Projekt 37: Keyless Entry

Autoren: Philipp Kühnast, Moritz Hemmerich
Betreuer: Prof. Schneider

Keyless Entry

Aufgabe

Rüsten Sie ein Schließfach eines Spindes so um, dass dieses elektronisch geöffnet und verschlossen werden kann.

Erwartungen an Ihre Projektlösung

• Einsatz einer von Matlab unterstützten HW (z. B. Raspberry Pi, Galileo, oder Arduino)
• Elektronisches Öffnen und Schließen eines Spindes
• Möglichkeit der Anwendung auf n (z.B. n=12) Schließfächer
• Robuste Funktion
• Anbindung einer Webcam zum Einlesen eines Barcodes.
• Kür: Programmierung der Hardware via Matlab 2014a Raspberry Pi Target Hardware Toolbox
• Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Schwierigkeitsgrad

Anspruchsvoll (***)

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Aufgabenstellung

Dieses Projekt war die Aufgabenstellung für das GET Fachpraktikum im 5. Semester Mechatronik an der Hochschule Hamm-Lippstadt. Die Aufgabe bestand darin, einen elektronischen Schließmechanismus für ein Spind zu entwerfen, sodass dieser durch einlesen eines Barcodes automatisch geöffnet werden kann. Die Software zum erkennen des Barcodes durch eine Kamera war bereit vorhanden. Bei dieser Aufgabe haben wir unser besonderes Augenmerk auf die Möglichkeit gelegt, die Schaltung so auszulegen, sodass beliebig viele weitere Spinds möglichst einfach an das bestehende System angeschlossen werden können. Hierzu haben wir wie in den weiteren Abschnitten noch beschrieben wird, die Schaltung in ein Stuermodul, welches nur einmalig benötigt wird und in Lastmodule aufgeteilt, um die Ansteuerung einfach und übersichtlich zu gestalten.

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Verwendete Bauteile

Die folgende Tabelle zeigt die einzelnen Bauteile.

Bauteil	Bezeichnung	Anzahl
FET-P	IRF9640	pro angeschlossen Schrank 2 Stück
FET-N	IRF640	pro angeschlossen Schrank 2 Stück
Motor		pro angeschlossen Schrank 1 Stück
Nand-Gatter	MOS 4011
AND_Gatter	MOS 4073
Microcontroller	Arduino uno	1

Weitere Bauteile die optional sind:

Bauteil	Funktion
LED	Sollte ein Schrank Simulieren
Taster	Sollte die Eingabe Simulieren (z.B Barcode)

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Logik-Gatter

Da es zukünftig möglich sein soll beliebig viele Spinds elektronisch zu öffnen und zu verschließen, mussten wir bei der Ausarbeitung unsere Schaltung die nötige Vorarbeit hierfür liefern. Um zu realisieren das beispielsweise eine ganze Spindeinheit mit 18 einzelnen Spinds angesteuert werden kann, mussten wir die uns durch den Microcontroler [Arduino Uno] vorgegebenen Ausgänge mit hilfe von Logik-Gattern erhöhen. In der unten stehenden Wahrheitstabelle sind die drei PWM ausgänge des Arduino Uno P1, P2 und P3, sowie die durch Logik-Verbindungen entstandenen Ausgänge S1-S8.

Wie zu erkennen ist, kann durch die Anzahl der verfügbaren Ausgänge des verwendeten Microcontroller, P-1...P-n, die Anzahl der Ausgänge S, auf $2^n$ erweitert werden.

Die aus der Wahrheitstabelle enstandenen kombinationen zum öffnen der einzelnen Spinds ist nachfolgend zu sehen:

Abb. 1: Logik-Gatter-Schaltung

Die benötigten negierungen sowie AND-Verknüpfungen haben wir durch zusammengeschlossene NAND-Gatter beziehungsweise einfach AND-Gatter realisiert.

Abb. 2: Nand zu NOT

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Module

Abb.4: Module

Stückliste

P1	P2	P3		S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7	S8
0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	1
0	0	1		0	0	1	0	0	0	0	0
0	1	0		0	1	0	0	0	0	0	0
0	1	1		0	0	0	0	1	0	0	0
1	0	0		1	0	0	0	0	0	0	0
1	0	1		0	0	0	1	0	0	0	0
1	1	1		0	0	0	0	0	1	0	0
1	1	0		0	0	0	0	0	0	1	0

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H-Brücke

Abb.3: H-Brücke

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