Hochsicherheitssafe

Autoren:Viktor Mirosch, Daniel Schwarz, Maik Kleinspohn
Betreuer: Marc Ebmeyer

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Einleitung

Im Rahmen des Praktikums im Fach "Angewandte Elektrochtechnik" im Studiengang Business and Systems Engineering, soll ein Projekt erstellt werden. In diesem Projekt soll ein Sensor ein Signal empfangen, welches an einen Microcontroller weitergegeben wird, der dieses Signal verarbeitet. Im Anschluss gibt der Microcontroller ein Signal an den Aktor, der eine bestimmte Aktion durchführt.

Wir haben uns für einen Hochsicherheitssafe entschieden. Dieser lässt sich nur mithilfe einer Chipkarte und einem Code entsperren. Bei falscher Eingabe ertönt ein Alarmsignal, eine rote Diode leuchtet und der Safe bleibt geschlossen. Bei richtiger Eingabe erfolgt ein Kontrollpiepen, eine grüne Diode leuchtet und der Safe entsperrt sich.

Anforderungen

1. Steuerung durch Nummernfeld und RFID Chip
2. Code änderbar
3. Akustisches Signal bei jedem Tastendruck
4. Grünes Licht + einmaliges Piepen bei richtiger Eingabe
5. Rotes Licht + 3 sekündiger Alarmton bei falscher Eingabe
6. Öffnen und Schließen durch Servomotor
7. Schließen des Bolzens durch Taster im Safe

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Der Safe schließt mit einem Bolzen automatisch, sobald die Tür im Inneren des Safes einen Taster berührt. Entriegelt wird der Safe mithilfe eines RFID Chips und einem Code der im Tastenfeld eingegeben werden muss. Bei jedem Tastendruck des Bedienfelds gibt es ein kleines akustisches Feedback. Sobald der richtige Code eingegeben und der passende Chip vor den Sensor gehalten wurde, entsperrt der Bolzen mit einem akustischen Signal und eine grüne Diode leuchtet auf. Sollte entweder der falsche Chip oder der falsche Code eingegeben werden, bleibt der Safe geschlossen und es ertönt ein Alarmsignal und eine rote Diode leuchtet.

Der Code soll durch eine bestimmte Tasteneingabe am Bedienfeld änderbar sein.

Funktionszeichnung Hochsicherheitssafe

Safe mit geschlossener Tür

Safe mit geöffneter Tür

Komponentenspezifikation

Anzahl	Name	Spezifikationen
1	Arduino Uno R3	Betriebsspannung: 5 V Eingangsspannung: 7 – 12 V Digitale Ein/Ausgänge: 14 (6 PWM) Analoge Eingänge: 6 Takt: 16 MHz
1	Servomotor TowerPro SG90	Drehmoment: 1,8 kg/cm Geschwindigkeit: 0,12 sek/60° Gewicht: 9 g Maße: 23 x 12,2 x 29 Pulsweite: 500 – 2400 µs
1	Tastenfeld Debo Test 4x3	Schnittstelle: 7 Pin Stiftkontakt Maße: 70 x 77 x 1 Kabellänge: 88 mm (mit Verbinder)
3	Widerstand	Widerstandswert: 100 Ω
3	LED (Grün, Gelb, Rot)	Wellenlänge: 700 nm Sperrspannung: 5 V
1	Piezo Speaker	Geräusch-Entwicklung: 85 db Resonanz-Frequenz: 2,3 kHz Spannung: 5 V
1	RFID RC522 Chipleser	Frequenz: 13,56 MHz Leseabstand: 0 – 60 mm Maße: 85,5 x 54 x 0,87
1	RFID RC522 Chip	IC Chip: MFRC522 Maße: 32 x 40,5 x 4,2
1	AC/DC Adapter LJH-186	Input: 100 – 240 V AC Output: 9 V DC 1 A

Umsetzung (HW/SW)

In diesem Abschnitt werden alle genutzten Software und Hardware Komponenten genauer betrachtet. Dabei geht es hauptsächlich um die Programmierung mit Arduino IDE, die Erstellung des Gehäuses mit dem "ANYCUBIC Chiron" 3D Drucker und dem Aufbau der Schaltung mithilfe des Arduino Uno Startersets.

Schaltungsaufbau

Das Arduino Uno Starterset liefert bereits viele wichtige Bauteile die für die Schaltung benötigt werden. Dazu gehören die LED's, die Widerstände, der Servomotor, das Nummernfeld, der Buzzer und vor allen Dingen der Arduino Uno Microcontroller. Den RFID RC522 Chipsensor und den dazugehörigen Chip mussten zusätzlich beschafft werden. Die folgenden Abbildungen zeigen die Schaltung für den Hochsicherheitssafe mit dem Programm "Fritzing" und mit dem Programm "Multisim". Durch die Fritzingdarstellung lässt sich ein Schaltplan erstellen, in dem die Schaltungsverbindungen und die Bauteile leicht nachzuvollziehen und zu verstehen sind, während Multisim sich auf die Fachgerechte Darstellung in einem Schaltplan spezialisiert. Um bei Multisim die Schaltung möglichst verständlich zu halten wurden der Microcontroller, das Nummernfeld und der Sensor vereinfacht dargestellt.

Fritzingschaltung

Multisimschaltung

Projektunterlagen

Projektplan

Projektablaufplan

Literatur

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