Projekt 20: Autonome Tischlampe

IN BEARBEITUNG

Autonome Tischleuchte

Dieser Wiki-Beitrag ist Teil eines Projektes, welches im Rahmen vom Fachpraktikum Elektrotechnik im 5. Semester Mechatronik absolviert wurde. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.

Autoren: Martin Böhner, Franziska Koch und Thorsten Solzbach

Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel

Aufgabenstellung

Entwerfen einer autonomen Tischlampe mit Hilfe eines Arduino-Boards.

Erwartung an das Projekt

• Projekt in Aufgabenbereiche aufteilen
• Lösungsfindung für den Projektauftrag mit Hilfe von ingenieurmäßigen Methoden aus dem Studium
• Einarbeitung in die Arduino-Programmieroberfläche
• Beschaffungsliste für die benötigten Teile erstellen und weiterleiten
• Zusammenbau der eingebundenen Komponenten
• Einbindung des Arduino-Boards für die Ansteuerung des Leuchtmittels
• Ausführliche Dokumentation der erarbeiteten Inhalte und einpflegen dieser auf die Wiki-Plattform der Hochschule Hamm-Lippstadt
• Für die Öffentlichkeitsarbeit der Hochschule-Hamm-Lippstadt ein Video, über die Ergebnisse dieses Projektes auf die Plattform Youtube hochladen

Einleitung

Das Projekt 20 hat die Aufgabenstellung "Entwerfen einer autonomen Tischlampe mit Hilfe eines Arduino-Boards". Es soll dazu eine autonome Beleuchtung durch eine Tischlampe realisiert werden, welche bei einem definierten Helligkeitsgrad einschaltet und die eigene Helligkeit, der Umliegenden anpasst. Dies soll eine konstante Helligkeit im Umgebungsbereich der autonomen Tischleuchte schaffen. Für die Umsetzung der Helligkeitsregelung soll unter anderem ein Arduino-Board eingesetzt werden. Den Umgang mit diesem Mikrocontroller wurde durch das Praktikum kennengelernt und durch dieses Projekt, werden die schon erlangten Fähigkeiten vertieft. Die grundlegende Aufbau und die Umsetzung dieses Projektes wird in den nachfolgende Punkten genauer betrachtet und erklärt.

Projektdurchführung

Die Durchführung des Projektes wird anhand des Projektplans aufgezeigt, dieser wird im anliegenden Kapitel "Projektplan" aufgezählt und erläutert. Wichtig für das weitere Verständnis ist dass die Projektaufgabe von den Projektteilnehmer aufgestellt und an keiner Vorlage angelehnt war. Somit ist dieses Projekt aus einer kompletten Eigeninitiative entstanden und entsprechend umgesetzt worden.

Projektplan

Dies ist der fundamentale Leitfaden für die Umsetzung der gegenwärtigen Projektaufgabe. Hierbei musste eine ausführliche und strukturierte Vorgehensweise aufgestellt und die Aufgabe noch einmal separat unter den Gruppenteilnehmern aufgeteilt werden. Somit konnte jeder die erhaltenen Arbeitspakete in seinem ermessen erledigen. Die nachfolgenden Aufteilung wird jeweils unter deren Punkten genauer erläutert:

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1. Aufstellen und ermitteln einer Projektaufgabe

Bei dem ersten Praktikumstermin wurde eine eigene Projektaufgabe erstellt und in einem detaillierten Rahmen beschreiben.

2. Definierte Projektaufgaben mit dem Dozenten abstimmen

Absprache und Festlegung der Projektaufgabe mit dem Dozenten, so dass diese auch alle wesentlichen Praktikumsanforderungen erfüllt.

3. Morphologischen Kasten zur Lösungsfindung aufstellen

Der morphologische Kasten wurde für die Findung der optimalen Lösung eingesetzt. Dieser listet die eingebunden Schnittstellen tabellarisch auf und stellt sie in verschieden Varianten gegenüber.

Der morphologische Kasten für die Lösungsfindung für das Projekt20:Autonome Tischleuchte.

Die Zeichnungen für die Lampenform eins bis fünf aus dem morphologischen Kasten.

Zeichnung 1 für die Lampenform aus dem morphologischen Kasten: .

