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Willkommen beim Wiki des Mechatroniklabors an der Hochschule Hamm-Lippstadt.

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Allgemeines

Komponenten

Schrittmotor

Ein Schrittmotor ist ein Synchronmotor. Der Rotor kann durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes elektromagnetisches Feld der Statorspulen um einen minimalen Winkel (Schritt) gedreht werden. Es kann in mehreren Schritten jeder Drehwinkel, wenn er ein Vielfaches des minimalen Drehwinkels ist, realisiert werden.

Mit einem Schrittmotor kann man ohne aufwendige Wegstreckenerkennung genaue Positionen anfahren. Da Schrittmotoren exakt dem außen angelegten Feld folgen können, ist ein Betrieb ohne Sensoren zur Positionsrückmeldung möglich. Da alle Schritte im Links- und Rechtslauf gezählt werden, erkennt die Elektronik immer die exakte Position der Achse. Wie groß ein Schritt ist, hängt vom jeweiligen Motor ab, aber zumeist beträgt ein Schrittwinkel 1.8°, sodass mit 200 Schritten eine Umdrehung realisiert werden kann.

Man unterscheidet grundsätzlich zwei verschiedene Schrittmotormodelle. Der unipolare Schrittmotor hat zwei Spulen mit einem jeweiligen Mittelabgriff. Für ihn ist eine Spannung ausreichend. Der bipolare Schrittmotor hat mit vier Spulen und polt die Spannungen kontinuierlich um.

Wird ein Schrittmotor durch ein externes Lastmoment oder durch die anzutreibende Masse beim starken Beschleunigen überlastet, kann der Rotor dem Drehfeld nicht mehr folgen. Es werden Schritte übersprungen und eine korrekte Information über die aktuelle Position des Rotors ist nicht verfügbar. Bei einem solchen Schrittverlust springt der Motor in die vorherige oder nächste Position gleicher Phase. Auftretende Schrittverluste summieren sich und führen dann zu einer ungenauen Positionierung. Für höhere Geschwindigkeiten ist ein sanftes Anfahren und Verzögern zu empfehlen, um einen Schrittverlust zu vermeiden.

Die Kenngrößen eines Schrittmotors:

• Schrittwinkel, das heißt der Winkel für einen Vollschritt. Ein Vollschritt tritt bei der Umschaltung des Stromes von einer Wicklung auf die nächste auf.

• Phasenanzahl

• Schrittanzahl n pro Umdrehung

• maximaler Strangstrom I

• ohmscher Spulenwiderstand R

• Spuleninduktivität L

• Drehmoment im Stand (Haltemoment) für einen gegebenen Strom und Drehmomentverlauf mit steigender Drehzahl

• Wicklungsanschlussgestaltung (ohne Mittelanzapfung, mit Mittelanzapfung, mit gemeinsamer Mittelanzapfung)

Quellen: http://de.wikipedia.org/wiki/Schrittmotor http://www.wolfgang-back.com/PDF/Schrittmotor.pdf http://www.rn-wissen.de/index.php/Schrittmotoren

Gecko Drive

Der Gecko Drive ist ein Treiber, mit dem ein Schrittmotor angesteuert werden kann. Der Regler im Gecko arbeitet analog und nicht über einen Microcontroller. Die interne Schaltung besteht aus einigen digitalen Standard-IC's (Zähler, Addierer, Flip-Flops, Schmitt-Trigger-Nand-Gatter), OPVs, DA-Wandlern und einigen passiven Bauteile. Über Potentiometer lassen sich P und D einstellen, I ist dagegen festgelegt. Die optoentkoppelten Eingänge bei Geckodrives sollten nicht gegen Masse, sondern gegen +5V geschaltet werden. Über DIP-Schalter kann man den maximalen Motorstrom einstellen, der bis 7A betragen kann. Sobald die Encoderposition 128 Schritte außerhalb des Sollwertes liegt, tritt ein Following Error auf. Der Gecko schaltet ab und es muss ein Neustart durchgeführt werden.

