Projektarbeit Speedy Tempomessgerät - 2022
Autoren: Justin Frommberger, Jonas Gerken
Art: Projektarbeit
Dauer: 01.08.2022 bis 28.02.2023
Betreuer: Prof. Schneider
Thema
Um die Sicherheit von Kindern auf ihrem Schulweg steht es nicht zum Besten. Dies haben Geschwindigkeitsmessungen des ADAC vor 25 Schulen in zehn Bundesländern ergeben. Dabei wurde die zulässige Höchstgeschwindigkeit von Tempo 30 von mehr als 60 Prozent der Autofahrer überschritten. Insgesamt wurden 43 828 Fahrzeuge gemessen, 26 329 davon waren zu schnell unterwegs. Der Rekordwert von 96 km/h wurde vor einer Grundschule in Hamburg festgestellt.
Aufgabenstellung
Messen Sie die Geschwindigkeit vorbeifahrender Fahrzeuge und visualisieren Sie den Messwert als Zahl und als Smiley.
- Recherchieren Sie bestehende Projektlösungen.
- Stellen Sie einen Projektplan auf.
- Entwerfen Sie Ihr System.
- Erstellen Sie anhand des Systementwurfs eine Kostenabschätzung und einen QV-Antrag bis 04.05.22.
- Erstellen Sie eine Stückliste und lösen Sie die Beschaffung der Bauteile aus.
- Nehmen Sie den RADAR-Sensor in Betrieb und messen Sie die Geschwindigkeit. Charakterisieren Sie den Sensor (Messbereich, Auflösung, Unsicherheit, Empfindlichkeit, etc.).
- Implementieren Sie eine robuste Filterung (Objektbildung, -Verfolgung z. B. Kalman-Filter).
- Bauen Sie das System auf.
- Führen Sie Modul- und Systemtests durch z. B. vor der Hochschule.
- Dokumentieren Sie Ihre Ergebnisse nach wiss. Stand.
- Machen Sie ein tolles Videos, welches die Funktion visualisiert.
- Live-Vorführung während der Abschlusspräsentation
Anforderungen (Lastenheft)
| # | Anforderung |
|---|---|
| Req 01 | Das System muss die Geschwindigkeit bis 100 km/h messen und anzeigen. |
| Req 02 | Nutzen Sie den RADAR-Sensor iSYS-4001 der Firma InnoSenT. |
| Req 03 | Die Reichweite muss min. 50 m betragen. |
| Req 04 | Das System muss hochleistungs-LED-Anzeige in gelb und rot verwenden und im hellen Tageslicht gut lesbar sein. |
| Req 05 | Das System muss rot bei überhöhter Geschwindigkeit diese rot blinkend anzeigen. |
| Req 06 | Das System soll die Geschwindigkeit mit einer Zahlenhöhe von 30 cm 2-stellig anzeigen. |
| Req 07 | Das System muss eine Smiley-Funktion ☹ ☺ anzeigen (vgl. Abb. 1). Der Smiley muss ab einem einstellbaren Geschwindigkeitsschwellwert umgeschaltet werden. |
| Req 08 | Die Anzeige soll im Hochformat dem Format (84x63x18) cm entsprechen. |
| Req 09 | Das System soll wetterfest sein. |
| Req 10 | Kür: Das System erstellt bei Geschwindigkeitsüberschreitung ein "Blitzerfoto" (vgl. Abb. 2), welches ein Beweisbild inkl. Maximalgeschwindigkeit, Datum und Uhrzeit speichert. |
Anforderungen (Pflichtenheft)
| # | Anforderung |
|---|---|
| nFA1 | Die LEDs sollen über einen Microcontroller gesteuert werden. |
| nFA2 | Die Geschwindigkeit soll mit C++ programmiert werden. |
| nFA3 | Es muss ein Radarsensor verwendet werden. |
| nFA4 | Die Geschwindigkeit soll nach 1 Sekunde angezeigt werden. |
| nFA5 | Die Geschwindigkeit muss in km/h angezeigt werden. |
Anforderungen an die Projektarbeit
- Wissenschaftliche Vorgehensweise (Projektplan, etc.), nützlicher Artikel: Gantt Diagramm erstellen
- Zweiwöchentlicher Fortschrittsberichte (informativ)
- Projektvorstellung im Wiki
- Studentische Arbeiten bei Prof. Schneider
- Anforderungen an eine wissenschaftlich Arbeit
Projektplan
- Optimierung der Hardware Software Kommunikation
BOM
Eine Stückliste (Bill of Material, BOM), welche die einzelnen Komponenten auflisten, die für die Realisierung des Projekts notwendig werden, wurde erstellt.
