Entwicklung einer bewegungsaktivierten Wortuhr - Versionsgeschichte

Nico Kasprik am 10. Januar 2023 um 15:34 Uhr

2023-01-10T15:34:55Z

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	[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2022]]		[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2022]]
	~~[[Datei:Mittel (IMG 2646).png\|rechts\|mittel]]~~
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	'''Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper''' <br/>		'''Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper''' <br/>
	'''Betreuer: Prof. Schneider''' <br/>		'''Betreuer: Prof. Schneider''' <br/>
			[[Datei:Mittel (IMG 2646).png\|rechts\|mittel]]

Nico Kasprik am 10. Januar 2023 um 15:34 Uhr

2023-01-10T15:34:31Z

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	[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2021]]		[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2021]]
	[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2022]]		[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2022]]
	[[Datei:Mittel (IMG 2646).png\|rechts\|~~rahmenlos~~]]		[[Datei:Mittel (IMG 2646).png\|rechts\|mittel]]
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	'''Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper''' <br/>		'''Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper''' <br/>

Nico Kasprik am 10. Januar 2023 um 15:33 Uhr

2023-01-10T15:33:59Z

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	[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2022]]		[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2022]]
	[[Datei:Mittel (IMG 2646).png\|rechts\|~~mini~~]]		[[Datei:Mittel (IMG 2646).png\|rechts\|rahmenlos]]
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	'''Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper''' <br/>		'''Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper''' <br/>

Nico Kasprik am 10. Januar 2023 um 15:33 Uhr

2023-01-10T15:33:42Z

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	[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2021]]		[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2021]]
	[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2022]]		[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2022]]
			[[Datei:Mittel (IMG 2646).png\|rechts\|mini]]
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	'''Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper''' <br/>		'''Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper''' <br/>

Jonas Loddenkemper: /* Einleitung */

2023-01-09T22:38:26Z

Einleitung

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	== Einleitung ==		== Einleitung ==
	Bei dem vorliegenden ~~Artikel handelt es sich um ein~~ Projekt aus dem Praktikum ~~angewandte~~ Elektrotechnik des Studiengangs Business and Systems Engineering (BSE). Ziel dieses Projekts ~~ist~~ es eine Wortuhr nach dem Vorbild des Designklassikers [https://qlocktwo.com/ QLOCKTWO] zu bauen. Aus Gründen der Energieeffizienz ~~soll~~ die Uhrzeit nur während der Anwesenheit von Personen angezeigt ~~werden~~. Die Hintergrundbeleuchtung ~~soll~~ mit LEDs realisiert ~~werden~~. ~~Ob ein LED-Matrix-Panel oder~~ LED-~~Stripes genutzt werden~~, ~~muss im Laufe des Projekts geklärt werden. Als~~ Anwesenheitssensor ~~ist derzeit~~ ein Ultraschallsensor ~~geplant~~.
			Bei dem vorliegenden Projekt aus dem Praktikum "Angewandte Elektrotechnik" des Studiengangs Business and Systems Engineering (BSE). Ziel dieses Projekts war es eine Wortuhr nach dem Vorbild des Designklassikers [https://qlocktwo.com/ QLOCKTWO] zu bauen. Aus Gründen der Energieeffizienz wird die Uhrzeit nur während der Anwesenheit von Personen angezeigt. Die Hintergrundbeleuchtung ist mit LEDs realisiert worden. Es wurden LED-Strips, ein RTC sowie als Anwesenheitssensor ein Ultraschallsensor genutzt.
	[[Datei:Entwurf der Wortuhr.png\|mini\|zentriert\|Erster Entwurf der Wortuhr - Frontansicht]]		[[Datei:Entwurf der Wortuhr.png\|mini\|zentriert\|Erster Entwurf der Wortuhr - Frontansicht]]
	[[Datei:Rückansicht des Frontrahmens.png\|mini\|zentriert\|Erster Entwurf der Wortuhr - Rückansicht]]		[[Datei:Rückansicht des Frontrahmens.png\|mini\|zentriert\|Erster Entwurf der Wortuhr - Rückansicht]]

