Sämtliche Soll-Ziele wurden in der Projektdurchführung umgesetzt. Für die Umsetzung der Kann-Ziele war hingegen keine Zeit mehr vorhanden.
Das Zeitmanagement hat gut funktioniert, weshalb die Dokumentation am Ende der Projektdurchführung weniger stressig war als erwartet.
Durch Regelmäßige Discordtreffen und Besprechungen in Chats entstand eine gute Kommunikation, durch welche Fragen und Problemstellungen schnell aufgefangen wurden. Dadurch wussten alle Gruppenmitglieder, wie weit jeder Bereich des Projektes ist.
Lessons Learned
Die Belastungsfähigkeit der Mikrocontroller ist nicht endlos und sollte nicht zu stark ausgelastet werden.
Bei einem nächsten Projekt würden wir bei den Maßen der 3D Modelle die Toleranz besser beachten. Beim Zusammenbau des Briefkastens wurde beispielsweise festgestellt, dass es zwischen dem Ober- und Unterkasten einen kleinen Spalt gab. Außerdem mussten die Türsäulen etwas nachgebessert werden, damit sie auf die Motoren passen.
Des Weiteren sollte nächstes Mal der vollständig zusammengesetzte Code früher getestet werden. Zuerst wurden nur die einzelnen Funktionen getestet und am Ende erst alles zusammen. Dabei traten dann neue Fehler auf, die beim einzelnen Testen nicht passiert sind. Zuletzt sollten auch die Verbindungen zwischen den einzelnen Hardwarekomponenten gründlicher überprüft werden, bevor der Strom eingeschaltet wird. Da dies anfangs nicht gründlich genug gemacht wurde, ist ein Motor Shield kaputt gegangen.
Zudem wurden auch die Motoren einmal falsch angeschlossen. Dabei ist nichts kaputt gegangen, aber dafür wurde einige Zeit benötigt, um den Fehler zu finden. Es wurden Motoren und Kabel ausgetauscht und am Ende erst auf die Verkabelung geachtet, sodass der Fehler erst relativ spät bemerkt wurde.
Vergangene Woche haben wir uns zunächst intensiv mit der Dokumentation beschäftigt. Am Freitag haben wir uns dann nochmal als Gruppe getroffen, um den Zusammenbau abzuschließen. Dazu gehörte, dass wir zuerst die letzten Elektronikteile gelötet haben und gleichzeitig die letzten Teile des Kastens geleimt haben, sodass bei diesem nur noch die Elektronik eingesetzt werden musste.
Bei dem Testen der Elektronik ist uns leider aufgefallen, dass der Code nicht als gesamtes funktioniert und haben uns daher erstmal darum gekümmert, dass die einzelnen Funktionen funktionieren. Während des Zusammensetzens ist uns dann das Motorshield kaputt gegangen, weshalb wir erstmal für den Tag abbrechen mussten und nochmal Anatolij nach Ersatz gefragt haben.
Mit dem neuen Motorshield haben wir uns dann nochmal am Sonntag getroffen und nach dem Löten dieses Shieldes festgestellt, dass in der Funktion zwar der Punkt für die Bewegung der Motoren ausgeführt wurde, diese jedoch nicht ausgeführt wurde. Nach einer intensiven Fehlersuche und vielem Trial and Error ist uns dann aufgefallen, dass der Mikrokontroller wohl eine zu große Belastung hat und daraufhin haben wir dann erstmal den Abstandssensor abgesteckt.
Dadurch hat die Durchführung mit RFID, Taster und den Motoren funktioniert und wir haben die Lötstellen isoliert, bevor wir die Elektronik in den Kasten eingesetzt haben. Hierfür haben wir zunächst den RFID-Sensor, Taster und Abstandssensor mit Heißkleber an deren vorgesehenen Stellen im Kasten fixiert. Den Batteriehalter haben wir dann mit Isolierband im inneren des Kastens befestigt.
Danach haben wir nochmal die Funktionen getestet und nach einer Korrektur der Steckplätze der Motoren hat dann auch alles erstmal funktioniert, jedoch ist dies eher ein Glücksspiel, da sich der Mikrokontroller trotzdem zwischendurch immer mal wieder aufhängt. Später haben wir noch die Säulen fixiert und nochmal ein paar Testläufe gemacht, wodurch auffiel, dass ein früherer Fehler, durch welchen bei Doppeleingabe des Tasters/RFID-Sensors das Programm nicht mehr funktionierte, behoben wurde.
