Entwicklung einer bewegungsaktivierten Wortuhr

Aus HSHL Mechatronik
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Autoren: Nico Kasprik & Jonas Loddenkemper
Betreuer: Prof. Schneider


Einleitung

Bei dem vorliegenden Artikel handelt es sich um ein Projekt aus dem Praktikum angewandte Elektrotechnik des Studiengangs Business and Systems Engineering (BSE). Ziel dieses Projekts ist es eine Wortuhr nach dem Vorbild des Designklassikers QLOCKTWO zu bauen. Aus Gründen der Energieeffizienz soll die Uhrzeit nur während der Anwesenheit von Personen angezeigt werden. Die Hintergrundbeleuchtung soll mit LEDs realisiert werden. Ob ein LED-Matrix-Panel oder LED-Stripes genutzt werden, muss im Laufe des Projekts geklärt werden. Als Anwesenheitssensor ist derzeit ein Ultraschallsensor geplant.

Erster Entwurf der Wortuhr - Frontansicht
Erster Entwurf der Wortuhr - Rückansicht

Anforderungen

Tabelle 1: Testbare, atomare Anforderungen
ID Inhalt Ersteller Datum Geprüft von Datum
1.0 Die Uhr soll die Uhrzeit in 5-Minuten-Schritten in Worten anzeigen. Jonas Loddenkemper 04.10.2022 Nico Kasprik 04.10.2022
1.1 Die Steuerung muss in Echtzeit erfolgen. Jonas Loddenkemper 04.10.2022 Nico Kasprik 04.10.2022
2.0 Die Uhr wird mittels USB-Kabel mit Strom versorgt. Jonas Loddenkemper 04.10.2022 Nico Kasprik 04.10.2022
3.0 Die Anwesenheit einer Person wird über einen Ultraschallsensor geprüft. Jonas Loddenkemper 04.10.2022 Nico Kasprik 04.10.2022
4.0 Der Arduino-Controller, die LED-Strips und der Sensor ist im Gehäuse. Jonas Loddenkemper 04.10.2022 Nico Kasprik 04.10.2022
5.0 Die Steuerung wird auf einem Arduino Mikrocontroller ausgeführt. Jonas Loddenkemper 04.10.2022 Nico Kasprik 04.10.2022
6.0 Die Frontblende ist 3D-gedruckt, die notwendigen Wörter sind direkt ausgespart. Jonas Loddenkemper 04.10.2022 Nico Kasprik 04.10.2022
O.1.0 Optionale Erweiterung: Eine zusätzliche Anzeige einzelner Minuten im 5-Minuten-Fenster. Jonas Loddenkemper 04.10.2022 Nico Kasprik 04.10.2022

Funktionaler Systementwurf

Der funktionale Systementwurf bildet die wesentliche Funktion des zu erstellenden Systems ab. Dabei lässt sich dieser nach dem EVA-Prinzip in die drei Stufen „Eingabe“, „Verarbeitung“ und „Ausgabe“ aufteilen.  Sensoren lassen sich der ersten Stufe zuweisen, da diese Informationen liefern, auf die der Mikrocontroller reagiert und diese weiterverarbeitet. Die aktuelle Uhrzeit soll dabei ständig abgefragt werden. Wenn sich eine Person vor der Wortuhr befindet, wird diese angeschaltet. Verlässt die Person einen Bereich zwischen der Uhr von 0 cm bis 300 cm, schaltet sich die Uhr eigenständig ab. Die weiterverarbeiteten Informationen werden für das System, so angepasst, dass über ein Ausgabegerät die Daten in gewünschter Form ausgegeben werden.

Technischer Systementwurf


Der technische Entwurf orientiert sich auch nach dem EVA-Prinzip. Dabei wird der Schwerpunkt aber nur auf die technische Zusammenstellung des Systems gelegt.    Für die Umsetzung des Projektes wird ein Real-Time-Clock-Modul verwendet.  Dadurch erhält das System Informationen über die korrekte Uhrzeit. Ein Ultraschallsensor soll die Informationen liefern, ob sich eine Person vor der Wortuhr befindet. Der Erfassungsbereich des Ultraschallsensors liegt bei 2 cm bis ca. 400 cm. Wenn sich eine Person in einem Bereich bis 300 cm an die Wortuhr nähert, soll diese angeschaltet werden. Verlässt die Person diesen Distanzbereich, schaltet sich die Uhr nach wenigen Sekunden wieder aus. Der Mikrocontroller verarbeitet die Informationen, sodass sie im Folgenden über einen RGB-Strip ausgegeben werden. 


Komponentenspezifikation

In Abbildung "Steckplatine Layout" ist eine erste Steckbrettansicht zu sehen. Das Real-Time-Clock Modul kommuniziert über I2C mit dem Mikrocontroller. Der Ultraschallsensor über eine digitale Kommunikation mithilfe eines TTL-Pegels. Der LED-Strip wird über ein speziell für ihn ausgelegtes Protokoll angesteuert.

Steckplatine Layout

Umsetzung (HW/SW)

Komponententest

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

Literatur


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