Entwicklung einer bewegungsaktivierten Wortuhr

Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper
Betreuer: Prof. Schneider

Einleitung

Bei dem vorliegenden Artikel handelt es sich um ein Projekt aus dem Praktikum angewandte Elektrotechnik des Studiengangs Business and Systems Engineering (BSE). Ziel dieses Projekts ist es eine Wortuhr nach dem Vorbild des Designklassikers QLOCKTWO zu bauen. Aus Gründen der Energieeffizienz soll die Uhrzeit nur während der Anwesenheit von Personen angezeigt werden. Die Hintergrundbeleuchtung soll mit LEDs realisiert werden. Ob ein LED-Matrix-Panel oder LED-Stripes genutzt werden, muss im Laufe des Projekts geklärt werden. Als Anwesenheitssensor ist derzeit ein Ultraschallsensor geplant.

Anforderungen

Tabelle 1: Testbare, atomare Anforderungen

ID	Inhalt	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1.0	Die Uhr soll die Uhrzeit in 5-Minuten-Schritten in Worten anzeigen.	Jonas Loddenkemper	04.10.2022	Nico Kasprik	04.10.2022
1.1	Die Steuerung muss in Echtzeit erfolgen.	Jonas Loddenkemper	04.10.2022	Nico Kasprik	04.10.2022
2.0	Die Uhr wird mit einer externen Stromquelle betrieben.	Jonas Loddenkemper	04.10.2022	Nico Kasprik	04.10.2022
3.0	Die Anwesenheit wird über einen geeigneten Sensor geprüft. (Bspw. Ultraschall)	Jonas Loddenkemper	04.10.2022	Nico Kasprik	04.10.2022
4.0	Die Technik (abgesehen vom USB-Netzstecker) soll im Gehäuse unterkommen.	Jonas Loddenkemper	04.10.2022	Nico Kasprik	04.10.2022
5.0	Die Steuerung muss auf einem Arduino Mikrocontroller ausgeführt werden.	Jonas Loddenkemper	04.10.2022	Nico Kasprik	04.10.2022
6.0	Die Frontblende soll aus einem Bauteil bestehen, in welchem die Wörter ausgespart sind. (Bspw. 3D-gedruckt)	Jonas Loddenkemper	04.10.2022	Nico Kasprik	04.10.2022
O.1.0	Optionale Erweiterung: Eine zusätzliche Anzeige einzelner Minuten im 5-Minuten-Fenster.	Jonas Loddenkemper	04.10.2022	Nico Kasprik	04.10.2022

Funktionaler Systementwurf

Der funktionale Systementwurf bildet die wesentliche Funktion des zu erstellenden Systems ab. Dabei lässt sich dieser nach dem EVA-Prinzip in die drei Stufen „Eingabe“, „Verarbeitung“ und „Ausgabe“ aufteilen.  Sensoren lassen sich der ersten Stufe zuweisen, da diese Informationen liefern, auf die der Mikrocontroller reagiert und diese weiterverarbeitet. Die aktuelle Uhrzeit soll dabei ständig abgefragt werden. Wenn sich eine Person vor der Wortuhr befindet, wird diese angeschaltet. Verlässt die Person einen Bereich zwischen der Uhr von 0 cm bis 300 cm, schaltet sich die Uhr eigenständig ab. Die weiterverarbeiteten Informationen werden für das System, so angepasst, dass über ein Ausgabegerät die Daten in gewünschter Form ausgegeben werden.

Technischer Systementwurf

Der technische Entwurf orientiert sich auch nach dem EVA-Prinzip. Dabei wird der Schwerpunkt aber nur auf die technische Zusammenstellung des Systems gelegt.    Für die Umsetzung des Projektes wird ein Real-Time-Clock-Modul verwendet.  Dadurch erhält das System Informationen über die korrekte Uhrzeit. Ein Ultraschallsensor soll die Informationen liefern, ob sich eine Person vor der Wortuhr befindet. Der Erfassungsbereich des Ultraschallsensors liegt bei 2 cm bis ca. 400 cm. Wenn sich eine Person in einem Bereich bis 300 cm an die Wortuhr nähert, soll diese angeschaltet werden. Verlässt die Person diesen Distanzbereich, schaltet sich die Uhr nach wenigen Sekunden wieder aus. Der Mikrocontroller verarbeitet die Informationen, sodass sie im Folgenden über einen RGB-Strip ausgegeben werden. 

Komponentenspezifikation

In Abbildung ... ist eine erste Steckbrettansicht zu sehen. Das Real-Time-Clock Modul kommuniziert über I2C mit dem Mikrocontroller. Der Ultraschallsensor über eine digitale Kommunikation mithilfe eines TTL-Pegels. Der LED-Strip wird über ein speziell für ihn ausgelegtes Protokoll angesteuert.

Steckplatine Layout

Literatur

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