Projekt 85: Parkplatzschranke

Autor: Mareen Rehberg und Carolin Mohs
Betreuer: Daniel Klein

→ zurück zur Übersicht: WS 18/19: Fachpraktikum Elektrotechnik (MTR)

Aufgabe

Erstellen eines Parkplatzes mit Schranke und Ampelanlage, angepasst an das Auto der Carlolo Cup AG.

Erwartungen an die Projektlösung

Konstruieren eines Parkplatzes anhand der Maße des Autos der Carlolo Cup AG.
Planung der Anlage
- Auswählen eines (oder mehrere) möglichen Sensors für das Erkennen des Autos.
- Auswählen eines geeigneten Motors für das Öffnen und Schließen der Schranke.
Beschaffung der Bauteile
Bauen einer Schranke und einer Ampelanlage mit grüner und roter LED
Programmieren der Schranke mit Ampelanlage.
Machen Sie ein tolles Videos, welches die Funktion visualisiert.
Test und wiss. Dokumentation
Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Einleitung

Dieser Artikel wird für das GET Fachpraktikum im Studiengang Mechatronik (5. Semester) erstellt. Anstatt eines der vorgeschlagenen Projekte zu wählen, habe wir eine eigene Idee für unser Projekt entwickelt. Dieses wollen wir in diesem Artikel vorstellen.

Projekt

In dem Projekt Parkplatzschranke wird ein Parkplatz auf das Auto der Carlolo Cup AG zugeschnitten und mit einer Schranke versehen. Diese Schranke wird mit einem Sensor ausgestattet. Dadurch erkennt sie automatisch, wenn sich das Auto vor der Schranke befindet. Ein kleiner Motor wird angesteuert und öffnet die Schranke. Sobald das Fahrzeug die Schranke passiert hat, wird die Schranke wieder geschlossen. Für den Sensor kommen folgende Möglichkeiten infrage:

Ultraschallsensor
Lichtschranke
Drucksensor (Druckplatte)
induktiver oder kapazitiver Sensor
Druckknopf (manuelles Betätigen)
Sender-Empfänger-Prinzip (Handsender beim Tor).

Diese Möglichkeiten werden anhand eines Morphologischen Kastens analisiert um die bestmögliche Lösung zu finden. Zusätzlich wird die Schranke mit einer Ampelanlage (1x grüne LED, 1x rote LED) ausgestattet. Die Ampel ist rot solange sich die Schranke in Endlage 1 (Schranke geschlossen) befindet. Sobald die Schranke die Endlage 2 (Schranke geöffnet) erreicht, leuchtet die grüne LED.

Folgender Abauf wurde für das Projekt aufgestellt:

Planung:
Die Projektplanung erfolgt mittels Gantt-Chart, Lasten- und Pflichtenheft
Beschaffung:
Für die Beschaffung wird eine BOM (Stückliste) erstellt, in der die Bauteile für den Einkauf eingetragen werden. Die Auswahl der Sensoren wird durch den morphologischen Kasten eingeschränkt.
Durchführung:
In der Durchführung wird das Projekt erstellt. Dazu zählen sowohl das Erstellen der Hardware mit Hilfe von Zeichnungen als auch das Schreiben Software mit Hilfe eines vorher angefertigten Ablaufplans (PAP).
Test:
In einem Abschließenden Test werden Hardware und Software zusammen getestet.
Präsentation und Dokumentation:
Das Projekt wird abschließend auf der Projektmesse am 18.01.2019 vorgestellt.

Projektplanung

Als erstes wurde ein Gantt-Chart entworfen um das Projekt neben dem Studium planen zu können. Danach wurden Lasten- und Pflichtenheft entworfen. Vor dem Auswählen der Bauteile wurde mit Hilfe des Morphologischen Kastens ein Sensor ausgewählt. Dazu wurde recherchiert und Preise so wie nötige Daten ermittelt. Nach einer groben Vorstellung und ordern der Teile konnte mit der Durchführung begonnen werden.

Projektdurchführung

Programm

Um eine spätere Änderung in der Hardware zu umgehen haben wir uns zuerst mit der Software beschäftigt. Dazu wurde ein PAP (Programm Ablauf Plan) erstellt. Anhand des PAP konnten wir uns durch die Programmierung hangeln. Um den Aufruf sich wiederholender Programmteile zu vereinfachen wurden diese als Funktion hinterlegt. Durch Schwierigkeiten mit dem Motor musste dieser ausgetauscht werden. Nach dem fehlerfreien Durchlauf der Software konnte das Breadbord mit den elektrischen Bauteilen besteckt werden.

Schaltung

Auf dem Breadboard wurde mit Hilfe der vorhandenen Datenblätter die Schaltung konzipiert. Die Schaltung wurde in NI Multisim erstellt. Nach dem Testen der Schaltung zusammen mit dem Programm wurde festgestellt, dass die Lichtschranke nicht für diese Anwendung zu gebrauchen ist und durch einen Ultraschallsensor ersetzt. Dadurch musste der Plan der Schaltung und das Programm angepasst werden. Nach den Anpassungen wurde erneut das Programm mit der Schaltung getestet. Als alles funktioniert kann die Schranke zusammengebaut werden.

Schranke

Als erstes wurde eine Skizze erstellt um einen Überblick über den Parkplatz und die einzelnen Komponenten zu erstellen. Dazu wurden die vorgegebenen Maße aus dem Regelheft des Carolo CUP Wettbewerbs für das Auto und vorgegebene Strecken verwendet. Danach kam die Erstellung der Schranke mit der Bearbeitung der Holzteile. Dazu zählten Sägen, Schmirgeln, Bohren und zusammenbauen. Nach dem Zusammenbau wurde der Parkplatz vermessen und nach Zeichnung geklebt. Zum Schluss wird der gesamte Aufbau getestet.

Test

Nach Erstellung der einzelnen Komponenten wurde alles aufgebaut und das gesamte Konzept komplett getestet.

Zusammenfassung

Lessons Learned

Durch verschiedene Schwierigkeiten während des Zusammenbringens von Programm und Schaltung wurden wir strukturierter in der Fehlersuche. Der Motor, den wir am Anfang benutzt haben konnte sich aufgrund eines internen Bauteilfehlers nicht drehen und die Streuung unserer UV LED war zu groß bzw. die Empfindlichkeit des Emfängers zu niedrig um diese Lichtschranke bei dem Projekt zu verwenden. Gelöst wurden diese Probleme mit Hilfe eines neuen Motors und des Ultraschallsensors, der auch in die näheren Auswahl der Sensoren gekommen ist.

Zuvor wurde das Projekt mit Styropor geplant. Schnell wurde aber klar, dass das Styropor nicht stabil genug ist um diese Schranke zu bewegen.

Bei dem konzipieren wurde einem erst klar, wie viele Sicherheitsanforderugen es an eine Ampel gibt und wie man diese umsetzt. Dadurch haben wir einige Notfallsituationen berücksichtigt und diese als Notfallfunktion in das Programm eingebracht.

Ausblick

Zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten

Projektunterlagen

Gantt-Chart

Morphologischer Kasten

BOM

Zeichnung des Aufbaus

Quelltext

YouTube Video

Weblinks

Literatur