Projekt 85: Parkplatzschranke

Parkplatzschranke mit Ampelanlage Plaza Hotel, Dresden

Vorläufige Skizze der Parkplatzanlage

Autor: Mareen Rehberg und Carolin Mohs
Betreuer: Daniel Klein

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Aufgabe

Erstellen eines Parkplatzes mit Schranke und Ampelanlage, angepasst an das Auto, das in der Carolo Cup AG gebaut wurde.

Erwartungen an die Projektlösung

• Konstruieren eines Parkplatzes anhand der Maße des Autos der Carolo Cup AG.
• Planung der Anlage
  • Auswählen möglicher Sensoren für die Zufahrtsregelung, die das erkennen des Autos sicherstellen
  • Auswählen eines geeigneten Motors für das Öffnen und Schließen der Schranke
• Beschaffung der Bauteile
• Bauen einer Schranke und einer Ampelanlage mit grüner und roter LED
• Programmieren der Schranke mit Ampelanlage
• Erstellen eines Videos, welches die Funktion visualisiert
• Test und wissenschaftliche Dokumentation
• Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Einleitung

Dieser Artikel wird für das GET Fachpraktikum im Studiengang Mechatronik (5. Semester) erstellt. Anstatt eines der vorgeschlagenen Projekte zu wählen, wurde eine eigene Idee für ein Projekt entwickelt. Dieses wird in diesem Artikel vorgestellt.

Projekt

In dem Projekt Parkplatzschranke wird ein Parkplatz als Modell erstellt und auf die Maße des Autos zugeschnitten, welches in der Carolo Cup AG gebaut wurde. Im zweiten Schritt wird dieser Parkplatz mit einer Zufahrtsregelung in Form einer Schranke versehen. Diese Schranke wird mit einem Sensor ausgestattet. Dadurch erkennt sie automatisch, wenn sich das Auto vor der Schranke befindet. Ein kleiner Motor wird angesteuert und öffnet die Schranke. Sobald das Fahrzeug die Schranke passiert hat, wird die Schranke wieder geschlossen. Für den Sensor kommen folgende Möglichkeiten infrage:

• Ultraschallsensor
• Lichtschranke
• Drucksensor (Druckplatte)
• induktiver oder kapazitiver Sensor
• Druckknopf (manuelles Betätigen)
• Sender-Empfänger-Prinzip (Handsender beim Tor)

Diese Möglichkeiten werden anhand eines Morphologischen Kastens analysiert um die bestmögliche Lösung zu finden. Zusätzlich wird die Schranke mit einer Ampelanlage (1x grüne LED, 1x rote LED) ausgestattet. Die Ampel ist rot solange sich die Schranke in Endlage 1 (Schranke geschlossen) befindet. Sobald die Schranke die Endlage 2 (Schranke geöffnet) erreicht, leuchtet die grüne LED.

Folgender Ablauf wurde für das Projekt aufgestellt:

1. Planung:
   Die Projektplanung erfolgt mittels Gantt-Chart, V-Model und Lasten- und Pflichtenheft
2. Beschaffung:
   Für die Beschaffung wird eine BOM (Stückliste) erstellt, in der die Bauteile für den Einkauf eingetragen werden. Die Auswahl der Sensoren wird durch den Morphologischen Kasten eingeschränkt
3. Durchführung:
   In der Durchführung wird das Projekt erstellt. Dazu zählen sowohl das Erstellen der Hardware, mit Hilfe von Zeichnungen, als auch das Schreiben der Software, mit Hilfe eines vorher angefertigten Flussplans (PAP).
4. Test:
   In einem Abschließenden Test (Generalprobe) werden Hardware und Software zusammen getestet.
5. Präsentation und Dokumentation:
   Das Projekt wird abschließend auf der Projektmesse am 18.01.2019 vorgestellt.

Projektplanung

Als erstes wurde ein Gantt-Chart entworfen, um das Projekt neben dem Studium planen zu können. Danach wurden V-Model und Lasten- und Pflichtenheft entworfen. Vor dem Auswählen der Bauteile wurde, mit Hilfe des Morphologischen Kastens, ein Sensor ausgewählt. Dazu wurde recherchiert und Preise, so wie nötige Daten ermittelt. Nach einer groben Vorstellung und ordern der Teile konnte mit der Durchführung begonnen werden.

Projektdurchführung

• Programm
  

Um eine spätere Änderung in der Hardware zu umgehen, haben wir uns zuerst mit der Software beschäftigt. Dazu wurde ein PAP (Programm Ablauf Plan) erstellt. Anhand des PAP konnten wir uns durch die Programmierung hangeln. Um den Aufruf sich wiederholender Programmteile zu vereinfachen, wurden diese als Funktion hinterlegt. Wegen Schwierigkeiten mit dem Motor musste dieser ausgetauscht werden. Nach dem fehlerfreien Durchlauf der Software konnte das Breadbord mit den elektrischen Bauteilen besteckt werden.

• Schaltung
  

Auf dem Breadboard wurde, mit Hilfe der vorhandenen Datenblätter, die Schaltung konzipiert. Die Schaltung wurde in NI Multisim erstellt. Nach dem Testen der Schaltung, zusammen mit dem Programm, wurde festgestellt, dass die Lichtschranke nicht für diese Anwendung geeignet ist und durch einen Ultraschallsensor ersetzt. Dadurch musste der Plan der Schaltung und das Programm angepasst werden. Nach den Anpassungen wurde das Programm erneut mit der Schaltung getestet. Als alles funktionierte, konnte die Schranke zusammengebaut werden.