Die Kenngrößen des Gecko Drive G201X:

• Zulässige Versorgungsspannung: 18 – 80 VDC

• Anzahl der Phasen: 2

• Zulässiger Frequenzbereich: 0.01 Hz bis 300 kHz

• Zulässige Betriebstemperatur: 0 – 70 °C

• Zulässiger Motorstrom. 0 - 7 A

• Verlustleistung: 1 - 13 W

• Motorinduktiviät: 1 – 50 mH

• Zulässige Eingangsfrequenz: 0 - 200 kHz

• Zulässige Signalspannung: 3.3 - 5 VDC

Quellen: http://www.farnell.com/datasheets/1496194.pdf http://linuxwiki.de/EMC/ServoGecko

Arduino Mega 2560

Der Arduino Mega 2560 ist ein Mikrocontroller Board, basierend auf dem ATmega2560 (datasheet). Er verfügt über 54 digitale Input/Output Pins (von denen 14 als PWM Output nutzbar), 16 analoge Inputs, 4 UARTs (Hardware Serial Ports), einen 16 MHz Quarz Oszillator, eine USB Verbindung, eine Strombuchse, einen ICSP Header und einen Reset-Button. Er besitzt alles Notwendige um den Mikrocontroller zu betreiben. Um loszulegen müssen Sie den Arduino Mega 2560 lediglich per USB Kabel mit einem Computer verbinden oder an ein AC-to-DC Netzteil oder eine Batterie anschließen. Der Mega ist mit den meisten für den Arduino Duemilanove und Diecimila entworfenen Shields kompatibel. Der Mega 2560 ist ein Update des Arduino Mega und ersetzt diesen.

Der Mega 2560 unterscheidet sich von allen vorherigen Arduino Boards darin, dass er keinen extra FTDI USB-to-Serial Treiber Chip nutzt, sondern einen als USB-To-Serial Converter programmierten ATmega16U2 (in den Versionen bis R2 Atmega8U2).

Quelle: Arduino, http://arduino.cc/de/Main/ArduinoBoardMega2560, Zugriff am 26.11.2013

Kennzahlen Arduino Mega 2560:

- Operating Voltage: 5 V

- Input Voltage (recommended): 7-12 V

- Input Voltage (limits): 6-20 V

- Digital I/O Pins: 54 (of which 15 provide PWM output)

- Analog Input Pins: 16

- DC Current per I/O Pin: 40 mA

- DC Current for 3.3V Pin: 50 mA

- Flash Memory: 256 KB of which 8 KB used by bootloader

- SRAM: 8 KB

- EEPROM: 4 KB

- Clock Speed: 16 MHz

Quelle: Arduino, http://arduino.cc/de/Main/ArduinoBoardMega2560, Zugriff am 26.11.2013

Starthilfen

Hilfe erhalten Sie hoffentlich in einem der unteren Links.

• MediaWiki-FAQ
• Eigene "How to" Seiten.

Fachthemen Artikel

Recherche über den aktuellen Stand der Technik von Automatisierungssystemen für Ein- und Mehrfamilienhäuser

Einleitung

Mit dieser Ausarbeitung möchte ich einen Überblick geben zu erhältlichen Automatisierungssystemen für Ein- und Mehrfamilienhäuser. Als erstrangige Quelle habe ich für die Recherche verschiedene Websites genutzt, um einen aktuellen Stand der Technik zu geben, welche in diesem Gebiet rasant und abzweigend durch unterschiedliche Systeme fortschreitet. Darüber hinaus konnte ich Hinweise und Erklärungen eines erfahrenen Projektplaners in dieser Sparte im direkten Gespräch festhalten und kann diese in die vorliegende Ausarbeitung einbringen. Automatisierungstechnik im privaten Wohnungsbau sowie im Zweckbau (Krankenhäuser, Bürogebäude etc.) nimmt seit Jahren stetig zu, was sich durch den steigenden Sicherheits- Energie- und Komfortanspruch der Gebäudehalter erklären lässt. Der Bereich Hausautomation, welcher die Automatisierung von Ein- und Mehrfamilienhäusern beschreibt, ist ein Teilbereich der Gebäudeautomation. Es ist zwischen der Gebäudeautomation in Zweckgebäuden und gängig angewandter Hausautomation zu differenzieren, da die ganzheitliche Umsetzung in Zweckgebäuden aufwendiger ist und oft zum technischen Facilitymanagement genutzt wird. Die Anforderungen der Nutzer im Hausautomationsbereich unterscheiden sich zudem stark von denen in Zweckgebäuden. So wird im Wohnhaus beispielsweise eine einfach zu bedienende, übersichtlich visualisierte Bedienung gefordert, während ein Zweckbau von einer Zentrale mit entsprechenden Rechnern verwaltet wird. Weitere Ansprüche des privaten Nutzers können die Integration von multimedialen Inhalten in das System und weiterer Komfortfunktionen sein.

