Smart Home: Belüftung, Anwesenheitserkennung und Lichtalarm bei Hausklingeln eines Modellhauses mithilfe einer Phoenix Contact AXC 1050 SPS: Unterschied zwischen den Versionen
Zeile 192: | Zeile 192: | ||
|- | |- | ||
| Temperatursensor NTC | | Temperatursensor 10k-NTC | ||
| | | Der verwendete Temperatursensor ist ein 10k-NTC (siehe rechte Buld). Er bietet eine Temperaturmessung von 0°C bis 70°C mit einer Toleranz von ±2K bei 0°C und ±5K bei 70°C. Zum Auslesen der Temperaturmesswerte wird ein Spannungsteiler verwendet, der bei Temperaturen über 0°C Spannungen bis zu 10V ausgibt, da die SPS nur analoge Werte von 0V bis 10V auslesen kann (Siehe Kapitel SPS). | ||
| | |[[Datei:TempSensor.jpg|126px|mini|zentriert|Temp 10k-NTC]] | ||
|Das Datenblatt finden Sie [https://docs.rs-online.com/6a46/0900766b813c0ed3.pdf hier] <ref>[https://docs.rs-online.com/6a46/0900766b813c0ed3.pdf ''Datenblatt Temperatursensor NTC 10k'']</ref> | |||
|- | |- | ||
|Ultraschallsensor | |Ultraschallsensor |
Version vom 20. Januar 2022, 13:32 Uhr
Autoren: Ibrahim Nsangou, Franck Bakofa
Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel & Marc Ebmeyer
Wintersemester: 2021/2022
Fachsemester: 7
zurück zum Hauptartikel: Praktikum Produktionstechnik
Einleitung
Im Rahmen Bachelorstudiengangs Mechatronik findet an der HSHL wird im siebten Semester das Produktionstechnik- Praktikum statt.In diesem Praktikum sollten Studierende in Kleingruppen( 2-3 Personen) ein mechatronische System umsetzen und programmieren. In diesem Praktikum wurde uns durch Zufall das Projekt Smart Home zugewiesen.
Aufgabenstellung
Das Ziel des Projekt ist, ein Wohnhaus mit Sensoren und Aktoren intelligent zu machen. Um das zu erreichen sollten wir folgende Punkte beachten:
- Als erste nach möglichen Automatisierung in einem Haus suchen
- Entscheidungsmatrix erstellen für die Auswahl von geeigneten Sensoren und Aktoren
- Temperaturen und Feuchtigkeiten messen
- Dann die Ansteuerung der Komponenten per Phoenix Contact-SPS AXC
Nach der Recherche nach möglichen Automatisierung in einem Haus haben wir uns entschieden, uns um diese Unterprojekte zu kümmern.
- Beleuchtung: Lichtalarm bei Haustürklingel. Wer gerne mit Kopfhörer arbeitet, nur eingeschränkt oder gar nicht hören kann, verpasst oft Besucher, die an der Haustüre klingeln.
- Heizungsregelung
- Anwesendheitserkennung
- Schließsystem
- Belüftung
Vorgehensweise nach V-Modell
Das V-Modell ist eine lineares Vorgehensmodell im Prohejektmanagement, das ein Projekt in fest definierte Phasen untergliedert. Das Prokekt wird nach der Vorschrift des V-Modells durchgeführt, um eine strukturiertes Vorgehen bei Planung und Umsetzung des Projekt zu gewährleisten.Link zu den Dokument finden Sie hier
Anforderungsdefinition
In der Phase der Anforderungsdefinition haben wir alle spezifischen Anforderungen an das System gesammelt, die das Projekt erfüllt soll. Die Anforderungen für dieses Projekt gliedern sich in folgende Punkte: Geometrie & Gewicht,Vorgehen,Aufbau,Schnittstellen, Software/ Werkzeuge und Dokumentation. Die Anforderungsliste für das Projekt lässt sich hier wiederfinden.
- Geometrie & Gewicht
- Die maximalen Abmaße für die Tür sind: Breite 10cm, Höhe 20 cm.
- Bauteilzeichnungen (Tür) muss erstellt werden. Wenn CAD benutzt wird, dann SolidWorks.
