Dosenautomat

Autor: Bartos Schwichtenberg & Berta Nissen
Betreuer: Marc Ebmeyer

Einleitung

Das Projekt befasst sich mit der Entwicklung eines "Dosenautomaten mit Dreifachauswahl" im Rahmen des Studiengangs Ba. Mechatronik im 5. Semester. Dieser innovative Automat zeichnet sich durch drei wesentliche Komponenten aus: 1. drei Aktuatoren (Motoren zur Fachauswahl), 2. Sensorik Nr. 1 (Tasteneingabe durch Benutzer), 3. Sensorik Nr. 2 (Beleuchtung für Fachentnahme). Das System funktioniert mit einem(r) Chip/Chipkarte ohne Guthaben und soll der Benutzers erkannt werden. Nach Erkennen wird das Bedienfeld entsperrt. Die Artikelwahl erfolgt über das Bedienfeld des Automaten. Jede Taste ist nur einem Servo zugewiesen und dieser Servo ist nur einem Artikelplatz. Eine Beleuchtung im Ausgabeschacht gibt dem Benutzer den Hinweis, den Artikel aus dem Schacht zu nehmen.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderung an die Komponente

ID	Inhalt	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1	Das Chiplesegerät muss den Chip/Chipkarte erkennen und das Bedienfeld des Automaten entsperren (Benutzererkennung).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023
2	Das LCD-Display muss Bereitschaftsbetrieb anzeigen (Begrüßung).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023
3	Die Taste 1 steuert nur den Servo 1 an (Artikel von Platz 1).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023
4	Die Taste 2 steuert nur den Servo 2 an (Artikel von Platz 2).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023
5	Die Taste 3 steuert nur den Servo 3 an (Artikel von Platz 3).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023
6	Servo 1 muss zwischen 0° und 90° schwenken (wird vorerst angenommen).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023
7	Servo 2 muss zwischen 0° und 90° schwenken (wird vorerst angenommen).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023
8	Servo 3 muss zwischen 0° und 90° schwenken (wird vorerst angenommen).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023
9	Beleuchtung im Schacht aufblinken/aufleuchten (bis der Artikel entnommen ist).	Bartos Schwichtenberg	11.10.2023	---	**.10.2023

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Abb. 2 Funktionaler Systementwurf

Abb. 3 technischer Systementwurf

Abb. 3a CAD-Zeichnung

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Komponentenspezifikation

Tabelle 2: Liste aller Komponenten (in Bearbeitung)