Zum Schluss haben wir dann noch den Code für den Abstandssensor mit der Push-Benachrichtigung auf einen zweiten Mikrokontroller gezogen und nochmal getestet. Nach Herumprobieren mit der Stellschraube des Abstandssensors hat dieser dann wieder das gewünschte Ergebnis erzeugt, jedoch konnte sich der Arduino nicht mit der Blynk-App verbinden.
Heute haben wir dieses Problem behoben und die Tage erfolgt dann noch der finale Funktionstest, sowie das Schreiben der noch fehlenden Einträge der Dokumentation.
Der smarte Briefkasten besteht größtenteils aus ausgeschnittenen Holzplatten. Diese Holzplatten werden ausgeschnitten. Zum Ausschneiden der Platten für den smarten Briefkasten und deren Komponenten wurde der Makeblock Laserbox Pro von Anatolij Fandrich zur Verfügung gestellt. In der Abb.1 ist ein Bild der Laserbox zu sehen.
Abb.1: Makeblock Laserbox Pro 1Abb.2: Software „Laserbox“ 2Abb.3: Knopf der Laserbox 3
In Abb.2 ist die Benutzeroberfläche des dazugehörigen Programms „Laserbox“ zu sehen. Mit dem Programm kann man SVG-Dateien importieren.
Abb.4: Formen für den Unterkasten
Die Abb.4 zeigt eine SVG-Datei, die zum Ausschneiden gebraucht wurde. Dort sind die Formen für den Unterkasten abgebildet. Zuvor legt man das entsprechende Material hinein. Durch die Kamera auf dem Deckel der Laserbox wird das Innere der Laserbox in dem Programm angezeigt. Als Nächstes richtet man die Bilddatei so zum hineingelegten Material aus, dass sich die auszuschneidenden Linien auf dem Material befinden. Dann stellt man oben in dem Dropdownmenü ein, um welches auszuschneidende Material es sich handelt. Dann kann man auf den blauen Play-Knopf oben rechts in dem Programm klicken (siehe Abb.2). Als Nächstes öffnet sich eine Pop-Up Fenster und man klickt auf „Send“. Daraufhin sendet das Programm die Daten an die Laserbox. Anschließend drückt man auf den silbernen Knopf rechts neben dem Deckel und die Laserbox schneidet dann die entsprechenden Formen aus. Abb.3 zeigt den silbernen Knopf auf der Laserbox. Sobald die Laserbox fertig mit dem Programm ist, kann man den Deckel öffnen und die Teile herausholen.
Die Vorbereitung, die getroffen werden muss, ist, dass sich die Blynk App mit dem Mikrocontroller verbinden muss. Dafür müssen im Programmcode die Wlan-Daten und der Authentifizierungstoken ergänzt werden. Außerdem sollte darauf geachtet werden, dass vor dem Start die Türen geschlossen sind. Ansonsten kann es sein, dass sich die Türen zu weit drehen. Die vorgesehene Bedienung des Briefkastens sieht wie folgt aus.
Den RFID-Chip vor dem RFID-Sensor halten, damit sich die Türen öffnen
Das Paket bzw. ein Gegenstand in den Briefkasten legen. Dann wird über die Blynk App eine Push Nachricht gesendet
Den Knopf betätigen, sodass sich die Türen wieder schließen
Mit dem RFID-Chip die Türen wieder öffnen und das Paket entnehmen
Mit dem Knopf die Türen wieder schließen
Bekannte Probleme:
Türen lassen sich nicht mit dem RFID-Chip öffnen. Dann muss die Stromversorgung so lange neu eingeschaltet werden bis es funktioniert. Nach dem ersten Mal funktioniert es meistens wieder.
Wenn der Briefkasten längere Zeit nicht genutzt wird, tritt das gleiche Problem auf wie bei Erstens und die Stromversorgung muss wieder neu eingeschaltet werden.
Eine weitere Komponente im Innenraum des Oberkastens sind die zwei identischen Kugellagerhalterungen. Bei diesen Halterungen handelt es sich um sehr kleine Holzschachteln, in denen die Kugellager hineinkommen.
