Projekt 60: Messplatine fuer Arduino

Vollständige Messplatine auf Arduino MEGA2560 Mikrocontroller

Einleitung

Projekt aus Angewandte Elektrotechnik Praktikumim Ingenieurswissenschaftliche Vertiefung II.

Projektmitglieder:
Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel
Betreuer: Prof. Dr. Ulrich Schneider
Autor: Sergej Krause
Autor: Steffen Schulze Middendorf

Motivation, Aufgabenstellung & Vorgaben

Schaltplan Skizze

Schaltplan Skizze

Ziel des Praktikums ist es anhand eines aus einer Liste gewählten Mini-Projektes Erfahrungen im Bereich Elektrotechnik zu vertiefen. Der fachliche Fokus unterscheidet sich von Projekt zu Projekt. Im ausgewählten Projekt 60: "Messplatine für Arduino" ging es darum anhand eines vorgegeben Schaltplans eine Messplatine zu entwerfen, erstellen und zu testen. Wir haben uns als eigenes Ziel gesetzt dieses als Shield für den Arduino auszuführen. Dies erlaubt die einfache Steckmontage auf dem Mikrocontroller. Die Datenblätter der zu nutzenden Bauteile finden sich in den Downloads. Nachdem die Fertigung der Platine abgeschlossen ist, soll ein Video erstellt werden, welches die Funktion und Möglichkeiten veranschaulicht.

Multisim Schaltung

Schaltplan in Multisim

Zunächst haben wir die Schaltung entsprechend der Vorgabe in MULTISIM2014 umgesetzt. Zur besseren Übersicht und zur sicheren Verbindung der richtigen Pins am Arduino haben wir ein Template des vorhanden Pinouts des Arduino Mega2560 eingesetzt. Das Template lässt sich entweder auf der Homepage von National Instruments downloaden oder aus den Downloads im Wiki beziehen. Zusätzlich haben wir mit möglichst vielen Verknüpfungen(in MULTISIM heißen diese: allgemeine Steckverbinder) gearbeitet um die Übersicht gegenüber einem komplett verdrahteten Schaltplan zu erhöhen. Der Stromlauf lässt sich so für die einzelnen Stromkreise leicht nachvollziehen. Genutze Steckverbinder werden dabei mit ausgefüllten Rautensymbolen dargestellt. Noch nicht genutze Verbinder sind nicht gefüllt. Grundsätzlich erfüllt die Schaltung mehrere Funktionen:

• Ansteuerung RS485 Schnittstelle

Standartmäßig verfügt der Arduino MEGA2560 über eine native RS232 Schnittstelle. Diese setzen wir über den oben gannten IC in eine RS485 Schnittstelle um. Damit lassen sich leicht entsprechende Sensoren scnhließen. Somit lässt sich beispielsweise Kontakt zu einer SPS aufnehmen.

• I²C Schnittselle

Sensoren lassen sich häufig über eine I²C Schnittstelle ansprechen. Die einfach Verkabelung über 2 Drähte macht diese Verbindungstechnik intressant.

• Hall-Sensor

Hall-Sensoren reagieren auf Änderung des umgebenden magnetischen Feldes. Verwendet wird dies z.B. im Projekt: 49 schwebende Kugel.

• Motorsteuerung

Mikrocontroller haben an Ihren Ausgangspins nur eine geringe Ausgangsleistung, für den Arduino emfiehlt sich eine Ausgangsleistung von 20mA pro Pin nicht zu überschreiten. Soll jetzt ein Aktuator mit größerer Leistung angesprochen werden(z.B. der verw. Motor mit etwa 80mA) muss auf eine externe Spannungsversorgung zurückgegriffen werden. Die Steuerung wird über ein MosFet realsiert. Die Funktion gleicht der eines Transistors. Eine große Last kann damit Ausgangsspannung des Arduino gesteuert werden.

• Drucksensor

Luftdrucksensoren haben vielfältige Einsatzmöglichkeiten. An der Messplatine könne bis zu 5 gleichzeitig angeschlossen und ausgelesen werden.

Bauteile & BOM

Nach Erarbeitung der Schaltung konnte die Bestellliste gefüllt werden. Die sogenannte "BOM" - Bill of Materials enthält alle benötigten Bauteile um das Projekt erfolgreich fertig zu stellen. Es war ein maximum von 20€/Projekt vorgegeben. Einige teurere Sensoren konnten aus dem Bestand der Hochschule zur Verfügung gestellt werden. Es bietet sich immer an kritische Materialen in mehrfacher Ausführung zu bestellen, damit bei evtl. Lötfehlern nicht erst auf neues Material gewartet werden muss.

Nummer	Bauteilgruppe	Bezeichnung	Anzahl
1	IC	MAX 485 CPA, RS485/422 Transceivcer, DIP-8	1
2	MOSFET	IRLIZ 44N	1
3	Drehpotentiometer	PC20BU-10K-LIN OMEG - Bestand HSHL	1
4	Gleichrichterdiode	BY 329/1000, DO220, 1000V, 8A	1
5	Hall-Sensor	TLE 4905 L 3.5 - 24 V PSSO 3-2 - Bestand HSHL	1
6	Wiederstände	120 Ohm, 1,0 K-Ohm, 10 K-Ohm, 2,4 Ohm, 1,0 Ohm	1, 1, 1, 1, 1
7	Kondensatoren	470pF, 4,7nF	5, 2
8	Lüfter	40x40x10mm, 12V, 0,08A	5,2
9	Drucksensor	Bestand HSHL	5
10	Platine	Fräsbohrplotter zsm. mit Herrn Rahmesohl, Material wurde gestellt.
11	Stromsensor	LEM LTS-6-NP - Bestand HSHL	1
12	Kabel, Jumper Wire	Male-Male, Female-Female	10, 10
13	Header & Pins	1", 1/2"	20, 20

Die Bom findet sich auch in Excel-Form im SVN-Ordner.

Ultiboard Aufbau

Schaltplan Skizze

Schaltplan Skizze

Platinenfertigung

LPKF ProtoMat S100

Programmierung & Funktionscheck

Funktionscheck

1. Erstellen des 3D-Modells
2. Vorgabe des Rohteils in der CAM-Software
3. Setzen des Nullpunkes im Modell
4. Vorgabe und parametresierung der Fertigungsschritte in der CAM-Software
5. Simulation der Fertigungsschritte
6. Umwandlung der Fertigungsschitte in G-Code (Postprozess)

Download

• Testbauteil CAM & G-Code
• Übungsaufgabe G-Code

Youtube Lehrvideo - How to "CAM"

• Lehrvideo

Weblinks

• HSMWorks
• SolidWorks Download
• Was ist G-Code

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