ID	Komponente	Bezeichnung	Abbildung	Link	Preis
1	Microcontroller	Arduino UNO Rev3 [A000066]	Datei:Tasten arduino DAM.jpg	https://www.amazon.de/Arduino-A000066-UNO-Rev3/dp/B008GRTSV6/ref=sr_1_8?__mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&keywords=arduino&qid=1705309800&sr=8-8	24,28€
2	Tastenfeld	HALJIA 2 Stücke 1x4 Matrix 4 Tasten Membran Switch Control Tastatur für Arduino		https://amzn.eu/d/4NuWy0d	7,99€
3	LCD-Display	AZ-Delivery HD44780 1602 LCD Modul Display Bundle mit I2C Schnittstelle 2x16 Zeichen (mit grünem Hintergrund)		https://www.conrad.de/de/p/az-delivery-hd44780-1602-lcd-modul-display-bundle-mit-i2c-schnittstelle-2x16-zeichen-mit-gruenem-hintergrund-854720767.html	5,98€
4	LCD-Display-Halterung	Einbaurahmen bezel LCD 2x16 16x2 Arduino 1602 Yver Inc. FF1602XS Extra Small		https://www.ebay.de/itm/403572412958?mkcid=16&mkevt=1&mkrid=707-127634-2357-0&ssspo=othh7_s5qtq&sssrc=4429486&ssuid=x3WGzMX3Tbu&var=673533160861&widget_ver=artemis&media=COPY	6,30€
5	Netzteil	Xilence XP400R6 PC Netzteil, 400W Peak Power, ATX		https://www.conrad.de/de/p/xilence-xp400r6-pc-netzteil-400w-peak-power-atx-2892733.html#productTechData	29,80€
6	Kühlsystem	Kühler inkl Lüfter für Peltierelement - Kühlsystem Kit 90mm		https://funduinoshop.com/elektronische-module/sonstige/peltierelemente/kuehler-inkl-luefter-fuer-peltierelement-kuehlsystem-kit-90mm	9,90€
7	RFID-Gerät mit Chip	AZ-Delivery RFID Kit RC522 mit Reader, Chip und Card für Raspberry Pi und Co. (13,56MHz)		https://www.conrad.de/de/p/az-delivery-rfid-kit-rc522-mit-reader-chip-und-card-fuer-raspberry-pi-und-co-13-56mhz-850038438.html	5,49€
8	RFID-Halter	Einbaurahmen Gehäuse für Arduino RFID Modul RC522 Yver Inc.		https://www.ebay.de/itm/403574423895?mkcid=16&mkevt=1&mkrid=707-127634-2357-0&ssspo=othh7_s5qtq&sssrc=4429486&ssuid=x3WGzMX3Tbu&var=673534476888&widget_ver=artemis&media=COPY	7,10€
9	Netzbuchse Eingangsmodul, Wippenschalter 250V 10A	YIXIS 10A 250V Netzbuchse Eingangsmodul, Wippenschalter		https://www.amazon.de/dp/B09TXPS559?psc=1&ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details	7,59€
10	Netzstecker Kaltgerätestecker	InLine Netzkabel (Schutzkontakt gerade auf C13 Kaltgerätestecker Länge: 1,80m) - in schwarz		https://www.conrad.de/de/p/intos-electronic-inline-netzkabel-schutzkontakt-gerade-auf-c13-kaltgeraetestecker-laenge-1-80m-in-schwarz-800403474.html	3,39€
11	Jumper / Dupont Kabel Set	40pin Jumper / Dupont Kabel Set, je 1x F-F / M-M / F-M, 20cm		https://www.conrad.de/de/p/40pin-jumper-dupont-kabel-set-je-1x-f-f-m-m-f-m-20cm-817296700.html	5,38€
12	Gehäuselüfter	StarTech.com 80mm Gehäuselüfter - Lüfter 8cm für PC Gehäuse mit 3-pin Molex Stecker (80mmx80mmx25mm)		https://www.conrad.de/de/p/startech-com- 80mm-gehaeuseluefter-luefter-8cm-fuer-pc-gehaeuse-mit-3-pin-molex-stecker-80mmx80mmx25mm-806138943.html || 13,15€
13	Servomotor	MG 90S Metallgetribe MicroServo		https://www.amazon.de/dp/B0BTYRBBFY?psc=1&ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details	17,99€
14	Temperatursensor	Greluma DC 12V Temperaturregler Programmierbar -50 bis 110 °C		https://funduinoshop.com/elektronische-module/sensoren/temperatur/temperatursensor-tmp36gt9z.html	2,89€
15	Voltmeter Amperemeter	Greluma 2 Stk 0,28" LED Voltmeter Amperemeter		https://www.amazon.de/dp/B08NTMX62K?psc=1&ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details	9,99€
16	Verbrauchsmaterial	Holz-OSB3 Platte mini ungeschliffen 1250x625x15 mm 3x Stück		https://www.hornbach.de/p/osb3-platte-mini-ungeschliffen-1250x625x15-mm/10587891/	7,40€
17	Verbrauchsmaterial	Plexiglas Gutta Hobbyglas 2x500x1000 mm glatt klar		https://www.hornbach.de/p/hobbyglas-2x500x1000-mm-glatt-klar/1477812/	15,40€
18	Verbrauchsmaterial	HECO-TOPIX-plus Holzschraube Senkkopf mit Frästaschen TX Teilgewinde 4,5x35 mm Edelstahl A2		https://www.hornbach.de/p/heco-topix-plus-holzschraube-senkkopf-mit-fraestaschen-tx-teilgewinde-4-5x35-mm-edelstahl-a2-200-stueck/10434659/?searchTerm=HECO-TOPIX-plus+Holzschraube+Senkkopf+mit+Fr%C3%A4staschen+TX+Teilgewinde+4%2C5x35+mm+Edelstahl+A2	23,20€
19	Verbrauchsmaterial	Kabel		https://www.hornbach.de/p/mantelleitung-nym-j-5x25-mm-grau-meterware/6471650/	19,04€
20	Verbrauchsmaterial	Lötzinn		https://www.conrad.de/de/p/logilink-loetdraht-o-1-mm-bleifrei-0-7-kupfer-12-5g-spenderbox-808011504.html	1,55€
21	Verbrauchsmaterial	Schrumpfschlauch		https://www.hornbach.de/p/steinel-schrumpfschlauch-set-iii-4-0-12-0-mm-20-stueck/7631923/	4,95€
22	Verbrauchsmaterial	Scharnier (schmal)		https://www.hornbach.de/p/schmales-scharnier-50x30-mm-edelstahl-matt-10-stueck/5863118/	14,95€
23	Verbrauchsmaterial	Montageband		https://www.hornbach.de/p/pattex-montageband-superstark-weiss-19-mm-x-1-5-m/10401735/	6,89€

