Hauslichtautomatisierung

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Autor:	Anivesh Kumar, Linus Sauermann, Torben Moratz
Betreuer:	Marc Ebmeyer, Prof. Dr. T.M Wibbeke

Einleitung

In Mechatronik 7. Semester Befindet sich das Produktionstechnik II Praktikum in Modul Produktionstechnik und Management und in diesem Praktikum sollten die Studierenden spannende Mechatronische Systeme entwickeln, die mit SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) gesteuert können. In diesem Projekt namens Hauslichtautomatisierung würde ein klein Maßstabige Smart Home gebaut und Simuliert wo die steuerung über Siemens SPS Simatic ET 200-SP verläuft.

Aufgabenstellung

Ein Modell Haus würde gebaut mit Belichtung und Automatisierte Gardinen die Später mit Siemens SPS ET 200-SP mit HMI gesteuert werden

Funktionale/Technische Systementwurf

Technischer Systementwurf

Im Dach des Hauses ist ein Poti. Der gibt die Tageszeit an die SPS. Die SPS wertet den Poti aus und gibt zwei Signale an die von uns gelötete Platine zwischen 0 und 4,4V. Die Platine regelt dann das Signal zu für die LED Streifen passende Spannungen um.

Zeitgleich schickt die SPS ein Signal zum Arduino für die Jalousie. Die Jalousien sind mit einem Schrittmotor auf 5V basis aus dem Arduino betrieben, die je nach Signal-Einstellung von SPS in 3 Stufen sich verläuft, 1. Geschlossene Stufe, 2. Halb-geöffnete Stufe, 3. Voll-geöffnete Stufe. Das Öffnen von Jalousien wird am Anfang so betrieben, das beim drehen des Schrittmotors wenn die Achse ein bestimmte taster drückt, wird ein signal an Arduino geschickt und intern als Merker für die weitere schritte gespeichert, und weiter mit Anzahl von Schritten getrieben.

Komponentenspezifikation

Tabelle 2: Materialliste

Nr.	Anz.	Beschreibung
1	4	LED Streifen - Inventronics GmbH - LF1100TW-G5 -927.965-09 L2
2	1	24V Netzteil
3	1	Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine
4	1	Arduino Mega 2560
5	1	Harting Industriestecker für Verbindung mit SPS -> Verdrahtung nach Schaltplan
6	1	Hutschiene mit Klemmen zur Stromverteilung
7	1	Platine
8	8	10 kOhm Widerstände
9	8	39 Ohm Widerstände
10	8	Transistor BC547C
11	1	Haus aus Holz
12	4	Aus Alu-Vollmaterial gefräste Fenster
13	20	3D-gedrückte Möbel
14	1	10 kOhm Potentiometer

Umsetzung

Beleuchtung

Abb. 0x Inventronics GmbH - LF1100TW-G5 -927.965-09 L2

Für die Beleuchtung von Haus würde 4 LED streifen von Inventronics GmbH - LF1100TW-G5 -927.965-09 L2 verwendet, auf 24V basis. Die 4 LED streifen sorgen dafür dass, das Modellhaus mit abdimmbare Kaltweiß oder Warmweiß licht beleuchtet.

Schaltung des Beleuchtungs

Abb. 0x Tageszeit über Steuerungs-Spannung für LED Streife

Ein Potentiometer die im Dach des Hauses ist, liefert ein analogen Signal die an den SPS ET 200-SP. Es ist so konzipiert dass, 0V aus dem Signal 00:00 Uhr ist und 10V(Max Spannung von Potentiometer) 23:59 Uhr ist. Die analogen Werte aus dem Poti werden von SPS abgelesen und ausgewertet, Damit wird den SPS die 4 Kaltweiß und Warmweiß Signale von die 2 LED Platinen Steuern.

Abb. 0x Schaltplan für die Steuerung des LED-Streifens

Die Schaltung besteht aus 2 LED Platinen und jede LED Platine enthält 2 LED Streifen. Eine Versorgungsspannung von 24V ist hier für die LED Streifen wichtig, und wird durch eine Externe Stromquelle Betrieben. Jede LED Streife besitzt 2 jeweilige Kanäle, eine für Kaltweißlicht Einstellung und der andere für das Warmweißlicht Einstellung.
Um jeder Kanal zu Steuern ist der Einsatz von 8 Transistoren (Typ-BC547C) wichtig, die da ein Spannung von 0-4,4V bei einem Strom von 73,5mA pro Streife Effizient liefern kann.
Es werden bei den Basis von jedem Transistor ein 39 Ohm widerstand verwendet, die bei den Strombegrenzung hilft, außerdem werden bei den Emitter-seite des einzelnen Transistors ein 10 kOhm widerstand verwendet, die wie ein Pull-Down widerstand funktioniert wenn der Spannung bei Basis 0V ist. Die Oben genannte Komponenten werden auf eine Lochkarte-Platine eingefügt und gelötet. Und daraus erstellte Schaltplatine wird für die Beleuchtungssteuerung im Dach des Hauses montiert.

Abb. 0xPin-Belegung für die Signale des LED-Streifens an SPS ET-200

Jalousien Steuerung

Schaltplan für Arduino

Arduino Code für die Jalousien Steuerung

Entwicklung von Haus