Abb.1: Bodenplatte der Kugellagerhalterung
Die Halterungen sind aus einem Boden und vier Seitenwänden zusammengesetzt. In Abb.1 sieht man die Bodenplatte der Kugellagerhalterung. Die vier ausgeschnittenen Quadrate an jeder Seite dienen als Steckverbindung für die vier Seitenwände. Die Kreisbohrung in der Mitte dient für die Säule. In der Halterung befindet sich ein Kugellager. Ein Teil der Säule verläuft durch die Bohrung und wird mit dem Kugellager verbunden.
Bei dem Kugellager handelt es sich um ein 608 ZZ Kugellager. In Abb.2 ist das Kugellager mit den entsprechenden Maßen zu sehen.
Abb.2: 608 ZZ Kugellager 1Abb.3: Kürzere Seitenwand der KugellagerhalterungAbb.4: Längere Seitenwand der Kugellagerhalterung
Die Abb.3 und Abb.4 zeigen die beiden Seitenwände der Kugellagerhalterung. Von diesen beiden Seitenwänden sind jeweils zwei pro Halterung verbaut. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Seitenwänden ist, dass die Seitenwand in Abb.4 um 8 mm länger ist als die Seitenwand in Abb.3. Jede Seitenwand hat zwei rechteckige Pins. Der untere Pin wird an den Boden der Kugellagerhalterung angebracht. Die andere an die Decke des Oberkastens. In der Abb.5 sind nochmal die Maße der Halterung zu sehen.
Abb.5: Skizzenzeichnung der Kugellagerhalterung
Die Abb.6 zeigt die Kugellagerhalterung als zusammengebaute Komponente. In Abb.7 sieht man die Kugellagerhalterung im Innenraum des Oberkastens verbaut.
Abb.6: Modell der Kugellagerhalterung in Fusion 360 Abb.7: Position der Kugellagerhalterungen im Innenraum des Oberkastens in Fusion 360
Eine Komponente im Innenraum des Oberkastens ist die Schräge. Sie ist an der Bodenplatte und an der Vorderseitenplatte befestigt. Das bedeutet sie liegt direkt unter der Öffnung und den Türplatten.
Abb.1: Position der Schräge im Oberkasten
In Abb.1 sieht man die Schräge im Innenraum des Oberkastens liegen. Bei der Schräge handelt es sich um einen prismaförmigen Körper. Die Schräge dient dazu, dass die in den Briefkasten hineingelegten Pakete etwas sanfter in den Innenraum des Oberkastens hineingleiten.
Abb.2: Skizzenzeichnung der Schräge
Die Abb.2 zeigt die Skizzenzeichnung der Schräge. In den drei Skizzen auf der linken Seite in der Abb.2 ist eine Aussparung zu sehen. Sie ist 60 mm lang, 40 mm breit und ragt 10 mm in die Schräge hinein. In dieser Aussparung ist der Abstandssensor befestigt und dient als Detektor, wenn ein Paket in dem smarten Briefkasten hineingelegt wurde. Es wird ein anderer Abstand gemessen und signalisiert, dass sich ein Paket in dem Briefkasten befindet.
In der Skizzenzeichnung entnimmt man ebenso, dass die Schräge an der Bodenfläche zwei quadratische Pins hat. Diese dienen als Befestigungs- und Positionshilfe beim Befestigen der Schräge. In dem Blogeintrag „Modellierung Teil 2: Der Oberkasten“ wurde die Bodenplatte des Oberkastens beschrieben. In der Mitte der Bodenplatte des Oberkastens befindet sich eine große rechteckig ausgeschnittene Form. Auf dieser Form ist nun die Schräge befestigt. Die Pins der Schräge ragen dabei in die Bodenplatte hinein. Dies lässt sich nochmal in Abb.3 beobachten.
Abb.3: Befestigung der Schräge am Boden des Oberkastens
In den Abb.4 und Abb.5 sind nochmal zwei Winkelperspektiven der Schräge abgebildet.
Abb.4: Schräge aus der Seitenperspektive in Fusion 360Abb.5: Schräge aus der Bodenperspektive in Fusion 360
Zum Öffnen und Schließen des smarten Briefkastens werden Türen verwendet. Diese bestehen aus zwei gleichgroßen Plexiglasplatten. In Abb.1 ist eine Skizzenzeichnung der Türen zu sehen.