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Umsetzung (HW/SW)

Gehäuse

Die Abbildung 4a, 4b, 5a und 5b zeigt das Gehäuse. Es ist aus Holzplatten zusammen geleimt und verschraubt. Als Schutz dient auf der Vorderseite eine Plexiglasscheibe. Zur einfachen Auffüllung ist auf der Rückseite ein Eingabefach. Die Steuerung der Aktuatoren, Sensoren, Mikrokontroller ist im Gehäuse eingebaut. Die Bedienelektronik befindet sich auf der Vorderseite des Geräts.

Abb. 4a Gehäuse Vorderseite

Abb. 4b Gehäuse Rückseite

Abb. 4c Gehäuse Seitenansicht re.

Abb. 4d Gehäuse Seitenansicht li.

Schaltung

Zum Einsatz kommt der Mikrokontroller.

Abb. 5 Schaltung (Beispielbild)

Abb. 6 Verkabelung (Beispielbild) Abb. 6 Verkabelung (Beispielbild)

Regelstrecke	Eingabegeräte / Ausgabegeräte
Abb. 7 Regelstrecke	Eingabegeräte: RFID-Chip, zuständig für die Benutzererkennung und die Freischaltung des Tastenfeldes. Tastenfeld, dient zur Auswahl der Artikel bzw. eines Abbruchs. Ausgabegeräte: LCD-Display, das LCD-Display gibt eine Begrüßung, den Status und die Artikelaswahl an. Servo-Motor, dieser dient zur Ausgabe des ausgewählten Artikels.

Programablaufplan (PAP)

Programmcode

Abb. 8 Programmablaufplan (wird noch mit LCD-Ausgabe ergänzt).