Darstellung eines automatisierten Familienhauses

In diesem Kapitel soll zunächst ein möglichen Tagesablauf in einem so genannten Smart Home beschrieben werden. Darauf folgend werde ich weitere Aspekte eines Smart Homes darlegen und zusammenfassend die wesentlichen Vor- und Nachteile aufzeigen.

Technische Aspekte eines Smart Homes

Das Leben in einem Smart Home soll für den Bewohner in erster Linie komfortabel sein, was durch eine zeit- und bedarfsgerechte Steuerung der Haustechnik ermöglicht werden kann. Hierzu zählt die Steuerung des Lichtes, der Heizung, der Alarmanlage, der Rollläden, der Lüftung oder Klimaanlage. Auch die elektrische Versorgung von weiteren Verbrauchern kann gesteuert werden. Durch die Automatisierung kann beispielsweise morgens ein geheiztes Bad, Hochfahren der Rollläden, Schalten des Lichtes im Schlafzimmer und ein gekochter Kaffee in der Küche realisiert werden. Beim Verlassen des Hauses wird durch die Betätigung des Lichtschalters im Eingangsbereich die Heizung ausgeschaltet bzw. heruntergeregelt, Stromverbraucher in den Ruhemodus versetzt und das Licht im gesamten Haus ausgeschaltet. Möglich ist auch das Starten eines Simulationsmodus, welcher bei längerer Abwesenheit, z.B. abwechselnd Beleuchtungen und Rollläden schaltet. Sollte ein Eindringen in die Immobilie verübt werden, so kann dieses durch unterschiedliche Sensoren erfasst werden und das Schalten von Aktoren bewirkt werden. Denkbar sind ein Einschalten der Beleuchtung im gesamten Gebäude, das Hochfahren der Rollläden und das Ertönen der Rauchmelder. Darüber hinaus kann der Besitzer, durch die Anbindung der Automatisierungssystems an das Internet, direkt über eine Nachricht an sein Mobiltelefon über den Status seines Hauses informiert werden. So ist es außerdem möglich, dass dieser neben der Statuserfassung der Sensoren im Haus, Aktoren im Haus fernsteuern und individuell an Gegebenheiten anpassen kann. Die genannten Szenarien sind Beispiele für den möglichen Einsatz einer Automatisierungsanlage im Wohnhaus. Zu den automatisierten, haustechnischen Elementen wird in Ein- und Mehrfamilienhäusern häufig eine vernetzte Unterhaltungs- bzw. Multimediaanlage mit in die Heimvernetzung integriert. Im gesamten Haus sind dadurch zentral abgelegte Medien abrufbar. Zudem ist der Aspekt des so genannten Smart Metering zu erwähnen. Den Einsatz dieser intelligenten Zählersysteme für den tatsächlichen Verbrauch von Strom, Wasser oder Gas hat der Gesetzgeber für bestimmte Kunden bereits vorgeschrieben, um die Energiewende möglich zu machen (Vgl. [EB13]). Durch die Einbindung dieser Zähler in ein Netzwerk ist die Kommunikation zwischen Energieversorger und Endverbraucher möglich. Der Energieverbrauch soll dadurch für den Verbraucher transparenter und bewusster werden sowie unterschiedliche, individuelle Tarife vom Energieversorger genutzt werden können. Zusammenfassend werden mit Abb. 2-1 einige Bereiche gezeigt, welche in Ein- und Mehrfamilienhäusern automatisierbar sind.