Der RFID-Sensor bietet die Möglichkeit Signale eines bestimmten Tags zu erkennen. Diese Signale werden für die Öffnung der Tür des Briefkasten genutzt, wenn der erkannte Tag autorisiert ist.
Der verbaute MFRC522 RFID-Sensor nutzt das SPI-Interface des Wemos D1 Mini und benötigt daher sieben verschiedene Pins um alle nötigen Daten zu übertragen. Die Schaltung muss, wie in Abb.1 zu sehen, verbunden werden, sodass der RFID-Sensor einwandfrei funktioniert.
Abb 1: RFID Schaltplan1
Im Programm wird zunächst überprüft, ob ein neuer RFID-Tag erkannt wird. Erkennt der RFID-Sensor einen neuen Tag, wird die Variable „ChipID” zurückgesetzt, um mögliche IDs aus vorherigen Erkennungen zu löschen. Folgend wird die ID des neu ausgelesenen Tags in „ChipID” gespeichert und zur Erkennung in der Konsole ausgegeben.
/* Nutzt RFID Sensor, um neu gelesenen Chip mit angegebener ChipID zu vergleichen.
* Wenn der passende Chip gelesen wird, wird true zurueckgegeben, sonst false.
*/
boolean RFIDDetected(){
if (mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()){
//ChipID wird resettet
chipID = 0;
mfrc522.PICC_ReadCardSerial();
// Neue ChipID in Variable laden
for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++){
chipID=((chipID+mfrc522.uid.uidByte[i])*10);
}
Serial.println(chipID);
Nach dem Auslesen der ID wird diese mit einem, im Programmkopf festgelegten, Array „grantedChipIDs” verglichen. Dieses Array enthält alle IDs, die dazu berechtigt sein sollen, die Tür des Briefkasten zu öffnen. Ist die neu ausgelesene „ChipID” in dem Array enthalten, wird der boolescher Wert „grant” auf „true” gesetzt.
//gelesene ChipID mit allen erlaubten ChipIDs vergleichen
boolean grant = false;
for(int i = 0; i < sizeof(grantedChipIDs); i++){
long tempChipID = grantedChipIDs[i];
if(chipID == tempChipID){
grant = true;
}
}
Im weiteren Verlauf wird „grant” genutzt, um als Rückgabevariable ein „true” oder „false” zurückzugeben. Ebenfalls wird in der Konsole eine Information zur Zulassung des Tags geschrieben. Wird kein Chip erkannt, wird dies ebenfalls auf der Konsole wiedergegeben und der Wert „false” zurückgegeben.
//Je nach Ergebnis des Vergleichs wird true oder false zurueckgegeben
if (grant){
Serial.println("Zugang gewaehrt!");
return true;
} else {
Serial.println("Chip hat keine Zugangsrechte!");
return false;
}
} else {
Serial.println("keinen Chip erkannt");
return false;
}
}
In Abb.2 ist die Konsolenausgabe nach dem Erkennen eines zugelassenen Tags zu sehen.
Abb. 2: Konsole nach Erkennung eines zugelassenen Tags
Abb.1: 3D Drucker “Elegoo Mars 2”1Abb.2: 3D-Drucksoftware “Chitubox” I Abb.3: 3D-Drucksoftware “Chitubox” II Abb.4: 3D-Drucksoftware “Chitubox” III
3D-Druck der Säulen
Die Säulen wurden mit einem Elegoo Mars 2 (siehe Abb.1) gedruckt. Dieser arbeitet mit flüssigem Resin, welches durch gezielte UV-Lichteinstrahlung aushärtet und somit präziser ist als ein Filament-Drucker. Das fertige 3D-Modell muss hierfür zuvor über die Software “Chitubox” gesliced werden. Ein Modell kann in der Software über das Symbol der drei Balken über “Open Project” geöffnet werden (siehe Abb.2). Die ausgewählten Modelle können über “Move” -> “Put on the plate” auf den Boden zentriert werden (siehe Abb.3). Vor dem Druck muss dann noch der 3D-Drucker ausgewählt werden (siehe Abb.4) und über “Slice” wird das Modell dann finalisiert und ist druckbereit.
Abb.5: 3D-Drucker “Dremel Digilab 3D45”2Abb.6: 3D-Drucksoftware “Dremel DigiLab 3D Slicer” I Abb.7: 3D-Drucksoftware “Dremel DigiLab 3D Slicer” II
3D-Druck der Schräge
Die Schräge wurde mit einem Dremel Digilab 3D45 (siehe Abb.5) gedruckt. Dieser arbeitet mit 3D-Druck Filament, welches stabiler ist, als der Resin-Druck. Über den Reiter “Move” -> Z = 0 (siehe Abb.6) kann ein bereits geöffnetes Modell in der “Dremel DigiLab 3D Slicer” Software auf den Boden fixiert werden. Über “Infill” (siehe Abb.7) lässt sich die Füllstärke einstellen, bei der Schräge wurde ein Infill von 50% verwendet, damit diese stabiler ist. Über “Prepare” (siehe Abb.7) wird das Modell fertiggestellt und ist danach druckbereit.