Abb.1: Skizzenzeichnung der Türen
Die Türen sind jeweils den beiden Säulen befestigt. Sie sind so bemaßt, dass trotz Abweichungen, die Türen immer noch in die Öffnung der Vorderseite des Oberkastens passen. Die Säulen sind an Gleichstrommotoren befestigt. Sobald sich die Pins der Motoren drehen, drehen sich ebenso die Säulen. Somit bewegen sich Türen sich ebenso. Bei dynamischen Teilen kann es durch aus zu Toleranzen kommen. Die Türen wurden daher um 3 mm kleiner als die Höhe der Öffnung konstruiert. Zudem ist ebenso ein genügend großer Abstand zwischen den beiden Türen, damit sie in jedem Fall durch die Öffnung hindurch passieren können.
Der Oberkasten ist aus sechs Platten zusammengesetzt. Im Inneren des Oberkastens sind folgende Komponenten enthalten:
Zwei Türplatten aus Plexiglas
Eine Schräge, die sich unterhalb der Türen befindet
Zwei Säulen, an denen die Türplatten befestigt sind
Zwei Halterungen für die Kugellager
Als Grundlage für die Modellierung des Oberkastens wurde die von Anatolij Fandrich zur Verfügung gestellte Vorlage „Kiste_ohne_Trennelement v3″1 verwendet. Dadurch musste der Kasten nicht von Grund auf neu konstruiert werden.
Abb.1: Box Vorlage von Anatolij
In Abb.1 sieht man den von Anatolij Fandrich zur Verfügung gestellten Kasten. Der Kasten ist parametrisiert. Das bedeutet man kann über die Funktion „Parameter ändern“ die Maße des Kastens ändern. Dazu gehört die Länge, Breite, Höhe und die Materialdicke.
Abb.2: Parameter des Oberkastens
In Abb.2 sind die Maße für den Oberkasten zu sehen. Für die Erstellung des smarten Briefkastens sind Bastel-Sperrholz Pappel Platten vorgesehen. Diese Platten sind 420 mm lang, 297 mm breit und haben eine Materialdicke von 4 mm. Die Platten für die Kästen fertigt man in dem von Anatolij zur Verfügung gestellten Lasercutter. Um eventuelle Probleme vorzubeugen, beträgt die Höhe des Oberkastens 350 mm, die Länge 294 mm, die Breite 290 mm und die Materialdicke 4 mm.
Der Kasten in der Vorlage besteht aus vier Seitenwänden, einem Boden und einem Deckel (siehe Abb.1). In diesem Projekt ist der Kasten um 90 Grad um die Y-Achse gedreht. Somit entspricht der Deckel nun der Rückwand des Oberkastens. Der Boden in der Vorlage ist nun die Vorderseite, an der sich die Türen zum Öffnen befinden. Der Grund dafür wird später erläutert.
Abb.3: Grober Aufbau des Oberkastens aus der Perspektive der Rückwand
In Abb.3 ist nun der vorhergesehene Oberkasten aus der hinteren Perspektive zu sehen. Dabei handelt sich um den groben Aufbau des Oberkastens.
Der Boden des Oberkastens
Abb.4: Skizzenzeichnung der Bodenplatte des Oberkastens
In Abb.4 ist eine Skizzenzeichnung der Bodenseite des Oberkastens zu sehen. In der Skizze sind zwei Kreise und eine rechteckige Form abgebildet. Bei diesen Formen handelt es sich um Bohrungen und Aussparungen.
Die Kreise sind Bohrungen für die Motorpins. Die Motorpins ragen aus dem Unterkasten in den Oberkasten hinein. Die Motorpins haben einen Durchmesser von 6 mm. Die Bohrungen für die Motorpins haben einen Durchmesser von 6,5 mm, damit sich die Motorpins einwandfrei bewegen können. Die rechteckige Aussparung besteht aus einem großen Rechteck und zwei kleinen Quadraten. Das große Rechteck hat eine Länge von 50 mm und eine Breite von 40 mm. Die kleinen Quadrate haben eine Kantenlänge von 5 mm. Die kleinen Quadrate dienen als Befestigungs- und Positionshilfe für die Schräge. Das große Rechteck dient hauptsächlich zum Kabeldurchlauf vom Mikrocontroller im Unterkasten zum Abstandssensor in den Oberkasten. Durch die große Aussparung kann man gegebenenfalls Feinjustierungen bei dem Abstandssensor vornehmen. Weitere Details werden im dem nächsten Blogeintrag „Modellierung Teil 4: Die Schräge“ beschrieben.
In den Abb.5 und Abb.6 sieht man die Skizzen nochmal in dem Programm Fusion 360.