Jonas Loddenkemper: /* YouTube Video */

2023-01-09T22:37:21Z

YouTube Video

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	== YouTube Video ==		== YouTube Video ==
	[https://~~youtube~~.~~com~~/~~shorts/gV95Rsab3-4?feature=share~~ Video der bewegungsaktivierten Wortuhr]		[https://youtu.be/j8s0Sq6OLxY Video der bewegungsaktivierten Wortuhr]

	== Literatur ==		== Literatur ==

Nico Kasprik: /* Komponententest */

2023-01-09T17:10:28Z

Komponententest

← Nächstältere Version		Version vom 9. Januar 2023, 17:10 Uhr
Zeile 626:		Zeile 626:

	Bevor die Wortuhr mit den gesamten Komponenten getestet wurde, wurden die Sensoren zuvor erst einzelne getestet, sodass mögliche Komplikationen am Anfang des Projektes, probiert wurden zu vermeiden.		Bevor die Wortuhr mit den gesamten Komponenten getestet wurde, wurden die Sensoren zuvor erst einzelne getestet, sodass mögliche Komplikationen am Anfang des Projektes, probiert wurden zu vermeiden.
	Zu Beginn wurde der Ultraschallsensor in seiner Funktionsweise getestet. Dafür wurde der Arduino programmiert und ein Programm geschrieben, welches es möglich macht, den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und einem Objekt zu messen. Nach einer ersten Testung fiel auf, dass es unregelmäßig zu Ausreißern in den Messungen kam. Daraufhin wurden die Messwerte über einen Exponentialfilter mit einem Alpha von 0,75 gefiltert. Eine erneute Testung ergab, dass die Ausreißer eliminiert wurden. In der zweiten Teiltestung wurde die Echzeit-Uhr getestet. Dafür wurde wieder ein Programm geschrieben, welches die Uhrzeit über den seriellen Monitor der Arduino IDE ausgibt. Dieser Test verlief ohne Probleme. Für die dritte Teiltestung wurde der RGB-Strip über den Arduino angesteuert. Hierbei wurden verschiedene RGBs in unterschiedlichen Farben angesteuert.		Zu Beginn wurde der Ultraschallsensor in seiner Funktionsweise getestet. Dafür wurde der Arduino programmiert und ein Programm geschrieben, welches es möglich macht, den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und einem Objekt zu messen. Dafür wurden die Messdaten jede 100 ms in dem Serial Monitor der Arduino IDE ausgegeben. Nach einer ersten Testung fiel auf, dass es unregelmäßig zu Ausreißern in den Messungen kam (s. Bild: Sensordaten). Zu erkennen ist, dass der Ultraschallsensor unregelmäßig eine zuvor eingestellte maximal Range erreicht. Daraufhin wurden die Messwerte über einen Exponentialfilter mit einem Alpha von 0,75 gefiltert. Eine erneute Testung ergab, dass die Ausreißer eliminiert wurden.
			[[Datei:Sensordaten HC-SR 04.png\|mini\|zentriert\|Sensordaten]]
			In der zweiten Teiltestung wurde die Echzeit-Uhr getestet. Dafür wurde wieder ein Programm geschrieben, welches die Uhrzeit über den seriellen Monitor der Arduino IDE ausgibt. Dieser Test verlief ohne Probleme. Für die dritte Teiltestung wurde der RGB-Strip über den Arduino angesteuert. Hierbei wurden verschiedene RGBs in unterschiedlichen Farben angesteuert.