- Vorgehen
- Es muss eine Rechere nach möglichen Automatisierungen im Bereich "Smart Home" erstellt werden
- Es müssen Kirterien zur Auswahl der für dieses Praktikum geeigneten Automatisierungen aufgestellt werden.
- Anhand dieser Kriterien wird eine Bewertung und eine Entscheidungs-Empfehlung bestimmt. Diese wird Prof. Göbel vorgelegt.
- Aufbau
- Es müssen die Temperatur und die Raumfeuchtigkeit gemessen werden
- Es müssen zwei Ventilatoren(Lüfter) verwendet werden, einer um frische Luft in dem Ram zu bringen und der andere um verbrauchte Luft aus dem Raum zu entfernen.
- Es muss ein Fenster eingebaut werden, welches sich mit einem Motor öffnen und schließen lässt.
- Es muss die Tür eingebaut werden, welche sich mit einem Motor öffnen und schließen lässt.
- Lichtalarm bei Haustürklingel: Wer gerne mit Kopfhörer arbeitet, nur eingeschränkt oder gar nicht hören kann, verpasst oft Besucher, die an der Haustüre klingeln
- Schnittstellen
- Das Gerät muss an einem Standard-Steckdosen-Anschluss an 230V AC mit 50Hz (Deutschland) angeschlossen werden können.
- Alle Komponenten müssen über die Phoenix Contact AXC angesteuert werden
- Software / Werkzeuge
- Programmierung und Ansteuerung per PhoenixContact-SPS AXC in PC Worx
- Dokumentation
- Aufbau muss im HSHL-Wiki dokumentiert werden mit dem Mindestinhalt:
- Beschreibung des Aufbaus
- Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Bedienung
Funktionaler Systementwurf
In diesem Kapitel Funtionaler Systementwurf sind alle Komponenten dargestellt, die notwendig sind, um das Ziel des Projekts zu erreichen. Auf der einen Seite befinden sich der Temperatur-und Feuchtigkeitssensor,Buzzer,Abstandsensor.Auf der anderen Seite sind dann ein Fenster und eine Tür, welche durch einen Servomotor geöffnet bzw geschlossen wird sowie die beiden Lüfter, welche ein- und ausgeschaltet werden.
Technischer Systementwurf
Der technische Systementwurf hat denselben Aufbau wie der Funktionale Systementwurf, im Gegensatz zu dem funktionalem Systementwurf werden hier die Verbindungen(Die Signalart: digital/analog, Input/Outpout) zwischen den einzelnen Komponenten genau definiert (siehe Abbildung 3). Zum technischem Systementwurf gelangt man hier
Komponentenspezifikation
Bei der Komponentenspezifikation werden die Aufgaben und das Verhalten jeder Komponente definiert. Darüber hinaus wird der innere Aufbau mit den Schnittstellen jeder Komponente festgestellt. Im Folgenden werden alle Komponenten beschrieben, die in diesem Projekt verwendet werden. Im Unterkapitel "Einkaufsliste" werden zunächst alle bestellten Komponenten aufgelistet. Danach folgt die Beschreibung der einzelnen Komponenten.
Einkaufliste
Komponente | Anbieter | Preis | Vorhanden? |
Honeywell Feuchtigkeitssensor | rs-online | 18.87€ | nein |
Temperatursensor NTC 10k | rs-online | 3,19€ | nein |
Sunon Axiallüfter | Conrad | 6,81€ | ja |
Servomotor HS-65 MG | Der Himmlische Höllein | 27,90€ | nein |
Messingrohr | Der Himmlische Höllein | 6,30€ | ja |
Bowdenzug | Der Himmlische Höllein | 2,90€ | ja |
Stahldrat | Der Himmlische Höllein | 2,60€ | ja |
Ultraschallsensor | conrad | 3,98€ | nein |
Piezo/Buzzer | rs-online | 1,86€ | nein |
Glühbirne | conrad | 1,29€ | nein |
Arduino Board Uno | conrad | 21,99€ | ja |
Phoenix Contact SPS
Der Hauptkomponente des Projekt war die Phoenix Contact AXC 1050 SPS. Sie bezizt sowohl ein Modul für digitale Eingänge, digitale Ausgänge als auch ein Modul für analoge Ein-und Ausgänge. Die für das Projekt wichtigsten Eigenschaften der verwendeten Module sind im Folgenden aufgelistet und mit einem Link zu den einzelnen Datenblättern versehen.
