Gehäuse ist, dürfte relativ egal sein. Hier wurde eine dünne Koax-Leitung und sogar diese unsäglichen U.FL-Buchsen ("Druckknöpfe") verbaut. Kostenoptimierung sieht anders aus.

Verbesserung

An/Aus kann die Beleuchtung nun schon, aber das kann es natürlich nicht gewesen sein. Wie eingangs beschrieben, es sollte was Vernünftiges werden. Wer mich kennt weiß: ein Mikrocontroller muss her, denn: jedes Popelgerät hat mittlerweile einen Umgebungslichtsensor, so soll es auch mit dem Radio geschehen.

Lichtsensor

Das größte Problem hierbei ist erst einmal: Was wo unterbringen? Dem Mikrocontroller ist es primär egal, wo er werkelt. Nur die Helligkeit sollte da gemessen werden, wo sie her kommt. Zunächst ist allerdings die Frage, welches Bauteil kann/soll verwendet werden. Im Sortierkasten sieht’s mau aus, Reichelt hat ein paar feine Bauteile, die aber eigentlich alle ein bisschen zu groß sind. Geworden ist es dann ein BPW 16N, der für seine bedrahtete Natur relativ klein ist.

Das was wäre zumindest teilweise geklärt, bleibt das "Wo". Leider ist die Frontplatte an fast allen Stellen mit Beschriftung oder Bedienelement versehen, einzig zwischen Display und USB-Port befindet sich eine auch von unten relativ gut zugängliche Stelle. Was hier fehlt ist natürlich die Transparenz. Dafür kann mit Proxxon und Schleifkopf gesorgt werden. Mit niedriger Drehzahl und Fingerspitzengefühl ging es der Plaste an den Kragen. Da ich nur ein Sichtfenster und kein Loch wollte, hieß es immer wieder absetzen und Tiefe kontrollieren. Nach 4 Nachbohrungen war endlich ein Licht am Ende des "Tunnels" zu sehen. An der B-Note (Sauberkeit des Sichtfensters) könnte ich zwar noch ein bisschen arbeiten, für meine Anforderungen genügte die Qualität allerdings:

Ansteuerung

Aufgelöteter FET mit Gatewiderstand

Auf LED-Seite sieht die Sache schon ein wenig anders aus. Da die Elektronik ein paar LEDs ein- und ausschalten kann, würde eine Stromquelle für gegenläufiges Blinken der restlichen Leuchtdioden sorgen. Zudem ist eine Stromquelle vergleichsweise groß und für diesen Zweck etwas übertrieben.

Aus diesen Gründen soll Pulsweitenmodulation eingesetzt werden. Zum Schalten kommt der im SOT-23-Gehäuse verfügbare BSS 138 zum Einsatz, der sogar direkt auf die Leiterplatte des Bedienteils gelötet werden kann - entsprechende Landing Pads sind vorhanden.

PWM im Auto

Obwohl ich PWM grundsätzlich mag, muss eine Einschränkung gemacht werden: Im Auto kann sie mehr als störend wirken.

Grund hierfür sind zum Einen die im Auto auftretenden Vibrationen und die Tatsache, dass man (hoffentlich) öfter mal hin und her schaut. Bei diesen Bewegungen kann (im Zusammenhang mit der Nachbildwirkung des Auges) ein unangenehmes bis irritierendes Flackern entstehen. In diesem Zusammenhang frage ich mich ernsthaft, was manche Entwickler bei Autoherstellern zu sich genommen haben - bei vielen neuen (und auch hochklassigen) Autos kann man diesen Effekt bei den Rück-, Brems- und Tagfahrlichtern wahrnehmen, was sehr von der eigentlichen Sache ablenkt.

Software

AVR
Typ ATtiny45
Takt 8 MHz
Fuses
High 0xDD
Low 0xC2
Extended 0xFE
Engbedded com logo.png Details

Die Software muss eigentlich nur drei Aufgaben erfüllen: Umgebungshelligkeit messen, den auszugebenen Helligkeitswert ermitteln und den Hardware-PWM füttern.

Keine große Aufgabe. Da momentan nur ein ATTiny45 in kleinem Package herumliegt, muss dieser schon fast verwendet werden. Einen Vorteil hat die Größe des verwendeten Mikrocontrollers: Man muss in der Software nichts optimieren und trotzdem ist noch genügend Platz für einen Bootloader. Hierfür kommt fastboot von Peter Dannegger, der sich schon bei anderen Projekten als sehr zuverlässig erwiesen hat.

