Smart Home: Belüftung, Anwesenheitserkennung und Lichtalarm bei Hausklingeln eines Modellhauses mithilfe einer Phoenix Contact AXC 1050 SPS
Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel & Marc Ebmeyer
Wintersemester: 2021/2022
Fachsemester: 7
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Einleitung
Im Rahmen des Produktionstechnik-Praktikums im siebten Semester des Studiengangs Mechatronik soll ein mechatronisches System mithilfe einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) realisiert werden. In diesem Projekt soll ein Smart-Home entwickelt, welches die automatische Wohlfühltemperatur im Haus regelt, sowie durch eine intelligente Methode die Tür automatisch öffnet. In der Abbildung 1 sieht man die Skizze des Smart-Home.
Aufgabenstellung
Das Ziel des Projekts ist, ein Wohnhaus mit Sensoren und Aktoren intelligent zu gestalten. Dabei sollten für die Bearbeitung des Projekts folgende Punkte beachtet werden:
- Recherche nach möglichen Automatisierung in einem Haus machen
- Entscheidungsmatrix erstellen für die Auswahl von geeigneten Sensoren und Aktoren
- Temperaturen und Feuchtigkeiten messen
- Die Ansteuerung des Hauses per Phoenix Contact-SPS AXC 1050
Nach der Recherche nach möglichen Automatisierung in einem Haus haben wurden entschieden, diese Unterprojekte zu erarbeiten. Die Nutzwertanalyse lässt sich hierzu finden.
- Beleuchtung
- Automatische Wohlfühltemperatur-Reglung
- Anwesenheitserkennung
- Tür inkl. Schließmechanismus
- Belüftung des Hauses
- SUB-D Stecker
- Belüftung des Hauses
Vorgehensweise nach V-Modell
Das V-Modell ist eine lineares Vorgehensmodell im Prohejektmanagement, das ein Projekt in fest definierte Phasen untergliedert. Das Prokekt wird nach der Vorschrift des V-Modells durchgeführt, um eine strukturiertes Vorgehen bei Planung und Umsetzung des Projekt zu gewährleisten.Link zu den Dokument finden Sie hier
Anforderungsdefinition
In der Phase der Anforderungsdefinition haben wir alle spezifischen Anforderungen an das System gesammelt, die das Projekt erfüllt soll. Die Anforderungen für dieses Projekt gliedern sich in folgende Punkte: Geometrie & Gewicht,Vorgehen,Aufbau,Schnittstellen, Software/ Werkzeuge und Dokumentation. Die Anforderungsliste für das Projekt lässt sich hier wiederfinden.
Anforderungen
| ID | Anforderung |
|---|---|
| 1 | Allgemein |
| 1.1 | Es muss eine Recherche nach mögliche Automatisierung gemacht werden |
| 1.2 | Eine automatische Wohlfühltemperatur-Reglung muss entwickelt werden |
| 1.3 | Entscheidungsmatrix für Feuchtigkeits- und Temperatursensoren muss erstellt werden |
| 1.4 | Ein Terminal Block und Stecker muss gebaut werden, um die Verbindung zwischen Haus und Phoenix-Contact durch einen Kabel zu realisieren |
| 1.5 | Frontplatte muss neu erstellt werden, um das Haus schöner zu gestalten |
| 1.6 | Es muss ein RFID-Leser gebaut werden |
| 1.7 | Mechanismus zur Anwesenheitserkennung muss entwickelt werden |
| 1.4 | Eine Tür inkl. Türmechanismus muss entwickelt werden |
| 1.5 | Frontplatte muss neu erstellt werden, um das Haus schöner zu gestalten |
| 1.6 | Eine Benutzeroberfläche muss programmiert werden |
| 2 | Sensoren und Aktoren |
| 2.1 | Bewegungsmelder muss für die Anwesenheitserkennung verwendet werden. |
| 2.2 | Feuchtigkeitssensor(HIH-4000-001) muss für die Innenfeuchtigkeit-Messung verwendet werden. |
| 2.3 | Temperatursensor (10K NTC) muss für die Innentemperatur-Messung verwendet werden. |
| 2.4 | Servo Motoren müssen für die Öffnung und Schließung der Tür und Fenster verwendet werden. |
| 2.5 | Axiallüfter muss für die Belüftung des Smart-Home verwendet werden. |
| 3 | Aufbau und Messung |
| 3.1 | Es muss eine Projektplanung erstellt werden. |
| 3.2 | Ein Konzept für den Hausaufbau muss erstellt werden. |
| 3.3 | Die Frontplatte muss in SolidWorks konstruiert und anschließend gefräst werden |
| 3.4 | Die Tür muss in SolidWorks konstruiert und 3D gedruckt werden. |
| 3.5 | Die Verkablung muss beschriftet sein. |
| 3.6 | Das Fenster sowie die Tür müssen automatisch geöffnet und geschlossen werden. |
| 3.7 | Feuchtigkeits- und Temperaturmessung von innen muss gemacht werden |
| 4 | Schnittstellen & Software |
| 4.1 | Das Haus muss über Pc-Worx programmiert werden. |
| 4.2 | Das Smart-Home muss per Phoenix Contact AXC 1050 und Arduino Uno angesteuert werden. |
| 5 | Dokumentation |
| 5.1 | Detaillierte Dokumentation als Wiki-Artikel muss im HSHL Wiki geschrieben werden. |
| 5.2 | Die Dokumentation muss Schritt für Schritt erklärt und nachvollziehbar sein. |
Funktionaler Systementwurf
In diesem Kapitel Funtionaler Systementwurf sind alle Komponenten dargestellt, die notwendig sind, um das Ziel des Projekts zu erreichen. Auf der einen Seite befinden sich der Temperatur-und Feuchtigkeitssensor,Buzzer,Abstandsensor.Auf der anderen Seite sind dann ein Fenster und eine Tür, welche durch einen Servomotor geöffnet bzw geschlossen wird sowie die beiden Lüfter, welche ein- und ausgeschaltet werden. Der funktionale Systementwurf lässt sich hier
Technischer Systementwurf
Der technische Systementwurf hat denselben Aufbau wie der Funktionale Systementwurf, im Gegensatz zu dem funktionalem Systementwurf werden hier die Verbindungen(Die Signalart: digital/analog, Input/Outpout) zwischen den einzelnen Komponenten genau definiert (siehe Abbildung 3). Zum technischem Systementwurf gelangt man hier
Abnahmetest
In Abschnitt Abnahmetest wird überprüft, ob das System als Ganzes den Anforderungen entspricht, das bedeutet, ob alle Anforderungen aus der Anforderungsliste erfüllt wurden. Leider verbrachten wir viel zu viel Zeit mit dem Ablesen der Temperaturmesswerte, weshalb wir nicht rechtzeitig eine Tür (+ Türmechanismus) einbauen konnten. Die Abbildung 16 zeigt zumindest, dass die meisten Anforderungen erfüllt wurden.Das Abnahmetest lässt sich hier[1] wiederfinden.