	Für den finalen Test wurden alle Komponenten an einem Arduino Uno angeschlossen (drei Spannungspins und drei Groundpins). Der Code wurde jeweils so angepasst, dass die Wortuhr die zuvor beschrieben Funktionen ausübt. Die Uhrzeit für den Versuch wurde manuell eingegeben, um die Testung zu beschleunigen. Das Ergebnis ergab, dass nachdem die Hand einen geringen Abstand, als 30 cm zum Ultraschallsensor hatte, die vorgesehenen RGBs angeschaltet wurden (s. Bild: Versuch der Komponenten). Zuvor wurde eine Tabelle erstellt, zu welchen Zeiten, welche RGBs leuchten sollte.		Für den finalen Test wurden alle Komponenten an einem Arduino Uno angeschlossen (drei Spannungspins und drei Groundpins). Der Code wurde jeweils so angepasst, dass die Wortuhr die zuvor beschrieben Funktionen ausübt. Die Uhrzeit für den Versuch wurde manuell eingegeben, um die Testung zu beschleunigen. Das Ergebnis ergab, dass nachdem die Hand einen geringen Abstand, als 30 cm zum Ultraschallsensor hatte, die vorgesehenen RGBs angeschaltet wurden (s. Bild: Versuch der Komponenten). Zuvor wurde eine Tabelle erstellt, zu welchen Zeiten, welche RGBs leuchten sollte.
	Der letzte Versuch zeigt, dass die Anforderungen an das System erfolgreich getestet und erfüllt wurden. In Tabelle 3 ist zu sehen, mit welchem Versuch, die jeweilige Anforderung getestet wurde. Durch die Implementierung der Echtzeit-Uhr kann zu jedem gewünschten Zeitpunkt die Uhrzeit ermittelt werden. Dadurch ist es möglich, dass die RGBs in Echtzeit angesteuert werden können. Durch den Test mit dem Ultraschallsensor, ist es möglich sagen zu können, dass dieser sicher Distanzen zu anderen Objekten messen kann. Die Anforderung an die gesamte Wortuhr, dass die erst die Uhrzeit anzeigen soll, wenn ein Abstand durch ein Objekt von 30 cm unterschritten wird, ist hierdurch erfüllt. Zudem wurde durch die Testung des Ultraschallsensors es möglich gemacht, dass Ausreißer eliminiert wurden. Dies hat zudem den positiven Effekt, dass unerwünschte Schwellen Unterschreitungen die RGBs nicht ansteuern (Wasser vom Nachttisch kurz an der Wortuhr vorbeibewegen). Durch die Auswahl von RGBs ist es zudem möglich diese in den Farben zu ändern, wodurch die es möglich ist wichtige Uhrzeiten farblich hervorzuheben.		Der letzte Versuch zeigt, dass die Anforderungen an das System erfolgreich getestet und erfüllt wurden. In Tabelle 3 ist zu sehen, mit welchem Versuch, die jeweilige Anforderung getestet wurde. Durch die Implementierung der Echtzeit-Uhr kann zu jedem gewünschten Zeitpunkt die Uhrzeit ermittelt werden. Dadurch ist es möglich, dass die RGBs in Echtzeit angesteuert werden können. Durch den Test mit dem Ultraschallsensor, ist es möglich sagen zu können, dass dieser sicher Distanzen zu anderen Objekten messen kann. Die Anforderung an die gesamte Wortuhr, dass die erst die Uhrzeit anzeigen soll, wenn ein Abstand durch ein Objekt von 30 cm unterschritten wird, ist hierdurch erfüllt. Zudem wurde durch die Testung des Ultraschallsensors es möglich gemacht, dass Ausreißer eliminiert wurden. Dies hat zudem den positiven Effekt, dass unerwünschte Schwellen Unterschreitungen die RGBs nicht ansteuern (Wasser vom Nachttisch kurz an der Wortuhr vorbeibewegen). Durch die Auswahl von RGBs ist es zudem möglich diese in den Farben zu ändern, wodurch die es möglich ist wichtige Uhrzeiten farblich hervorzuheben.