Es wird ein Code in auf den Mikrocontroller geschrieben. Programmcode in Bearbeitung. //Bartos Schwichtenberg für Projekt der HSHL, Projektname: Dosenautomat //Bibliotheken #include <Servo.h> //Bibliothek <Servo.h> hinzugefügt // Initialisierung der Pins int blueLed = 6; //blaue LED ist auf DigitalPort 6 int redLed = 7; //rote LED ist auf DigitalPort 8 int yellowLed = 8; //gelbe LED ist auf DigitalPort 8 int greenLed = 9; //grüne LED ist auf DigitalPort 9 int motor1 = 10; //Servo 1 ist auf DigitalPort 10 int motor2 = 11; //Servo 2 ist auf DigitalPort 11 int motor3 = 12; //Servo 3 ist auf DigitalPort 12 int button0 = 2; //Start-Knopf int button1 = 3; // Taste 1 an Port 3 int button2 = 4; // Taste 2 an Port 4 int button3 = 5; // Taste 1 an Port 5 // Initialisierung der Servos Servo servo1; //Servo ist ein servo1 Servo servo2; //Servo ist ein servo2 Servo servo3; //Servo ist ein servo3 //void setup Anfang void setup() { pinMode(blueLed, OUTPUT); //PinMode ist Ausgang pinMode(redLed, OUTPUT); //PinMode ist Ausgang pinMode(yellowLed, OUTPUT); //PinMode ist Ausgang pinMode(greenLed, OUTPUT); //PinMode ist Ausgang pinMode(motor1, OUTPUT); //PinMode ist Ausgang pinMode(motor2, OUTPUT); //PinMode ist Ausgang pinMode(motor3, OUTPUT); //PinMode ist Ausgang pinMode(button0, INPUT_PULLUP); //button0 ist auf PULLUP pinMode(button1, INPUT_PULLUP); //button1 ist auf PULLUP pinMode(button2, INPUT_PULLUP); //button2 ist auf PULLUP pinMode(button3, INPUT_PULLUP); //button3 ist auf PULLUP Serial.begin(9600); //Serial print zur Kontrolle digitalWrite(blueLed, HIGH); //blaue Led ist an digitalWrite(redLed, LOW); //rote Led ist aus digitalWrite(yellowLed, LOW); //gelbe Led ist aus digitalWrite(greenLed, LOW); //grün Led ist aus digitalWrite(motor1, LOW); //motor1 ist aus digitalWrite(motor2, LOW); //motor2 ist aus digitalWrite(motor3, LOW); //motor3 ist aus servo1.attach(motor1); //servo1->motor1 servo2.attach(motor2); //servo2->motor2 servo3.attach(motor3); //servo3->motor3 servo1.write(0); //motor1 ist auf Position 0 servo2.write(0); //motor2 ist auf Position 0 servo3.write(0); //motor3 ist auf Position 0 } //void setup Ende //void loop Anfang void loop() { if (digitalRead(button1) == LOW) { //Taste auf LOW prüfen if (servo1.read() != 0) { //servo read !=0 servo1.write(0); //Motor auf 0 stellen delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause } digitalWrite(motor1, HIGH); //Motor auf 1 stellen digitalWrite(redLed, HIGH); //LED an delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause digitalWrite(motor1, LOW); //Motor auf 0 stellen delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause servo1.write(180); //Motor auf 180° delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause servo1.write(0); //Motor auf 0 stellen delay(500); //500ms = 0,5Sek Pause digitalWrite(redLed, LOW); //LED aus Serial.println("Servo 1 bewegt"); //serial print ob servo/motor sich bewegt } if (digitalRead(button2) == LOW) { //Taste auf LOW prüfen if (servo2.read() != 0) { //servo read !=0 servo2.write(0); //Motor auf 0 stellen delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause } digitalWrite(motor2, HIGH); //Motor auf 1 stellen digitalWrite(yellowLed, HIGH); //LED an delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause digitalWrite(motor2, LOW); //Motor auf 0 stellen delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause servo2.write(180); //Motor auf 180° delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause servo2.write(0); //Motor auf 0 stellen delay(500); //500ms = 0,5Sek Pause digitalWrite(yellowLed, LOW); //LED aus Serial.println("Servo 2 bewegt"); //serial print ob servo/motor sich bewegt } if (digitalRead(button3) == LOW) { //Taste auf LOW prüfen if (servo3.read() != 0) { //servo read !=0 servo3.write(0); //Motor auf 0 stellen delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause } digitalWrite(motor3, HIGH); //Motor auf 1 stellen digitalWrite(greenLed, HIGH); //LED an delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause digitalWrite(motor3, LOW); //Motor auf 0 stellen delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause servo3.write(180); //Motor auf 180° delay(1000); //1000ms = 1Sek Pause servo3.write(0); //Motor auf 0 stellen delay(500); //500ms = 0,5Sek Pause digitalWrite(greenLed, LOW); //LED aus Serial.println("Servo 3 bewegt"); //serial print ob servo/motor sich bewegt } if (servo1.read() == 0 && servo2.read() == 0 && servo3.read() == 0) { //servo read ==0 prüfen digitalWrite(blueLed, HIGH); //LED an digitalWrite(redLed, LOW); //LED aus digitalWrite(yellowLed, LOW); //LED aus digitalWrite(greenLed, LOW); //LED aus } else { //oder digitalWrite(blueLed, LOW); //LED aus digitalWrite(redLed, LOW); //LED aus digitalWrite(yellowLed, LOW); //LED aus digitalWrite(greenLed, LOW); //LED aus } // void loop Anfang } // Programmm-Ende

Komponententest

Tabelle 3: Test der Anforderungen (in Bearbeitung)

ID	Inhalt	Getestet von	Datum
1	Der Automat muss mit 5V und 12V Spannung versorgt werden.	noch offen	**.01.2024
2	Die LED soll aufleuchten, damt die Spannungsversorgung angezeigt wird.	noch offen	**.01.2024
3	LCD-Display muss aufleuchten und vorgegebenen Text ausgeben.	noch offen	**.01.2024
4	Chiplesegerät muss den korrekten Chip erkennen.	noch offen	**.01.2024
5	LCD-Display zeigt die Auswahlbereitschaft an.	noch offen	**.01.2024
6	Durch Tastenauswahl muss tastenabhöngig der richtige Motor (Servo) angesteuert werden.	noch offen	**.01.2024
7	Informierung des Benutzer zur Entnehmung der Ware (LED).	noch offen	**.01.2024

Tabelle 3 zeigt, welche Anforderung vom welchen Bearbeiter getestet wurde. (in Bearbeitung)

Ergebnis

Platzhalter für den Artikel "Ergebnise"

Zusammenfassung

Platzhalter für den Artikel "Zusammenfassung"

Lessons Learned

Platzhalter für den Artikel "Lessons Learned" (wird stätig ergänzt und im Projektanschluss zum Text formatiert)

• Wir haben gelernt, das man mit einer besser koordenierten Vorbereitung, Herangehensweise an ein Projekt, schneller und erfolgreicher ist.

