Projekt 37: Keyless Entry
Autoren: Philipp Kühnast, Moritz Hemmerich
Betreuer: Prof. Schneider
Aufgabe
Rüsten Sie ein Schließfach eines Spindes so um, dass dieses elektronisch geöffnet und verschlossen werden kann.
Erwartungen an Ihre Projektlösung
- Einsatz einer von Matlab unterstützten HW (z. B. Raspberry Pi, Galileo, oder Arduino)
- Elektronisches Öffnen und Schließen eines Spindes
- Möglichkeit der Anwendung auf n (z.B. n=12) Schließfächer
- Robuste Funktion
- Anbindung einer Webcam zum Einlesen eines Barcodes.
- Kür: Programmierung der Hardware via Matlab 2014a Raspberry Pi Target Hardware Toolbox
- Live Vorführung während der Abschlusspräsentation
Schwierigkeitsgrad
Anspruchsvoll (***)
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Dokumentation
Aufgabenstellung
Dieses Projekt war die Aufgabenstellung für das GET Fachpraktikum im 5. Semester Mechatronik an der Hochschule Hamm-Lippstadt. Die Aufgabe bestand darin, einen elektronischen Schließmechanismus für ein Spind zu entwerfen, sodass dieser durch einlesen eines Barcodes automatisch geöffnet werden kann. Die Software zum erkennen des Barcodes durch eine Kamera war bereit vorhanden. Bei dieser Aufgabe haben wir unser besonderes Augenmerk auf die Möglichkeit gelegt, die Schaltung so auszulegen, sodass beliebig viele weitere Spinds möglichst einfach an das bestehende System angeschlossen werden können. Hierzu haben wir wie in den weiteren Abschnitten noch beschrieben wird, die Schaltung in ein Stuermodul, welches nur einmalig benötigt wird und in Lastmodule aufgeteilt, um die Ansteuerung einfach und übersichtlich zu gestalten.
Verwendete Bauteile
Die folgende Tabelle zeigt die einzelnen Bauteile.
| Bauteil | Bezeichnung | Anzahl |
|---|---|---|
| FET-P | IRF9640 | pro angeschlossen Schrank 2 Stück |
| FET-N | IRF640 | pro angeschlossen Schrank 2 Stück |
| Motor | 9V Motor | pro angeschlossen Schrank 1 Stück |
| Nand-Gatter | MOS 4011 | |
| AND_Gatter | MOS 4073 | |
| Microcontroller | Arduino uno | 1 |
Weitere Bauteile die optional sind:
| Bauteil | Funktion |
|---|---|
| LED | Sollte ein Schrank Simulieren |
| Taster | Sollte die Eingabe Simulieren (z.B Barcode) |
Logik-Gatter
Da es zukünftig möglich sein soll beliebig viele Spinds elektronisch zu öffnen und zu verschließen, mussten wir bei der Ausarbeitung unsere Schaltung die nötige Vorarbeit hierfür liefern. Um zu realisieren das beispielsweise eine ganze Spindeinheit mit 18 einzelnen Spinds angesteuert werden kann, mussten wir die uns durch den Microcontroler [Arduino Uno] vorgegebenen Ausgänge mit hilfe von Logik-Gattern erhöhen. In der unten stehenden Wahrheitstabelle sind die drei PWM ausgänge des Arduino Uno P1, P2 und P3, sowie die durch Logik-Verbindungen entstandenen Ausgänge S1-S8.
Wie zu erkennen ist, kann durch die Anzahl der verfügbaren Ausgänge des verwendeten Microcontroller, P-1...P-n, die Anzahl der Ausgänge S, auf erweitert werden.
Die aus der Wahrheitstabelle zum öffnen der einzelnen Spinds ist nachfolgend zu sehen:
| P1 | P2 | P3 | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | S6 | S7 | S8 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
Die schematische Umsetzung durch die NAND- und AND-Gatter ist in der nachfolgenden Abbildung 1 zu sehen.
Die benötigten negierungen sowie AND-Verknüpfungen haben wir durch zusammengeschlossene NAND-Gatter beziehungsweise einfach AND-Gatter realisiert.
Module
Logik-Gatter
H-Brücke