Jonas Loddenkemper: /* Ergebnis */

2023-01-09T10:25:09Z

Ergebnis

← Nächstältere Version		Version vom 9. Januar 2023, 10:25 Uhr
Zeile 631:		Zeile 631:
	[[Datei:Mittel (IMG 2624).png\|mini\|zentriert\|Versuch der Komponenten]]		[[Datei:Mittel (IMG 2624).png\|mini\|zentriert\|Versuch der Komponenten]]

	== Ergebnis ==		=== Ergebnis ===
	{\| class="wikitable"		{\| class="wikitable"
	\|+ style = "text-align: left"\|Tabelle 3: Anforderungstests technischer Komponenten		\|+ style = "text-align: left"\|Tabelle 3: Anforderungstests technischer Komponenten

Nico Kasprik: /* Theoretische Grundlagen und ihre Bewertung in Bezug auf die Aufgabenstellung */

2023-01-09T09:51:50Z

Theoretische Grundlagen und ihre Bewertung in Bezug auf die Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 9. Januar 2023, 09:51 Uhr
Zeile 159:		Zeile 159:

	===Echzeit-Uhr===		===Echzeit-Uhr===
	Der RTC bildet einen Counter ab, der über eine Batterie extern betrieben werden kann. Dies ermöglicht es, dass die Uhrzeit weiterhin der Echtzeit entspricht, auch wenn ein Mikrocontroller nicht mehr mit Strom versorgt wird. Dafür muss der RTC mit einer Uhrzeit beschrieben werden. Die Startzeit zählt der RTC, dann wie ein Counter, hoch. Über eine durch Quarz erzeugte Taktfrequenz wird dann der Sekundentakt generiert <ref https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_-_Die_genaue_Sekunde_/_RTC </ref>.		Der RTC bildet einen Counter ab, der über eine Batterie extern betrieben werden kann. Dies ermöglicht es, dass die Uhrzeit weiterhin der Echtzeit entspricht, auch wenn ein Mikrocontroller nicht mehr mit Strom versorgt wird. Dafür muss der RTC mit einer Uhrzeit beschrieben werden. Die Startzeit zählt der RTC, dann wie ein Counter, hoch. Über eine durch Quarz erzeugte Taktfrequenz wird dann der Sekundentakt generiert <ref>https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_-_Die_genaue_Sekunde_/_RTC </ref> .

	== Umsetzung (HW/SW) ==		== Umsetzung (HW/SW) ==

Nico Kasprik: /* Theoretische Grundlagen und ihre Bewertung in Bezug auf die Aufgabenstellung */

2023-01-09T09:45:56Z

Theoretische Grundlagen und ihre Bewertung in Bezug auf die Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 9. Januar 2023, 09:45 Uhr
Zeile 157:		Zeile 157:
	===Ultraschallsensor===		===Ultraschallsensor===
	Das Ultraschallsensormodul kann Distanzen zwischen 2 cm und 4 m erfassen. Die Genauigkeit beträgt dabei bis zu 3 mm. Der Erfassungswinkel beträgt 15°. Nach einem Triggersignal sendet das Modul acht kurze 40 kHz Signale aus und erwartet das Echo. Wenn ein Echo zurückkommt, so wird im Programm daraus die Distanz berechnet. Bei der Wortuhr wurde die Einschaltdistanz auf 30 cm gesetzt. Der Hauptgrund dafür ist, um während der Präsentation das Wirkprinzip darstellen zu können. Für den alltäglichen Betrieb kann diese Distanz in der Software an die jeweilig gewünscht Distanz, zum Beispiel die Raumgröße, angepasst werden.		Das Ultraschallsensormodul kann Distanzen zwischen 2 cm und 4 m erfassen. Die Genauigkeit beträgt dabei bis zu 3 mm. Der Erfassungswinkel beträgt 15°. Nach einem Triggersignal sendet das Modul acht kurze 40 kHz Signale aus und erwartet das Echo. Wenn ein Echo zurückkommt, so wird im Programm daraus die Distanz berechnet. Bei der Wortuhr wurde die Einschaltdistanz auf 30 cm gesetzt. Der Hauptgrund dafür ist, um während der Präsentation das Wirkprinzip darstellen zu können. Für den alltäglichen Betrieb kann diese Distanz in der Software an die jeweilig gewünscht Distanz, zum Beispiel die Raumgröße, angepasst werden.

			===Echzeit-Uhr===
			Der RTC bildet einen Counter ab, der über eine Batterie extern betrieben werden kann. Dies ermöglicht es, dass die Uhrzeit weiterhin der Echtzeit entspricht, auch wenn ein Mikrocontroller nicht mehr mit Strom versorgt wird. Dafür muss der RTC mit einer Uhrzeit beschrieben werden. Die Startzeit zählt der RTC, dann wie ein Counter, hoch. Über eine durch Quarz erzeugte Taktfrequenz wird dann der Sekundentakt generiert <ref https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_-_Die_genaue_Sekunde_/_RTC </ref>.

	== Umsetzung (HW/SW) ==		== Umsetzung (HW/SW) ==