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

Platzhalter für den Artikel "Projektdurchführung"

YouTube Video

Platzhalter für den Artikel "YouTube Video"

Weblinks / Grafiklinks

Grafiken von Weblinks:

• Platzhalter für den Artikel "Weblinks"
  

Grafiken von Materiallinks:

• https://amzn.eu/d/4NuWy0d
• https://www.conrad.de/de/p/az-delivery-hd44780-1602-lcd-modul-display-bundle-mit-i2c-schnittstelle-2x16-zeichen-mit-gruenem-hintergrund-854720767.html
• https://www.ebay.de/itm/403572412958?mkcid=16&mkevt=1&mkrid=707-127634-2357-0&ssspo=othh7_s5qtq&sssrc=4429486&ssuid=x3WGzMX3Tbu&var=673533160861&widget_ver=artemis&media=COPY
• https://www.conrad.de/de/p/xilence-xp400r6-pc-netzteil-400w-peak-power-atx-2892733.html#productTechData
• https://funduinoshop.com/elektronische-module/sonstige/peltierelemente/kuehler-inkl-luefter-fuer-peltierelement-kuehlsystem-kit-90mm
• https://www.conrad.de/de/p/az-delivery-rfid-kit-rc522-mit-reader-chip-und-card-fuer-raspberry-pi-und-co-13-56mhz-850038438.html
• https://www.ebay.de/itm/403574423895?mkcid=16&mkevt=1&mkrid=707-127634-2357-0&ssspo=othh7_s5qtq&sssrc=4429486&ssuid=x3WGzMX3Tbu&var=673534476888&widget_ver=artemis&media=COPY
• https://www.hornbach.de/p/hobbyglas-2x500x1000-mm-glatt-klar/1477812/
• https://www.conrad.de/de/p/kaiser-753-sw-kaltgeraete-steckverbinder-753-stecker-einbau-vertikal-gesamtpolzahl-2-pe-10-a-schwarz-1-st-612545.html
• https://www.hornbach.de/p/osb3-platte-mini-ungeschliffen-1250x625x15-mm/10587891/
• https://www.hornbach.de/p/heco-topix-plus-holzschraube-senkkopf-mit-fraestaschen-tx-teilgewinde-4-5x35-mm-edelstahl-a2-200-stueck/10434659/?searchTerm=HECO-TOPIX-plus+Holzschraube+Senkkopf+mit+Fr%C3%A4staschen+TX+Teilgewinde+4%2C5x35+mm+Edelstahl+A2
• https://www.hornbach.de/p/mantelleitung-nym-j-5x25-mm-grau-meterware/6471650/
• https://www.conrad.de/de/p/logilink-loetdraht-o-1-mm-bleifrei-0-7-kupfer-12-5g-spenderbox-808011504.html
• https://www.hornbach.de/p/steinel-schrumpfschlauch-set-iii-4-0-12-0-mm-20-stueck/7631923/
• https://www.hornbach.de/p/schmales-scharnier-50x30-mm-edelstahl-matt-10-stueck/5863118/
• https://www.hornbach.de/p/pattex-montageband-superstark-weiss-19-mm-x-1-5-m/10401735/
• https://www.conrad.de/de/p/intos-electronic-inline-netzkabel-schutzkontakt-gerade-auf-c13-kaltgeraetestecker-laenge-1-80m-in-schwarz-800403474.html
• https://www.hornbach.de/p/pattex-montageband-superstark-weiss-19-mm-x-1-5-m/10401735/
• https://www.conrad.de/de/p/startech-com-80mm-gehaeuseluefter-luefter-8cm-fuer-pc-gehaeuse-mit-3-pin-molex-stecker-80mmx80mmx25mm-806138943.html
• https://www.ebay.de/itm/272298475466?chn=ps&_trkparms=ispr%3D1&amdata=enc%3A1OLIfN_dGSmqM1u8yc9V1oA67&norover=1&mkevt=1&mkrid=707-134425-41852-0&mkcid=2&mkscid=101&itemid=272298475466&targetid=1716911581439&device=c&mktype=pla&googleloc=9044160&poi=&campaignid=17943303986&mkgroupid=140642150118&rlsatarget=pla-1716911581439&abcId=9301060&merchantid=112143330&gclid=EAIaIQobChMI1MC9wsnzggMVsICDBx1kJAR3EAQYByABEgIa5fD_BwE
• https://funduinoshop.com/elektronische-module/sensoren/temperatur/temperatursensor-tmp36gt9z
• https://funduinoshop.com/elektronische-module/elektromotoren-und-zubehoer/servomotoren/mg90s-metallgetriebe-micro-servo
• https://www.amazon.de/dp/B08NTMX62K?psc=1&ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details
• https://www.amazon.de/dp/B0BGSCM4YF?psc=1&ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details
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Literatur

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