• Schranke
  

Als erstes wurde eine Skizze erstellt, um einen Überblick über den Parkplatz und die einzelnen Komponenten zu erstellen. Dazu wurden die vorgegebenen Maße aus dem Regelheft des Carolo CUP Wettbewerbs für das Auto und vorgegebene Strecken verwendet. Danach kam die Erstellung der Schranke mit der Bearbeitung der Holzteile. Dazu zählten sägen, schmirgeln, bohren und das Zusammenbauen. Nach dem Zusammenbau wurde der Parkplatz vermessen und nach Zeichnung geklebt. Zum Schluss wurde der gesamte Aufbau getestet.

Test

In der Generalprobe testen wir, nach der Erstellung der einzelnen Komponenten und als alles zusammen aufgebaut war, das gesamte Konzept komplett. Der Test verlief problemlos. Die Fehler wurden in den einzelnen Tests vorher erfolgreich beseitigt.

Zusammenfassung

Lessons Learned

Im Allgemeinen plante man den Ablauf eines Projektes und sammelte dadurch neue Erfahrungen, die im späteren Berufsleben auf andere Projekte übertragen werden können. Hierbei wurde der Aspekt einer guten Planung deutlich, denn darauf wird alles andere aufgebaut.

Durch verschiedene Schwierigkeiten beim Zusammenbringen von Programm und Schaltung wurden wir strukturierter in der Fehlersuche. Folgende Schwierigkeiten mussten wir bewältigen:

• Der Motor, den wir zuerst benutzen wollten, konnte sich aufgrund eines internen Bauteilfehlers nicht drehen. Somit mussten wir zuerst den Fehler lokalisieren und einen neuen Motor besorgen.
• Die zuvor geplante Lichtschranke war mit den Bauteilen, die uns zur Verfügung standen, nicht realisierbar, da die Streuung unserer UV LED zu groß bzw. die Empfindlichkeit des Empfängers zu niedrig war. Die Lichtschranke wurde durch Ultraschallsensoren, welche auch in die nähere Auswahl der Sensoren gekommen waren, ersetzt.
• Zuvor wurde das Projekt mit Styropor geplant. Schnell wurde aber klar, dass das Styropor nicht stabil genug war, um diese Schranke zu bewegen.

Bei der Suche nach Fehlern und Lösungsmöglichkeiten haben wir gelernt, mit unterschiedlichen Schwierigkeiten umzugehen und konnten viel für unser weiteres Berufsleben lernen. Erst bei dem Konzipieren wurde uns klar, wie viele Sicherheitsanforderungen es bei einer Schranke gibt und wie man diese umsetzt. Dadurch haben wir einige Notfallsituationen erkannt und diese als Notfallfunktionen in das Programm eingebracht.

Ausblick

Die Parkplatzschranke kann beliebig an der Strecke angebracht werden. Auch das Programm kann um Funktionen erweitert werden. Die Schranke kann für ein anderes Projekt, wie zum Beispiel ein Parkhaus oder einen größeren Parkplatz, verwendet werden. Mit Hilfe einer weiteren Schranke kann ein Parkplatz mit zwei Zufahrten aufgebaut werden.

Projektunterlagen

Gantt-Chart

Projektplanung mit Hilfe eines Gantt-Charts

V-Model

Projektplanung mit Hilfe eines V-Models

Morphologischer Kasten

Auswahl der Sensoren mittels Morphologischem Kasten

BOM

Bill of Material

Zeichnung des Aufbaus

Motorblock und Schranke müssen je nach verwendetem Motor angepasst werden.

Zeichnung des Stützblocks

Zeichnung der Schranke

Zeichnung des Motorblocks

Zeichnung der Ampel

PAP

Programm-Ablaufplan

Fritzing Skizze

Schaltungsaufbau Parkplatzschranke

Quellcode

Im Code wurden die Funktionen programmiert, wie im Header beschrieben:

/************************************************************************************************************************************************
 *  Projekt 85: Parkplatzschranke
 * 
 * Funktion: In dem Projekt Parkplatzschranke wird ein Parkplatz auf das Auto der Carlolo Cup AG zugeschnitten und mit einer Schranke versehen.
 *           Diese Schranke wird mit einem Sensor ausgestattet.
 *           Dadurch erkennt sie automatisch, wenn sich das Auto vor der Schranke befindet.
 *           Ein kleiner Motor wird angesteuert und öffnet die Schranke.
 *           Die Schranke soll sich erneut öffnen, wenn der Sensor etwas erkennt (Notfallfunktion).
 *           Sobald das Fahrzeug die Schranke passiert hat, wird die Schranke wieder geschlossen.
 *           Zusätzlich wird die Schranke mit einer Ampelanlage (1x grüne LED, 1x rote LED) ausgestattet.
 *           Die Ampel ist rot solange sich die Schranke in Endlage 1 (Schranke geschlossen) befindet.
 *           Sobald die Schranke die Endlage 2 (Schranke geöffnet) erreicht, leuchtet die grüne LED.
 * 
 * Eingabe: Sensordaten
 * 
 * Ausgabe: Schranke öffnen und schließen (Motor ansteuern) und Ampel steuern (LED's ein und ausschalten)
 * [...]
 * 
 *************************************************************************************************************************************************/

Der gesamte Ablauf des Programms kann dem Flussplan (PAP) entnommen werden.

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