| Pos. | Anz. | Bezeichnung | Artikelnummer |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | Arduino UNO | Gegeben |
| 2 | 1 | 5 Meter RGB LED-Steifen WS2812B(60LEDs/Meter) | LT5050RGBIC593605005IP20 bei ledtech-shop.de |
| 3 | 1 | Radarsensor IsYs 4001 | 2191-80.00000191-ND bei digykey.com |
| 4 | 1 | M12 8 poliger Stecker | 123-1064 bei RS-online.de |
| 5 | 1 | RS232 Sub-D Stecker(zum Löten) | Gegeben |
| 6 | 1 | Netzteil 5V 4A | MW GST25E05 bei reichelt.de |
| 7 | 2 | 2m Datenkabel | Gegeben |
| 8 | 1 | Wiederstand 220 Ohm | Gegeben |
| 9 | 1 | Plexiglasscheibe 500mm x 500mm x 2mm | AXT-020-TRAEVO050050 bei expresszuschnitt.de |
| 10 | 2 | MDF-Platten 1500mm x 1500mm x 11mm | Gegeben |
| 11 | 1 | InnoSenT Kabel für Sensor ISyS 4001 | über Anfrage an InnoSenT erhalten |
Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf
Komponentenspezifikation
| Komponente | Beschreibung | Abbildung |
|---|---|---|
| Radarsensor iSyS 4001 | Messbereich: 0 bis 250km/h Messentfernung: 0 bis 150 m Signal: Digital, PWM(Velocity), PWM(range) |
 |
| Arduino UNO | Microcontroller 14 digitale I/O Pins 6 analoge Eingänge |
 |
| LED-Streifen | RGB LEDs(Rot, Grün, Blau) 256 Helligkeitsstufen maxV: 5V Arbeitsstrom: 2880mA pro Meter |
 |
| LED-Dimmer | Dimmung der LEDs Wände: Trennung der LED-Segmente |
 |
| LED-Wände | Lichtschutz |
 |
| LED-Ecken-Lichtschutz | 7-Segment Ecken abdecken |
 |
Umsetzung
Radarsensor Isys 4001
LED-Seven-Segment Aufbau und Verlötung
Gehäuse
Elektronik
Programmierung
Komponententest
| ID | Testfallbeschreibung | Erwartetes Ergebnis | Testergebnis | Testperson | Datum |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | LED-Stripe auf Funktion überprüfen. | Wenn LEDs blau leuchten funktionieren die einzelnen RGB LEDs. | OK | Justin Frommberger | 3.08.2022 |
| 2 | Sensor auf Funktion überprüfen | Sensor gibt Werte in GUI an | OK | Jonas Gerken | 10.10.2022 |
| ID | Testfallbeschreibung | Testergebnis | Begründung | Testperson | Datum |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 LED-Seven Segments | OK | Mit zwei Senkrechten und 3 Waagerechten LED Streifen je Seven-Segment wurde das erreicht. | Justin Frommberger, Jonas Gerken | 14.09.2022 |
| 2 | Stromversorgung der LEDs über Netzteil(5V/20A) | OK | Stromversorgung ist über ein Kabel an dem Netzteil möglich. | Justin Frommberger, Jonas Gerken | 10.10.2022 |
| 3 | Stromversorgung des Radarsensors über Netzteil(5V/4A) | OK | An Arduino Power Supply angeschlossen und über angelötete Kabel am Sensor angeschlossen. | Justin Frommberger, Jonas Gerken | 10.10.2022 |
Ergebnis
Fast alle Anforderungen des Projektes konnten erfüllt werden. Wir unterschätzten, dass die LEDs eine menga an Strom benötigen (aktueller stand 10A), so mussten wir bei unserem Projekt LEDs einsparen und liesen das Smiley Gesicht weg. Um trotzdem die gewünschte Aufgabe zu erfüllen, überlegten wir uns, dass wir die richtige Geschwindigkeit Grün anzeigen lassen und die zu hohe Geschwindikeit in einer Roten Farbe. Zudem haben wir uns für ein kleiners Format des Schildes entschieden, um unser Projekt besser Transportieren zu können. Auch haben wir uns gegen einen Schriftzug vom km/h entschieden, um die Zahlen möglichst groß und sichtbar für die Fahrer zu gestalten. Leider haben wir festellen müssen, dass der vorhande Sensor defekt ist und keine konstaten Werte überträgt. Dies führt bei der Anzeige zu ungenauen Werten. Der Rest der oben aufgelisteten Anforderungen konnten erfüllt werden.