Abb.5: Skizze der Kreis Bohrungen in FusionAbb.6: Skizze der Aussparung in Fusion
Die Vorderseite des Oberkastens
Abb.7: Skizzenzeichnung der Vorderseite des Oberkastens
Die Abb.7 zeigt die Skizzenzeichnung der vorderen Seite des Oberkastens. An der vorderen Seite des Oberkastens befindet sich die Öffnung zum Hineinlegen von Paketen. Zudem sind dort die Türen verbaut, die sich nach außen hin öffnen und wieder schließen können. Das große Rechteck auf der vorderen Seite in Abb.7 stellt die Öffnung dar. Sie ist 20 mm von der oberen Kante, 75 mm von der unteren Kante sowie 33 mm von den Seitenkanten der vorderen Seite entfernt. Die Öffnung ist so groß, dass man ein kleines Paket hineinlegen kann.
Die Decke des Oberkastens
Abb.8: Skizzenzeichnung der Decke des Oberkastens
Die Abb.8 zeigt die Skizzenzeichnung der Decke des Oberkastens. Im Inneren des Oberkastens sind die zwei Kugellagerhalterungen an der Decke befestigt. Die Kugellagerhalterungen haben jeweils vier rechteckige Pins. Diese steckt man in die Deckenplatte hinein. An dem unteren Rand der Skizzenzeichnung sind jeweils vier kleine Rechtecke eingezeichnet. Sie sind 4 mm breit und ca. 7,67 mm lang und stellen die Steckverbindung für die Kugellagerhalterung dar.
Die linke und rechte Seitenwand
Abb.9: Skizzenzeichnung der rechten Seitenwand des Oberkastens
In Abb.9 sieht man die Skizzenzeichnung der rechten Seitenwand von der Vorderseite des Oberkastens. Die mit der Vorderseite verbunden Seitenwände sind identisch. Bis auf die veränderten Maße und der Drehung des Kastens, sind die Seitenwände unverändert zur Vorlage. Die beiden Seitenwände sind 290 mm breit und habe eine Höhe von 350 mm. In Abb.9 sieht man, dass die Rückwand an den Seitenwänden des Oberkastens anliegen. Daher beträgt die gesamte Länge des Oberkastens aus der Seitenperspektive 294 mm.
Die Rückwand des Oberkastens
Abb.10: Skizzenzeichnung der Rückwand des Oberkastens
Wie oben bereits beschrieben, ist der Deckel der Vorlage nun die Rückwand der Oberkastens. Der Grund dafür ist, dass man beim Zusammenbauen im Nachhinein die Rückwand als Letztes befestigt wird. Das bedeutet, dass zuerst alle anderen Platten zusammengeklebt werden. Dadurch, dass die Rückwand noch nicht befestigt wurde, kann man an allen Komponenten innerhalb des Oberkastens gegebenenfalls einige Einstellungen oder Optimierungen durchführen. Die Rückwand wird zum Schluss an den Oberkasten gesteckt.
In Abb.10 ist die Skizzenzeichnung der Rückwand zu sehen. In der Mitte der Rückwand befindet sich ein Quadrat. Die Kantenlänge beträgt 4 mm. Dieses Quadrat ist eine Aussparung.
Abb.11: Holzpin für die Rückwand
Die Abb.11 zeigt einen Holzklotz. Dieser Holzklotz dient als Pin, der in die Aussparung gesteckt wird. Dieser hat eine Länge von 8 mm und eine Breite und Höhe von 4 mm. Die Rückwand besteht aus zwei 4 mm dicken Platten. Die Platten sind unterschiedlich groß. Die größere Platte hat eine Länge von 350 mm und eine Breite von 290 mm (siehe Abb.10). Die kleinere Platte ist 342 mm lang und 282 mm breit. Auch die kleinere Platte hat dieselbe quadratische Aussparung in der Mitte. Diese zwei Platten sind aneinandergeklebt.
Abb.12: Schnittanalyse des Oberkastens
Die Abb.12 zeigt eine Schnittanalyse des Oberkastens. Während die große Platte auf den Seitenwänden des Oberkastens liegt, ragt die kleinere Platte in den Kasten hinein. Beim Kleben der beiden Holzplatten dienen der Holzpin und die entsprechenden Aussparungen als Hilfestellung. Dazu legt man die Platten so übereinander, dass die Bohrungen genau aufeinander liegen. Dann klebt man die Platten und den Holzpin miteinander fest.
