Projekt 87: Kaffeekannen Kamera
Autoren: Maximilian Harrer und Tobias Wemmer
Betreuer: Prof. Schneider
→ zurück zur Übersicht: WS 18/19: Angewandte Elektrotechnik (BSE)
Thema
Konfliktmanagement im Arbeitsleben durch fortschrittliche Technik. Frei nach dem Motto:
„Büro ist Krieg“ – Bernd Stromberg
Aufgabe
Entwickeln Sie eine Erweiterung für eine Kaffeekanne, welche zum einen den Füllstand überwacht und zum anderen ein Foto von der Person macht, welche die Kaffeekanne leert. Dieses Foto soll anschließend auf einem Bildschirm angezeigt werden, wenn die Person keinen neuen Kaffee kocht.
Erwartungen an Ihre Projektlösung
- Planung des Gesamtsystems
- Funktionsspezifikation:
- Überwachung des Füllstands der Kaffeekanne
- Kameraüberwachung der Kaffeekanne
- Bildschirmanzeige des Fotos (sofern kein Kaffee nachgekocht wird)
- Bild löschen, wenn Kaffee nachgekocht wird
- Beschaffung der Bauteile
- Hard- und Softwareseitige Realisierung des Aufbaus
- Machen Sie ein tolles Videos, welches die Funktion visualisiert.
- Test und wiss. Dokumentation
- Live Vorführung während der Abschlusspräsentation
Kür: Modellbasierte Programmierung der Hardware via Simulink
Einleitung
Projekt
Projektplan
1. Erstellung Lösungskonzepte
2. Erstellung BOM
3. Kontruktion Gehäuse/Kaffeemaschine
3.1 Beschaffung Kaffeekanne
3.2 Anpassung Gehäuse an Maße der Kaffeekanne
3.3 Konstruktion Wiegemechanismus
4. Aufsetzen Raspberry Pi
5. Bauteiltest
5.1 Erstellung Arduino Programm für Bauteil Tests
5.2 Bauteiltest
6. Erstellung Platinen
6.1 Entwurf Schaltung
6.2 Test am Steckbrett
6.3 Erstellung Gerber Daten
7. Erstellung Simulink Programm
7.1 Installation Arduino Toolbox
7.2 Einlesen Messwerte
7.3 Kalibrierung
7.4 Ausgabe an Raspberry Pi
7.5 Funktionstest Simulink
8. Programmierung Raspberry Pi
8.1 Einlesen Arduino Signale
8.2 Ansteuerung Kamera
8.3 Ansteuerung Bildschirm
9. Zusammenbau Gehäuse und Komponennten
10. Test des Geräts
11. Vorbereitung Präsentation
11.1 Ausdruck Projekt Schilder
11.2 Ausdruck Konstruktion
11.3 Ausdruck Schaltung
11.2 Ausdruck Simulink Programm
Kontinuierlich:
- Dokumentation in SVN und im Wiki
- Test und Verbesserung
Projektdurchführung
Aufsetzen des Raspberry Pi
SD-Karte Formatieren und Partitionieren
Verbindung zwischen Arduino und Raspberry Pi
3 Leitungen (1 Foto; 2 Anzeigen; 3 Löschen) Anpassund der Spannung von 5V (Arduino) auf 3,3V (Raspberry Pi) via Spannungsteiler
Erstellung der Platine zur Spannungsteilung
Für die Erstellung der Platine, welche Arudino mit dem Raperry PI verbinden soll, wurde die Software Multisim/Ultiboard genutzt. Zunächst wurde mittels Multiboard der Schaltplan konzipiert. Für die Funktion der Kaffeemaschine werden für die Weitergabe von Signalen für das Aufnehmen eines Fotos, das Anzeigen eines Fotos und dem Löschen des Fotos In- und Outputschnittstellen für Arduino und Rasperry PI benötigt. Um die Funktionsfähigkeit zu testen wurden zudem für jeden Vorgang eine LED integriert, welche bei einer Signalübertragung aufleuchten soll. Zudem musste ein Masseanschluss integriert werden. Anschließend wurde das Schaltbild in Ultiboard übertragen. Dort wurden die einzelnen Bauteile angeordnet und verbunden. Für das Fräsen der Platine wurden Gerber-Files im Format RS274X exportiert und an Herrn Ramesohl übergeben.
Schaltung des Wiegemechanismus
4 Potentiometer - jeweils eins pro seite 1 Taster
Konstruktion der Kaffeemaschine
Holzgehäuse inklusive Wiegemeachanismus
Simulink Programm zum Auslesen der Potentiometer
Zunächst Tests mit LEDs für den Status (Rot, Gelb, Blau) zur Simulation der Ausgabe des Arduinos
Raspberry Pi Programm zur Aufnahme/Anzeige des Fotos
Tests
Begleitende Test z.B. des Simulink Programms (s.o.) Abschließende Tests: Test der gesamten Konstruktion -Leere Kanne -Volle Kanne -Grenzwerte überprüfen -Kannenposition ändern
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Ausblick
- RFID Kartenleser (z.B. Arbeitsausweis) zur Erkennung der Person. Foto wird aus Datenbank verwendet, wodurch immer ein "gutes" Foto vorhanden ist. Ggf. problematisch hinsichtlich der DSGVO.
- Mehrere Kameras die den gesamten Raum überwachen. Zusätzlich Gesichtserkennung und automatische Auswahl des "besten" Bildes"
- Sabotage Schutz: Diverse Möglichkeiten z.B.
- Wiege-Mechanismus unter und auf der Kanne (zur Ermittlung des tatsächlichen Gewichts des Inhalts)
- Füllstand ebenfalls mittels Kamera überwachen (nur bei Transparenter Kaffeekanne möglich)
- Prüfung ob neuer Kaffee gekocht wird, direkt in der Kaffeemaschine prüfen
Projektdaten
Leiterplatten Layout
Schaltplan
Konstruktionsplan Wiegemechanismus
Konstruktionsplan Gehäuse Prototyp
Raspberry Pi Programm Code (Auslesen Arduino Signale, Ansteuerung Kamera und Bildschirm)
Arduino Programm Code (Auslesen Sensoren und Signale an Raspberry Pi)
Simulink Programm (Arduino Code)
YouTube Video
Weblinks
Raspberry Pi - Desktop Image für virtuelle Maschine - Download unter: https://www.raspberrypi.org/downloads/
Raspberry Pi - Raspbian Image - Download unter: https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
Literatur
→ zurück zur Übersicht: WS 18/19: Angewandte Elektrotechnik (BSE)