Smart Light

Autoren: Björn Schlottke & Dennis Schleicher
Betreuer: Prof. Göbel & Prof. Schneider

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Einleitung

Das Smart Light System stellt ein Steuergerät für intelligentes Licht dar. Mithilfe eines thermischen MEMS Präsenzsensors sollen Menschen erkannt werden und dementsprechend eine Lichtquelle ein- und ausgeschaltet werden. Somit kann diese effizient und gleichzeitig vollautomatisch arbeiten. Der Unterschied zu einer reinen Abstandsmessung durch beispielsweise Ultraschallsensoren oder LiDAR Sensoren, ist der, dass die Menschen mithilfe eines MEMS Präsenzsensors auch ohne Bewegung erkannt werden können. Eine Skizze des Systems lässt sich in der folgenden Abbildung erkennen.

Abbildung 1: Skizze Smart Light

Der Sensor, welcher verwendet werden soll ist der D6T44L06 vom Hersteller OMRON. Das Datenblatt des Sensors kann hier eingesehen werden.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen

ID	Inhalt
001	Das System muss Lebewesen erkennen können.
002	Der Mensch muss sich in einem definierten Bereich befinden, der dem Messbereich des MEMS Präsenzsensors entspricht, damit die Lichtquelle vom Steuergerät angeschaltet wird.
003	Die Lichtquelle muss angeschaltet bleiben, wenn sich das Lebewesen im Messbereich nicht bewegt.
004	Die Lichtquelle muss ausgeschaltet werden, wenn das Lebewesen sich nicht im definierten Messbereich befindet.
005	Alle elektrischen Komponenten des Messsystems müssen in einem entsprechenden Gehäuse integriert sein, mit Ausnahme der Lichtquelle.
006	Das System muss eine LED als Lichtquelle besitzen.
007	Das System muss von einem Mikrocontroller gesteuert werden.
008	Das System muss einen MEMS Präsenzsensor beinhalten.
009	Das System basiert auf einem Mikrocontroller der die Steuerung des Systems sowie Spannungsversorgung von Sensoren und Aktoren übernimmt.
010	Das Gehäuse des Systems muss im 3D-Druckverfahren hergestellt werden

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Der funktionale Systementwurf lässt sich in der folgenden Abbildung erkennen.

Abbildung 2: Funktionaler Systementwurf

Komponentenspezifikation

Tabelle 1: Komponentenspezifikation

ID	Modul	Komponente
001	Sensor	D6T44L06
002	Datenverarbeitung	Einlesen der Messwerte
003	Datenverarbeitung	Interpretation der Messwerte
004	Datenverarbeitung	Ansteuern der LED
005	LED	Bezeichnung der LED
006	Gehäuse	Grundkörper
005	Gehäuse	Deckel

Umsetzung (HW/SW)

Hardware

Die einzelnen Komponenten können aus Tabelle 1 entnommen werden. Im folgenden Abschnitt wird insbesondere auf den Zusammenbau und das Zusammenwirken der Komponenten eingegangen.

Verdrahtungsplan

Der Verdrahtungsplan welcher mit der Software Fritzing erstellt wurde lässt sich in Abbildung 3 erkennen.

Abbildung 3: Fritzing Steckplatinenaufbau Smart Light Projekt

Die beiden Status LEDs wurden mit jeweils einem digitalen Ausgang des Funduino Uno R3 verbunden. Weitergehend wurde der Sensor über den I2C Bus an den Mikrocontroller angeschlossen. Anhand dieses Entwurfes wurde das System aufgebaut und anschließend der Schaltplan des Projektes ausgearbeitet.

Schaltplan

Der Verdrahtungsplan welcher mit der Software Multisim erstellt wurde lässt sich in Abbildung 4 erkennen.

Abbildung 4: Multisim Schaltplan Smart Light Projekt

In Abbildung 4 ist deutlich zu erkennen, dass der verwendete Funduino Uno mit einer externen Gleichspannungsquelle versorgt wird. Hierbei handelt es sich um ein Netzteil welches den Mikrocontroller mit 9 V versorgt. Die LEDs und der Sensor werden über den Mikrocontroller mit Spannung versorgt. Außerdem lässt sich erkennen, dass der Schaltplan aufgrund der Übersicht lediglich die belegten Steckverbindungsgruppen beinhaltet. Diese beiden Gruppen lassen sich in dem Steckplatinenaufbau in Abbildung 3 erkennen und somit auf dem Funduino Uno eindeutig zuordnen.

Software

- Softwareablauf

- Wirkung des Tiefpassfilters:

Abbildung 5: Messung der Raumtemperatur

Zusammenfassung

Lessons Learned

Durch das Verwenden von Matlab waren uns leider klare Grenzen in der Umsetzung des Projektes gesetzt. Durch die Schwierigkeiten Bibliotheken von Arduino in Matlab einzubauen konnten wir leider nicht alle Messwerte auswerten. Der letzte Messwert der 4x4 Matrix ist durch die Begrenzung auf 32 bit Verarbeitung in Matlab verloren gegangen. Weiterhin lies sich kein LED streifen oder eine LED Matrix mit (in dem Rahmen des Projektes) zumutbaren Umfang einbinden. Durch die Verwendung von einer LED gehen Informationen verloren, welche eigentlich ins der Software vorhanden wären.

- Menschen haben keine so signifikante Wärmesignatur wie erwartet und sind dementsprechend an der Oberfläche nicht so warm

- für die Differenzierung von anderen Wärmesignaturen wie Elektrogeräten müsste ein zusätzlicher Präsenzsensor verwendet werden

- Sensordatenfusion wäre möglich um den Algorithmus mit derselben Grundlage zu verwenden und das System zu verbessern

Projektunterlagen

Projektplan

Abbildung 6: Projektplan Smart Light

Literatur

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