Elektronisches Schließfach

Autoren: Kilian Engelhardt & Jörn-Hendrik Beleke
Betreuer: Prof. Schneider

Einleitung

Das Projekt "Elektronisches Schließfach" entsteht im Rahmen des Praktikums "Fachpraktikum Elektrotechnik" im Studiengang "Mechatronik (MTR)".

Ziel des genannten Projekts ist die Entwicklung eines Schließfachs zum Verstauen privater Gegenstände, welches komfortabel durch die Eingabe biometrischer Daten durch eine Fingerabdruckerkennung auf einem Bedienfeld durch den Besitzer entsperrt werden kann. Zusätzlich verfügt das Schließfach über Zahlentasten auf dem Bedienfeld, wodurch die Öffnung des Schließfachs durch weitere Personen mit der Eingabe eines PIN-Codes ermöglicht wird. Zur Entsperrung des Verschlussriegels soll ein Servomotor eingesetzt werden. Für die Schaltung des Bedienpanels wird eine Platine entwickelt und angefertigt oder auf einem Breadboard realisiert. Über ein LCD-Display werden Anweisungen und der Eingabestatus für den Bediener dargestellt. Eine erfolgreiche sowie mehrfach fehlerhafte Eingabe soll akustisch durch einen Ton bzw. Alarm eines Summers und visuell durch das Leuchten von LEDS bestätigt werden. Zusätzlich wird eine Funktion zur Änderung des Zahlencodes oder Fingerabdrucks implementiert.

Anforderungen

Die Anforderungen an das Projekt werden in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgezeigt. Dabei sind diese in die Bereiche Hardware, Mechanik und Software unterteilt.

Nr.	Beschreibung	Bereich	Datum	Status
1	Das elektronische Schließfach muss ein Bedienpanel mit Fingerabdruckerkennung und Tastern zur PIN-Code-Eingabe besitzen.	Hardware	04.10.2023	Offen´
2	Das Bedienpanel muss über ein LCD-Display und LEDs zur Visualisierung des Eingabestatus verfügen.	Hardware	04.10.2023	Offen
3	Für das Schließfach muss eine Spannungsquelle bereitgestellt werden.	Hardware	04.10.2023	Offen
4	Als Mikrocontroller muss ein Arduino eingesetzt werden.	Hardware	04.10.2023	Offen
5	Als Schließmechanismus muss ein Servo-Motor mit Sperrriegel eingesetzt werden.	Hardware	04.10.2023	Offen
6	Für das Schließfach muss ein Gehäuse angefertigt werden.	Mechanik	04.10.2023	Offen
7	Der Algorithmus muss die Signale der Fingerabdruck- und PIN-Code-Eingabe erfassen und verarbeiten.	Software	04.10.2023	Offen
8	Der Schließmechanismus muss durch den Algorithmus betätigt werden.	Software	04.10.2023	Offen
9	Der Algorithmus muss über eine Funktion zur Änderung des PIN-Codes bzw. Fingerabdrucks verfügen.	Software	04.10.2023	Offen
10	Auf dem LCD Display muss der Eingabestatus durch den Algorithmus visualisiert werden.	Software	04.10.2023	Offen
11	Der Algorithmus muss eine Alarmfunktion für wiederholt falsche Eingaben besitzen.	Software	04.10.2023	Offen
12	Die Umsetzung des Algorithmus muss unter Matlab/Simulink erfolgen.	Software	04.10.2023	Offen

Tabelle 1: Auflistung der Anforderungen

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Zur näheren Erläuterung wird der Systementwurf in Komponenten unterteilt:

• Gehäuse: Das Gehäuse beinhaltet alle folgenden Komponenten und bietet die grundlegende Funktion eines Schließfachs in Kombination mit dem Schließmechanismus.

• Schließmechanismus: Als Schließmechanismus wird ein Servo-Motor eingesetzt, welcher das Schließfach über einen Verschlussriegel öffnet oder sperrt.

• Endschalter: Diese Komponente erfasst den geöffneten Zustand oder geschlossenen Zustand der Schließfachtür.

• Tastenfeld und Fingerabdrucksensor: Diese Komponenten erfassen die Eingabe des PIN-Codes und der biometrischen Daten.

• LCD-Display: Auf dem Display werden Anweisungen und der Eingabestatus für den Nutzer dargestellt.

• Summer: Diese Komponenten informiert den Nutzer akustisch über den Eingabestatus.

• Arduino: An den Arduino Mikrocontroller sind die genannten elektrischen Komponenten angebunden. Der Mikrocontroller führt den Algorithmus aus, welcher die Eingaben des Nutzers auf dem Bedienpanel erfasst, verarbeitet und entsprechende Aktionen durch die Komponenten steuert.

• Spannungsquelle: Als Spannungsquelle für den Arduino mit Platine wird eine 9V-Block-Batterie eingesetzt.

Die nachfolgenden Abbildungen 1.1 und 1.2 stellen eine Skizze des Systementwurfs sowie den Signalfluss des Systems dar.

Abbildung 1.1: Skizze des Systementwurfs

Abbildung 1.2: Signalfluss des Systems

Komponentenspezifikation

Tabelle 2: Komponentenliste

Nr.	Komponentenbezeichnung	Beschreibung	Bild
1	Arduino MEGA	mini ATmega2560 Prozessor Versorgungsspannung: 7V-12V Betriebsspannung: 5V 54 digitale Ein-/Ausgänge und 16 analoge Eingänge
2	Fingerabdrucksensor JM 101	mini Betriebsspannung: 5V
3	Mechanischer Endschalter	Betriebsspannung: 5V
4	MG90S Micro Servo	Betriebsspannung: 5V Blockierdrehmoment: 2 kg/cm Maximaler Drehwinkel: 180°
5	4x4 Tastenfeld	Betriebsspannung: 5V
6	16x02 I2C LCD Modul	Betriebsspannung: 5V 2 Zeichenreihen, 16 Zeichen pro Reihe I2C HD44780 Modul, verlötet
7	Passiver Lautsprecher	Betriebsspannung: 5V

Literatur

---

→ zurück zur Übersicht: WS 23/24: Angewandte Elektrotechnik (BSE)