Schreibtischlampe mit Wetteranzeige

Autoren: Hendrik Steffen, Sven Posner
Gruppe: 2.8
Betreuer: Prof. Schneider

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Einleitung

Das hier vorgestellte Projekt ist Teil des GET Fachpraktikums im 5. Semester des interdisziplinären Studiengangs Mechatronik. Ziel des Projektes ist es ein mechatronisches System zu bauen, und in betrieb zu nehmen. Abschließend wird das Projekt im Rahmen einer digitalen Messe vorgestellt. In dem Projekt werden alle drei wesentlichen Disziplinen benötigt. Die mechanische Konstruktion des Bauteils, die elektrische Funktionsfähigkeit, sowie die Programmierung eines Mikrocontrollers.
Wir haben als Projekt eine Schreibtischlampe gebaut, die ein in der Säule integriertes Display hat, auf dem Wetterinformationen, sowie die aktuelle Uhrzeit angezeigt werden.

Anforderungen

Die Schreibtischlampe soll im Wesentlichen die folgenden Funktionen erfüllen.

• Modernes Design
• Stromsparende LED Beleuchtung
• Anzeige von Wetterinformationen auf dem integrierten Display.
• Luftfeuchtigkeit und Temperatur
• Zusätzlich Anzeige von Datum und Uhrzeit
• Anzeige des aktuellen Co2 Gehalts
• Eingebaute Schalter um das Display und die Lampe unabhängig voneinander ein und auszuschalten.
• Zusätzlicher Schalter, um das ganze System auszuschalten

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Blockschaltbild der Schreibtischlampe

Das Blockschaltbild wurde mit der Software Microsoft Visio erstellt. Es dient dazu, sich einen groben Überblick über die verwendeten Komponenten und deren Verschaltung zu gewinnen. So dient der Arduino als zentrale Auswerteeinheit. Die Sensoren für Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Helligkeit und RTC-Modul werden direkt an den Arduino angeschlossen. Zusätzlich werden noch 2 Schalter zum Ein- und Ausschalten des Displays und der Lampe angeschlossen. Die Lampe wird über einen LED-Streifen realisiert, der über einen NPN-Transistor geschaltet wird. Das Highlight ist das in die Säule verbaute Display. Darüber wird die aktuelle Uhrzeit, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit und die Helligkeit angezeigt. Der angeschlossene Helligkeitssensor kann genutzt werden um die Helligkeit der LED automatisch anzupassen. Zusätzlich kann über den Touchscreen auch eine manuelle Helligkeit eingestellt werden.
Weitere Funktionen können noch einfach hinzugefügt werden.

CAD-Modell der Lampe

Das CAD Modell der Lampe wurde mit der Software Solid Works erstellt. Das Display ist in der Säule integriert und die Lampe steht auf einem Sockel, indem später die Elektronikkomponenten untergebracht sein werden. W

Komponentenspezifikation

• Real Time Clock

Das sogenannte RTC Modul ist ein Modul, dass per I2C Schnittstelle mit dem Arduino verbunden wird und die aktuelle Uhrzeit liefert.

Real Time Clock Modul

In dem RTC Modul ist eine Batterie integriert, sodass die Zeit weiterläuft, auch wenn das Modul nicht mit dem Arduino verbunden ist. Ein Uhrenquarz dient dabei als Taktquelle.

• DHT11 Feuchtigkeitssensor

Temperatur- und Feuchtesensor DHT11

• Helligkeitssensor (Fotowiderstand)

Temperatur- und Feuchtesensor DHT11

• C02 Warner

• Schalter

• LED Streifen

Temperatur- und Feuchtesensor DHT11

Der LED-Streifen ist eines der wichtigsten Elemente der Lampe. Er ist mit Hilfe einer Aluminium-Schiene am Lampenarm befestigt und ist die Lichtquelle. Er hat eine Lichtleistung von 700 lm und damit bei der verbauten Länge von 25 cm eine Lichtleistung von 175 lm. Bei einer Arbeitsfläche von 0,35 m² ergibt sich somit eine Beleuchtungsstärke von exakt 500 lx. Das entspricht den genau den Anforderungen der DIN EN 12464-1 für den Arbeitsbereich in einem Büro. Dabei hat der LED-streifen eine Lichtfarbe von 3000 K, was ungefähr der Wahrnehmung von warmweiß entspricht. Der Farbwiedergabeindex von 83 ist für die Anwendung im Büro völlig ausreichend. eine Wichtige Funktion des LED-Streifens ist die Dimmbarkeit, da er über die Touchschaltflächen des Displays gedimmt werden soll. Da der LED-Streifen eine Leistungsaufnahme von 9,6 W/m hat, bei 12 V Versorgungsspannung, hat, wird ein Transistor zum Schalten der Leistung benötigt.

• PN2222A NPN-Transistor

Umsetzung (HW/SW)

Umsetzung der Hardware

Wir haben uns dazu entschieden das Gehäuse der Lampe mithilfe eines 3D Druckers zu realisieren. Dazu haben wir die Lampe in 6 kleinere Teile zerlegt, die wir in einem Stecksystem ineinander fügen können. So war es uns möglich die Teile mit dem 3D Drucker erstellen zu lassen. Ein Druck im ganzen wäre technisch nicht umsetzbar gewesen, da der Drucker lediglich ein aktive Druckfläche von 200mmx200mmx60mm hat. Die einzelnen Komponenten sind in der dargestellten Explosionszeichnung gut zu erkennen. Vielen Dank an dieser Stele an Herrn Ebmeyer, der uns bei dem Druck der Teile unterstützt hat.

Zusammengebaute Ansicht der Schreibtischlampe

Explosionsansicht der Schreibtischlampe

Umsetzung der Software

Plan darstellen? Aufteilung Display -> Sven
Sensoren -> Hendrik

Projektunterlagen

Projektplan

Projektplan

Literatur

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