Zeichnung 2 für die Lampenform aus dem morphologischen Kasten: .

Zeichnung 3 für die Lampenform aus dem morphologischen Kasten: .

Zeichnung 4 für die Lampenform aus dem morphologischen Kasten: .

Zeichnung 5 für die Lampenform aus dem morphologischen Kasten: .

Das Ergebnis aus dem morphologischen Kasten ist mit den ausgewählten Punkten in hellblau und einer roten Verbindungslinie gekennzeichnet. Somit steht fest, dass die Lampenform der Zeichnungen 2 ausgewählt wurde. Das Gehäusematerial soll aus Holz bestehen und der ausgeleuchtete Bereich begrenzt sich auf die Beleuchtung des Arbeitsplatzes. Für das Leuchtmittel sollen LED-Streifen verwendet werden, der Spannungsbereich begrenzt sich auf 5VDC und das Ein-/Ausschalten ist auf einen Lichtwiderstand festgelegt worden. Die Programmieroberfläche sowie die Schnittstelle für die elektrischen Bauteile, wird über das Arduino-Board realisiert.

4. Beschaffung von benötigten Bauteilen

Die erarbeiteten Inhalte des morphologischen Kastens wurden für die Auswahl der zu bestellenden Bauteile benötigt. Dazu wurde eine Bestellliste angelegt, welche an dem Projektplan als Tabelle anliegt. Es gab dazu eine vorgegeben Liste von Zulieferern der Hochschule, welche entsprechend berücksichtigt wurde. Für dieses Projekt konnten alle benötigten Bauteile von Conrad Electronics bestellt werden.

5. Zeichnungen für die Tischleuchte anlegen

Nach eintreffen der Bauteile wurde diese noch einmal separat betrachtet und vermessen. Die ist nötig gewesen um einen sauberen und sicheren Einbau der Bauteile zu gewährleisten. Anschließend daran konnten die Zeichnungen für die Tischleuchte erstellt werden, diese befinden sich unter dem Punkt Unterlagen als PDF-Dokument. Eine Besonderheit für die Platzierung der Bauteile war der Lichtwiderstand, dieser wurde außerhalb von dem Beleuchtungsumfeld des Leuchtmittels angebracht. Dies wurde durch die Projetkteilnehmer festgelegt, weil die autonome Tischleuchte sonst die geforderte Aufgabenstellung nicht erfüllen kann.

6. Anfertigen von Bauteilen und zusammenfügen von Komponenten

Die Tischleuchte sollte aus Holz gefertigt werden, dies kann dem morphologischen Kasten entnommen werden. Die angefertigten Holzteile werden dann mit einander Verleimt, falls nötig werden diese nachträglich durch Nägel oder Tacker verstärkt. Anliegend teilt sich die Montagereihenfolge für das bessere Verständnis noch einmal auf:

1. Anfertigen der Gehäusebauteile unter der Berücksichtigung der erstellten Zeichnungen und Vorgaben

2. Zusammenbau der Gehäusebauteile (Verbindung durch: Leim, Nägel oder Tacker)

3. Einbindung der elektrischen Komponenten

4. Verdrahtung der elektrischen Komponenten mit dem Arduino-Board

Benötigte Werkzeuge

Tabelle mit Benötigten Werkzeugen:

Nr.:	Werkzeug:	Anwendungsbereich:
1.	Holzsäge	Zuschnitt der Holzelemente
2.	Schmiergelpapier	Schleifen der Holzelemente um eine glatte und saubere Oberfläche zu erhalten
3.	Leim	Wird für das Verbinden der Holzelemente verwendet
4.	Tuch / Bürste	Säubern der Oberflächen für das weitere Verarbeiten
5.	Hammer	Für das einschlagen von Nägeln
6.	Tacker	Für das vertackern von Holzbauteilen
7.	Abisoliertwerkzeug	Anpassen von Kabellängen und abisolieren von Kabelenden
8.	Schraubendreher	Verschrauben der elektrischen Leitungen an das Arduino-Board

7. Programmierung des Arduino-Boars

Die Umsetzung der Programmierung des Arduino-Boards wurde über die Oberfläche "Arduino" realisiert.

