Grundsätzlich besteht dieses Projekt aus 5 Komponenten:
- Das Gehäuse (Garagenmodell)
- Das Tor (Laufwerk)
- H-Brücke
- Der µC (Lolin D32)
- Die Sensoren/Aktoren
Die vollständige Materialliste finden Sie hier.
Das Gehäuse
Der Kasten, welcher als Modell für den Garagenkorpus dient, wurde mit Autodesk simuliert und mit einem Lasercutter zurechtgeschnitten. Dafür wurde zunächst eine Zeichnung mit Angabe der Maßen gefertigt und in der Universität in Auftrag gegeben. Wichtig dabei ist, dass genug Platz für das Laufwerk, die Sensoren und die Befestigung der Platinen für µC und H-Brücke eingeplant ist. Optional könnte das Gehäusedach noch mit einer Plexiglasplatte versehen werden um das Gehäuse zu schließen aber dennoch einen Blick ins Innere zu ermöglichen.
Das Tor
Um ein bewegliches Garagentor modellhaft darzustellen, werden das Tor, ein Antrieb (Elektromotor), mindestens eine Zahnstange und evtl. Übersetzungszahnräder benötigt. Da diese Komponenten alle bereits in jedem CD-Laufwerk verbaut sind, wurde hierfür ein altes Laufwerk einer defekten XBox360 verwendet.
Dafür wurde zunächst das Metallgehäuse und sämtliche nicht verwendeten Komponenten entfernt. Der für den Laufwerkantrieb zuständige Elektromotor muss dann später nur noch an die H-Brücke angeschlossen werden.
Die H-Brücke
Die H-Brücke dient der richtigen Polung beim Betrieb des Gleichstrommotors. Sie ist in der Lage den Motor je nach Polung in verschiedene Richtungen zu drehen. Da hier eine L298N H-Brücke verwendet wird, die zusätzlich zur H-Brücke einen Spannungsteiler integriert. dient sie auch als Spannungsversorgung für den µC, welcher mit 5 Volt betrieben werden muss. Damit der Motor über ausreichend Spannung und Strom verfügt, wird ein 12 Volt Netzteil verwendet.
Der Mikrocontroller
Zur Steuerung des Motors, der Sensoren/Aktoren und als WiFi Zugangspunkt wird in diesem Projekt der Lolin D32 µC verwendet, welcher auf der ESP32 Technologie basiert. Dieser kompakte Chip bietet alle Funktionen zur Realisierung dieses Projekts und sogar noch mehr. Um diesen µC zu betreiben wurden Stiftleisten auf eine Lochrasterplatine gelötet, um den µC ggf. abnehmen zu können. Eine Alternative wäre eine geätzte Leiterplatine, aber durch die Lochrasterplatine können die SuS bei der Durchführung auch das Löten üben.
Die Lochrasterplatine bietet eine Stiftleiste für jeden Pin des µC und zusätzliche jeweils eine für GND und eine für 3V Betriebsspannung. Außerdem gibt es Anschlussmöglichkeiten für die 5V Versorgungsspannung. Zusätzliche Widerstände o.Ä. sind für dieses Projekt nicht notwendig, da die H-Brücke über diese bereits verfügt. Alles weitere zum Betrieb des µC finden Sie in der Rubrik Softwareentwicklung.
Die Sensoren / Aktoren
Als Sensoren und Aktoren werden für dieses Projekt ein Photoresistor, eine Laserdiode und ein Magnetkontaktschalter verwendet. Der Magnetkontaktschalter registriert, ob sich das Tor in offenem oder geschlossenem Zustand befindet und die Laserdiode und der Photoresistor prüfen als Lichtschranke, ob ein Objekt das Garagentor blockiert.
Die fertige Hardware
Die einzelnen Komponenten werden dann mit Schrauben an den Korpus montiert und miteinander verschaltet.
Alle Komponenten zusammen bilden dann eine Garage als Modell ab.