Damit die Helligkeit der LEDs nicht direkt der Umgebungshelligkeit und dem Rauschen des ADCs folgt, wird der Ausgabewert je Endlosschleifendurchlauf immer nur um eins zum Zielwert hin inkrementiert bzw. dekrementiert. Mit einer zusätzlichen Verzögerung dimmt die Beleuchtung relativ angenehm nach oben oder unten.

Ursprünglich wollte ich zusätzlich noch einen Näherungssensor (kapazitiv, siehe Touchlight) in den Code einbauen, damit die Bedienelemente heller werden, wenn man die Hand annähert. Da dies aber schon auf dem Schreibtisch nicht so recht funktionieren wollte und im Auto meistens eine deutlich schlechtere Umgebung anzunehmen ist (und ich nicht unnötig viel Zeit reinblasen wollte), ließ ich die Spielerei dann doch sein.

Die PWM-Frequenz ist übrigens sehr hoch gewählt. Die CPU läuft mit 8MHz und der Prescaler des Timers auf 1 gestellt. Da das Register 8 bit lang ist, ergibt sich eine Zykluszeit von 256 Takten - stolze 31kHz. Da flackert garantiert nichts.

Hardware

Stromlaufplan

Wie bereits weiter oben geschrieben, kommt ein kleiner ATTiny45 zum Einsatz. Rx und Tx für den Bootloader und Debug wurden auf PB3 und PB4 gelegt, wodurch alle für den Bootloader benötigten Pins (Reset, Rx, Tx und GND) auf einer Seite des ICs liegen. Zum Anschluss des "Programmers" wurde eine 1,27mm Buchsenleiste direkt an den Chip angelötet. Auf der anderen Seite ist der FET für die LEDs (am Output Compare) und die Fotodiode angeschlossen. Der N-FET für die LEDs ist über einen 10k-Widerstand angeschlossen, am ADCx-Pin (PBx) die Fotodiode. Für den nötigen Strom durch sie sorgt ein 47k-Widerstand. Zusätzlich befinden sich zwei Kondensatoren zur Glättung bzw. Filterung von Störungen direkt am AVR. Eine Platine ist nicht nötig, auch hier wird alles direkt an die IC-Beinchen gelötet.

Damit es zu keinen Kollisionen im Gehäuse kommt, legte ich die Leiterplatte und die Rückseite des Gehäuses nochmal auf den Scanner und ließ die Bildbearbeitung rödeln, um gefährliche Stellen zu markieren:

Stromversorgung

Ohne Stromversorgung für den Mikrocontroller bleiben die LEDs dunkel. Dass Strom im Bedienteil vorhanden ist, ist klar. Aber wo und vor allem wie viel?

Nachdem das Autoradio zerlegt auf dem Schreibtisch war, konnte ich die vorkommenden Spannungen sehr bequem messen. Im Bedienteil kommen drei Spannungsschienen an: 3,3V für den Displaytreiber, 5V für den USB-Port und 10,5V für die LEDs. So richtig konnte ich mich nicht entscheiden, aus was der Mikrocontroller versorgt werden soll. 10,5V sind blöd, weil ein Spannungsregler fällig geworden wäre, bei 3,3V hat der FET einen größeren Drain-Source-Widerstand und bei den 5V vom USB weiß man nicht genau, ob sie immer zur Verfügung stehen. Im Zweifel halt doch das, was am ehesten passt. 5V und fertig.

Test/Parametrisierung

Damit es dem Mikrocontroller nicht komplett langweilig ist und man die Kennlinie für die Helligkeit etwas einfacher anpassen kann, gibt die Firmware des Mikrocontrollers den aktuell eingelesenen Helligkeitswert und den aktuellen Ziel- und Istwert der PWM per Soft-UART aus.

Im Nachhinein hätte ich mir die Kennlinie fast sparen können. Durch geschickte Wahl des Widerstands für die Fotodiode ist die Umsetzung mit 1:1 (fast) ideal. Lediglich PWM-Wert 0 habe ich ausgeschlossen, da die Einschaltzeit zu kurz ist, um die weißen LEDs zum Leuchten zu bringen, wohingegen die blauen schon etwas von sich geben.

Video

Natürlich gibt es auch ein Video vom Test auf YouTube

Download

Datei:Sony dimm.zip Bootloader, Firmware & Stromlaufplan