Projekt 91: Decimal Clock Tower

Quelle: https://fi.wikipedia.org/wiki/Rheinturm#/media/File:Rheinturm_uhrzeit.jpg

Autoren: Eugen Preger, Rudi Sugandi
Betreuer: Daniel Klein

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Thema

Der Rheinturm bildet eine Dezimaluhr mit Hilfe von LEDs ab. Darüber hinaus soll die Uhr um Funktionen einer Wetterstation erweitert werden. Dazu werden Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit gemessen. Ein LED-Streifen dient hierbei sowohl als Anzeige der Uhr, als auch der Wetterdaten

Aufgabe

Konstruktion einer Uhr mit Wetterstation in der Form des Rheinturms

Erwartungen an die Projektlösung

• Technische Recherche zur Lösungskonzeptionierung
• Planung der Wetterstation bestehend aus Außen- und Innenstation
  • Drahtlose Kommunikation der Außensensoren und Wetterstation
  • Außensensoren: Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck
  • Die Außenstation ist wetterfest
  • Innensensoren: Temperatur, Feuchtigkeit
• Bestellung der Bauteile (Miniaturisierung z.B. Arduino Nano)
• Konstruktion des Rheinturms mit der Konstruktionssoftware SolidWorks
• Platinenlayout mit Multisim/Ultiboard
• Platinenfertigung auf dem Fräsbohrplotter
• Softwareprogrammierung: Uhrzeit, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck, Messdatenaufzeichnung, Wetterprognose anhand der Sensordaten
• Fertigung und Montage der Bauteile
• Machen Sie ein tolles Videos, welches die Funktion visualisiert.
• Test und wiss. Dokumentation der Lösung
• Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Kür: Zugriff auf die Wetterdaten via Web-Seite

Einleitung

Das Internet der Dinge oder IoT ist das neue Trendwort, welches in den letzten Jahren das Internet erobert. Das IoT beschreibt eine Technologie der kommunikativen Vernetzung von physischen und virtuellen Gegenständen, die dadurch eine gemeinsame Arbeit erfüllen können. Der Decimal Clock Tower beschreibt den miniaturisierten Rheinturm, der sich dieser Technologie bedient. Er stellt nicht nur, wie sein großes Original, die Uhrzeit mit Hilfe einer Dezimal-Uhr dar, dieser misst zudem Wetterdaten aus. Mit Hilfe von Sensorik werden Messdaten, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck gemessen und drahtlos auf einen eigens dafür erstellten oder von einem host bereitgestellten Webserver versendet. Eine einfache Außenstation, bestückt mit einem kleinen Computer und Sensorik, bietet die Außen-Wetterwerte an. Die Kommunikation zwischen dem Rheinturm und der Außenstation erfolgt ebenfalls drahtlos mit Hilfe eines Protokolls, welcher vom Hersteller der Mikrokontroller bereitgestellt wurde.

Projekt

Das Projekt bildet eine Grundlage einer vernetzten Einheit zur Automatisierung von Aufgaben in einem Umfeld bis zu einem Umkreis von einigen km an. Eine zentrale Einheit kommuniziert hierbei mit einer weiteren Station. Daten werden von der zweiten Station der zentralen Einheit übergeben, die diese verarbeitet und einem Webserver zur Verfügung stellt. Mit Hilfe des V-Modells nach VDI 2206 wurde das Projekt realisiert. Dabei wirde die Hauptfunktion in Teilfunktionen zerlegt. Die Teilfunktionen werden analysiert und dabei Problemlösungen definiert. Mit Hilfe eines morphologischen Kastens werden die Lösungen gruppiert. Anschließend wird eine Nutzwertanalyse zur Bewertung der einzelnen Problemlösungen herangeführt und daraus die Lösung generiert.

Projektplan

Der Abbildung XX kann der Projektplan entnommen werden. Dieser beschreibt den Arbeitsablauf zu diesem Projekt und lässt sich folgendermaßen gliedern:

• Phase 1: Planung und Vorbereitung
  • Recherche möglicher Konzepte und Teillösungen: Mit Hilfe von Literatur und Internet werden Ideen generiert, die zur Haupt- und Teilfunktionsbeschreibung führen. Aus den Teilfunktionen werden Problemlösungen generiert.
  • Vorläufige Konzepterstellung: Die Teillösungen werden gruppiert und bewertet. Die höchst-bewerteten Teillösungen fließen in das Konzept ein.
  • Stücklistenerstellung und Bestellung: Nach der Erstellung des Konzeptes, werden Bauteile gesucht. Eine Liste wird zum fixen Termin ausgehändigt.
• Phase 2: Durchführung
  • Software-Recherche: Benötigte Bibliotheken werden gesucht und analysiert. Im Internet bestehende Beispiele helfen bei der Analyse der Bibliotheken.
  • Generierung Software: Implementierung und Evaluation der Software wird nacheinander durchgeführt. Fehler werden analysiert und behoben. Mit fortschreitender Implementierung generieren sich neue wechselwirkende Fehler, die zur Softwareanpassungen führt.
  • Konstruktion der Bauteile: Mit Hilfe von SolidWorks werden Bauteile konstruiert und in einer Baugruppe zusammengefügt. Hierbei wird beachtet, dass in der Konstruktion die Möglichkeiten des 3D-Druckverfahrens berücksichtigt werden.
  • Layout der Schaltung: Nach umfassender Analyse und Simulation auf dem Steckbrett hat sich herausgestellt, dass die Schaltung sehr einfach ist und daher auch ohne großen Aufwand in die Konstruktion implementiert wurde.
  • Fertigung der Platine: Es wurde von dem Plot der Platine abgesehen, da der Aufwand bei der einfachen Schaltung größer gewesen wäre. Eine Streifenraster-Platine im passenden Zuschnitt wurde eingesetzt.
  • Bestückung der Platine und Verkabelung:
  • Fertigung der Bauteile: Die eigens konstruierten Bauteile wurden mit Hilfe von additiven Verfahren erstellt. Dabei wurde ein 3D-Drucker und das PLA-Filament verwendet.
• Phase 3: Evaluation
  • Testung der Schaltung: Die Schaltung wurde für eine längere Zeit in Betrieb genommen.
  • Testung der Software: Die Software wurde für eine längere Zeit in Betrieb genommen
  • Dokumentation: Die Dokumentation wurde nach wissenschaftlichen Maßstab durchgeführt und liegt im SVN-Ordner vor.

Literatur

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