Smart Home: Temperaturmessung/-reglung & Raumfeuchtigkeitsmessung: Unterschied zwischen den Versionen

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* Versorgungsspannung: 7V-12V
* Versorgungsspannung: 7V-12V
* Betriebsspannung: 5V
* Betriebsspannung: 5V
* Pin-Belegung: 14 digitale Ein-/Ausgänge
* Pin-Belegung: 14 digitale Ein-/Ausgänge und 6 analoge Eingänge
                6 analoge Eingänge


== Umsetzung (HW/SW) ==
== Umsetzung (HW/SW) ==

Version vom 5. Januar 2023, 19:21 Uhr

Autoren: Johann Kismann & Dominik Koenig

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Einleitung

Dieser Artikel beschreibt die Realisierung eines Smart Home's (siehe Abb. 1), welches mit einem Temperatursensor und einem Luftfeuchtigkeitssensor ausgestattet werden soll. Als Grundgerüst soll hierbei ein simuliertes "Haus" dienen, welches aus Plexiglas hergestellt werden soll. Dabei soll die Soll-Temperatur im Vorfeld definiert und mit der aktuell vorliegenden Temperatur anhand des Sensors abgeglichen werden. Damit die Soll-Größe erreicht wird, sollen zwei Peltier-Elemente verwendet werden, wovon das eine zum Erwärmen und das andere zum Abkühlen genutzt werden soll. Des Weiteren dient der Luftfeuchtigkeitssensor zur Messung der sich im Haus befindenden Luftfeuchtigkeit.

Sowohl die Soll-, als auch die gemessene Temperatur und die Raumfeuchtigkeit sollen anschließend auf einem LCD-1602-Display zur Visualisierung ausgegeben werden.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen des LED-Cube's
ID Inhalt Ersteller Datum Geprüft von Datum
1 Auswahl geeigneter Sensorik und Aktoren Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
2 Erstellen des Plexiglas-Hauses Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
3 Schnittstelle zwischen Sensorik, Peltier-Element, Display und Programmier-Software erstellen Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
4 Funktions-Prüfung der Hardware Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
5 Erstellen eines geeigneten Quellcodes zum Auslesen der Sensoren und zur Ansteuerung der Aktoren Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
6 Regelkreis zur Regelung der Raumtemperatur realisieren:
  1. Geeigneten Regler definieren
  2. Messeinrichtung auswählen/einbinden (Temperatursensor)
  3. Passende Regelstrecke realisieren (Peltier-Element)
Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
7 Erstellen einer geeigneten Schaltung
  1. Realisieren einer H-Brücke zur Umpolung des Peltier-Elementes
  2. LED-Anzeige zum Status, ob gekühlt oder geheizt wird
Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
8 Luftzirkulation im Rauminneren erzeugen Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
9 Passende Kühlung des Peltier-Elementes generieren Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023
10 Aufbau der Grundkonstruktion
  1. Ausreichende Befestigung der Elektronik
  2. Einbau einer Klappe/Tür für den Raum
  3. Befestigung des Plexiglas-Hauses
  4. Optimierung der Luftzirkulation
Johann Kismann & Dominik Koenig 21.12.2022 Dominik Koenig 05.01.2023

Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf

Anhand des Funktionalen Systementwurfes (siehe Abb. 1) lässt sich erkennen, dass durch das Vorgeben einer Soll-Temperatur die Ist-Temperatur geregelt werden soll. Sollte die aktuell vorliegende Temperatur zu weit von der Soll-Größe abweichen, dann soll das Peltier-Element zum Kühlen bzw. Heizen genutzt werden. Ein Wechsel zwischen Kühlen und Heizen soll dabei so erreicht werden, indem eine Umpolung durchgeführt wird. Neben der Temperaturmessung und -regelung soll zusätzlich die Luftfeuchtigkeit gemessen werden. Die Soll-Temperatur und die gemessenen Werte sollen dabei zudem auf einem LCD-Display ausgegeben werden.

Abb. 1: Schematischer System-Ablaufplan

Komponentenspezifikation

Mechanische Komponenten

Aluminium-Kühlkörper

Lüfter

Windkanal

  • 3D-Druck mit Polylactid

Lochplatten Platinen

Elektrische Komponenten

LCD-Display

Peltier-Modul TIC-12706 12V

CPU-Kühler

Temperatur-/Luftfeuchtigkeitssensor GY-21 HTU21

H-Brücke

  • 2x NPN-Transistor
  • 2x PNP-Transistor
  • 4x Drahtwiderstand

Arduino Uno

  • ATMega328P Prozessor
  • Versorgungsspannung: 7V-12V
  • Betriebsspannung: 5V
  • Pin-Belegung: 14 digitale Ein-/Ausgänge und 6 analoge Eingänge

Umsetzung (HW/SW)

Komponententest

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Abb. 2: Projektplan Gantt-Diagramm
Abb. 3: Projektplan Dashboard

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

Literatur


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