Zusammenfassung
Lessons Learned
Das Team hat die folgenden Kompetenzen erlernt:
- Projektplanung und Zeitmanagement
- CAD Konstruktion für 3D Druck
- 3D Druck
- Löten
- Ansteuerung von WS2812 LEDs
- Bau eines Kabels
Besondere Herausforderungen
Die erste Herausforderung bei unserem Projekt "Speedy-Tempomessgerät", stellte sich direket am Anfang mit der Materialbeschaffung. Das Problem war es, alle Materialien, die für das Projekt benötigt werden zu beschaffen. So stellten wir fest, dass bei dem vorhandenen Radarsensor der Hochschule das Kabel zur Strom- und Datenversorgung fehlte. Weil das Kabel kein Standard Kabel war, informierten wir uns bei der Firma des Sensors wie das Kabel aufgebaut ist und ließen uns das dazugehörige Datenblatt zuschicken. Um das Kabel selbst zu bauen, bestellten wir dafür einen RS232 Sub-D Stecker und einen M12 8 poliger Stecker. Das Herstellen des Kabels konnte nach langem ausprobieren und telefonischem Austausch mit der Herstellerfirma nicht abgeschlossen werden. Folgend fragten wir die Firma, ob sie uns ein Kabel zuschicken könnten. Freundlicherweise ließen sie uns ein Kabel kostenlos zukommen, um unser Problem zu lösen.
Die nächste Herausforderung war es, herauszufinden, wie groß die Netzteile seien müssen, um unser komplettes Projekt mit Strom zu versorgen. So recherchierten wir in den Datenblättern vom Sensor und der RGBs, wie groß die Netzteile sein müssen. Später stellte sich heraus beim Anschließen der RGB Kette, dass die LEDs viel mehr Strom in Reihenschaltung benötigten als wir berechnet hatten (über 20A). Folgend beschlossen wir unsere Schaltung umzulöten, wir setzten die Stromversorgung mittig und teilten diese in 4 Reihenschaltungen auf. Wir verringerten die benötigte Stromquelle auf ungefähr 10A. Zusätzlich verzichteten wir auf weitere RGBs für das Smiley, um Strom zu sparen und ein transportables Netzteil nutzen zu können.
Eine weitere Herausforderung im Projekt war die Ansteuerung der einzelnen RBGs, da diese teilweise zusammengeschaltet sind und beim Ansteuern einer RBG zwei Stück eingeschaltet werden. Nach mehrfachen neu Löten konnte der Fehler nicht gefunden werden. Daraufhin haben wir uns eine Schaltung überlegt, wo dies in der Fertigstellung des Projekts kein Problem darstellt.
Projektunterlagen
Link zu dem SVN Ordner des Projekt: SVN: RADAR Tempomessgerät.
Link zum Sensor Datenblatt: Datenblatt.
Fehlerbeschreibung
Weblinks
Erklärung zum GUI des Sensors: https://www.digikey.de/en/pdf/i/innosent/gui-interface
Modulhandbuch (Interaktionstechnik und Design)
Literatur
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