8. Ausführliches Tests und Fertigstellung der technischen Umsetzung

Nachdem alle vorherigen Punkte umgesetzt wurden, musste die autonome Tischlampe noch einmal ausführlich getestet werden. Ermittelte Probleme wurde entsprechend gelöst, dies erstreckte sich über: Die Anpassung der Lichtempfindlichkeit des Lichtwiderstandes (erfolgte in Arduino), Anpassung der Befestigung einer Abdeckplatte und Vergrößerung der Einführung für die Spannungsversorgung der Steuereinheit

9. Dokumentation und Evaluierung der Ergebnisse

Die nachhaltige Dokumentation bei solch einem Projekt ist ein wesentlicher Grundstein für das Nachvollziehen von Umsetzungsschritten. Aus diesem Grund wurden erst in einem Word-Dokument die erarbeiteten Inhalte festgehalten, aber kurze Zeit danach begann schon das Einpflegen des Wiki-Artikels. Dies hat den großen Vorteil, dass ein Verlauf von Änderungen oder Anpassungen ersichtlich ist, welche das Projekt über dessen Umsetzungszeit erfährt. Auf die Ergebnisse wird in einem späteren Punkt dieses Artikels genauer eingegangen.

Bestellliste

Bestelliste in einer tabellarischen Form:

Nr.:	Artikel:	Artikelbeschreibung:	Menge	Kosten in [€]	Gesamtbetrag in [€]	Lieferant
1.	Lichtwiderstand Iduina SE012 1St. 5 V/DC	Lichtwiderstand für die Helligskeitsmessung der Umgebung	1	2,95	2,95	Conrad Electronics
2.	Seeed Studio Erweiterungsmodul Passend für (Arduino Boards)	Leuchtmittel für die Tischleuchte	1	19,95	19,95	Conrad Electronics
3.	Raspberry Pi® Verbindungskabel Bunt RB-CB3-50 Raspberry Pi®	Verbindungskabel für den Zusammenbau	1	7,99	7,99	Conrad Electronics
4.	Arduino Board UNO 65139 ATMega328	Mikrokcontroller für das Umsetzen der Programmierung	1	7,99	7,99	Conrad Electronics
	Gesamtbetrag der Bestellung				38,88

Ergebnis

Das Ergebnis aus der eigenständig aufgestellten Aufgabe ist sehr zufriedenstellend. Die Anforderungen an das Projekt wurden erfüllt und die Umsetzung verlief nahezu reibungslos. Für das weitere Verständnis wurde ein ausführliches Video auf Youtube hochgeladen, dieses befindet sich unter dem Kapitel Youtube-Video am Ende dieses Wiki-Artikels. Auf alle wesentlichen Inhalte, Funktionen und Umsetzungsschritte wird in diesem Video eingegangen.

Zusammenfassung

Das GET-Fachpraktikum stellt unter anderem die Aufgabe, ein Projekt in Eigenregie umzusetzen. Die Projektgruppe 20, hat sich dazu eine eigene Aufgabe gestellt, welche alle Anforderungen an das Praktikum erfüllt hat, dieses wurde ausführlich mit dem betreuenden Dozenten Herrn Prof. Dr.-Ing Göbel abgestimmt. Der Einstieg in die Projektaufgabe erfolgte mit dem Aufstellen eines morphologischen Kastens, welcher für die Findung der optimalen Lösungsvariante eingesetzt wurde. Dieser galt dann als Leitfaden für das Heraussuchen der benötigten Bauteile, welche in einer Bestellliste festgehalten wurden. Die Inhalte daraus wurden dann an den betreuenden Dozenten weitergegeben, so dass die Umsetzung nicht lange aus sich warten lies.

Unterlagen

Gesamtaufbau der autonomen Tischleuchte

Datei:Autonome Tischlampe Gesamtaufbau.PDF

Einzelteilzeichnung 1

Datei:Autonome Tischlampe Einzelteilzeichnungen 1.PDF

Einzelteilzeichnung 2

Datei:Autonome Tischlampe Einzelteilzeichnungen 2.PDF

Einzelteilzeichnung 3

Datei:Autonome Tischlampe Einzelteilzeichnungen 3.PDF