- Analoges Ein- und Ausgangsmodul (I/O-Modul - AXL F AI2 AO2 1H – 2702072): (zur Herstellerseite) [1]
- Besitzt 4 analoge Eingänge und 4 analoge Ausgänge
- Versorgungsspannung: 24V DC
- Auflösung des A/D-Wandlers: 16 Bit
- Eingangssignal Strom: 0mA bis 20mA, 4mA bis 20mA, -20mA bis 20mA
- Eingangssignal Spannung: 0V bis 10V, -10V bis 10V, 0V bis 5V, -5V bis 5V
- Ausgangssignal Strom: 0mA bis 20mA, 4mA bis 20mA, -20mA bis 20mA
- Ausgangssignal Spannung: 0V bis 10V, -10V bis 10V, 0V bis 5V, -5V bis 5V
- Digitales Eingangsmodul (I/O Modul – AXL F DI16/1 1H – 2688310): (zur Herstellerseite)[2]
- Besitzt 16 digitale Eingänge
- Nenneingangsspannung beträgt 24V DC
- Eingangsspannungsbereich „0“-Signal: -3V DC bis 5V DC
- Eingangsspannungsbereich „1“-Signal: 11V DC bis 30V DC
- Digitales Ausgangsmodul (I/O-Modul - AXL F DO16/1 1H – 2688349): (zur Herstellerseite) [3]
- Besitzt 16 digitale Ausgänge
- Versorgungsspannung: 24V DC
- Ausgangsspannung: 24V DC
Eingesetzte Komponenten
Komponente | Beschreibung | Abbildung | Link |
---|---|---|---|
Mikrocontroller: Arduino UNO R3 | Ein PWM-Signal wird benötigt, um den Servomotor anzusteuern. Die Phoenix Contact SPS kann hingegen kein PWM Signal erzeugen. Aus diesem Grund haben wir zwischen SPS und Servomotor ein Mikrocontroller(Arduino Uno) eingebaut. Der Mikrocontroller soll dann extern über 9v Batterie oder Netzteil mit Spannung versorgt werden. Um zu verhindern, dass der Mikrocontroller geschädigt wird, führt der Ausgang der SPS über einen Spannungsteiler auf den Eingang des Mikrocontrollers. Der Spanungsteiler ist an dieser Stelle unbedingt notwendig, weil die Ausgangsspannung der SPS 24 V beträgt,allerdings die Eingangsspannung des Mikrocontrollers nur maximal 5V betragen darf. | ||
Servomotor | Ein Servo besteht aus einer Motorsteuerung, einem Elektromotor, einem Getriebe und einem Potentiometer zur Positionsbestimmung. Alle Komponenten sind in einem robusten Gehäuse untergebracht. Winkelsbereich [0; 180] Grad. In diesem Projekt haben wir ein Servomotor HS-65 MG verwendet, dies wird mit einer Spannung von 4,8 V bis 6V betrieben. | Mehr Information finden Sie hier [4] | |
Temperatursensor 10k-NTC | Der verwendete Temperatursensor ist ein 10k-NTC (siehe rechte Buld). Er bietet eine Temperaturmessung von 0°C bis 70°C mit einer Toleranz von ±2K bei 0°C und ±5K bei 70°C. Zum Auslesen der Temperaturmesswerte wird ein Spannungsteiler verwendet, der bei Temperaturen über 0°C Spannungen bis zu 10V ausgibt, da die SPS nur analoge Werte von 0V bis 10V auslesen kann (Siehe Kapitel SPS). | Das Datenblatt finden Sie hier [5] | |
Ultraschallsensor | Damit der Roboter ein Hindernis erkennt, haben wir einen Ultraschallsensor verwendet. Er misst die Entfernung von Sensor zum Hindernis. Die Daten werden an die Mikrocontroller gegeben und dieser gibt entsprechende Signale an den Motortreiber. | ||
Solidworks Teil | Robotergehäuse |
Programmierung
Komponententest