Bei dem Andreas’ und Arthurs letzten Besuch im Makerspace wurden wir darauf hingewiesen, dass es zu Problemen kommen kann, wenn die Stromversorgung des Briefkastens abbricht, während er offen steht. Da der Zustand der Tür bis zum diesem Zeitpunkt immer nur als Variable gespeichert wurde, wird dieser bei einem Neustart des Systems zurückgesetzt. In diesem Fall wäre es möglich die Tür nochmals zu öffnen, sodass sich die Tür überdreht.
Um das Problem zu lösen, haben wir die ESP_EEPROM Bibliothek genutzt. Sie ermöglicht es, Daten auf der Flash Memory zu speichern. Diese sind bei einem Systemneustart immer noch abrufbar. So können wir den Stand der Tür immer wieder aufrufen und stellen sicher, dass die Tür nur einmal geöffnet oder geschlossen werden kann.
Mit dieser Ergänzung ist der Programmcode vollständig und wir müssen ihn nur noch bei unserem nächsten Treffen testen.
Für die Modellierung sind Andreas Mohr und Artur Scheling zuständig. Das Modell des smarten Briefkastens unterteilt sich in zwei grobe Bereiche: Der Ober- und der Unterkasten. Andreas Mohr ist für die Modellierung des unteren Kastens verantwortlich. Artur Scheling für den Oberen.
Für die Modellierung des smarten Briefkastens wurde das 3D-Programm Fusion 360 von Autodesk verwendet. In Fusion 360 kann für jedes Projekt ein Team erstellen. Andreas Mohr hat ein Team erstellt und hat Artur Scheling als Mitglied des Teams hinzugefügt. Der Vorteil resultiert daraus, dass man gemeinsam an den 3D-Modellen arbeiten kann.
Für die Modellierung des smarten Briefkastens wurden folgende Werkzeuge und Funktionen in Fusion 360 verwendet:
Eine Skizze erstellen.
Bei der Modellierung von Objekten fängt man generell mit einer Skizze an.
Abb.1: Funktionssymbol zu „Skizze erstellen”
Um eine Skizze erstellen zu können, geht man in Fusion 360 oben unter den Reiter „Volumenkörper“. In Abb.1 sieht man einen Ausschnitt des Reiters. Dort befindet sich ganz links ein Quadratisches Symbol mit einem grünen Plus. Sobald man auf dieses Symbol klickt, wählt man eine Fläche oder Ebene aus. Dann gelangt man unter den Reiter „Skizze“ und ist somit im „Skizzen-Modus“.
Ein Punkt zeichnen.
Abb.2: Funktion Punkt in Fusion 360
Sobald man in dem „Skizzen-Modus“ ist, hat man verschiedene Möglichkeiten eine Skizze zu erstellen. Bevor man die eigentliche Form skizziert, sind gewisse Anhaltspunkte sehr hilfreich. Zum Skizzieren von Punkten geht man, wie in Abb.2 zu sehen, unter dem Dropdownmenü „ERSTELLEN“ auf die Funktion „Punkt“. Nun kann man Punkte in die Skizze hineinbringen.
Kreis und Rechteck über einen Mittelpunkt skizzieren.
Abb.3: Funktion ,,Mittelpunkt, Rechteck” im Dropdownmenü ,,ERSTELLEN”Abb.4: Funktion ,,Mittelpunkt, Durchmesser, Kreis” im Reiter ,,Skizze”
Wie bereits erwähnt sind Punkte eine gute Hilfe, um die Formen entsprechen zu positionieren oder eventuell auch zu bemaßen. Unter demselben Dropdownmenü „ERSTELLEN“ findet man unter dem Punkt „Rechteck“ die Funktion „Mittelpunkt, Rechteck“ (siehe Abb.3). Unter dem Punkt „Kreis“ oder direkt unter dem Reiter „Skizze“ findet man die Funktion „Mittelpunkt, Durchmesser, Kreis“ (siehe Abb.4). Mithilfe eines Punktes kann man mit den beiden Funktionen ein Rechteck oder Kreis aus der Mitte herauszeichnen.
Rechteck mit zwei Punkten.
Abb.5: Funktion ,,Rechteck mit zwei Punkten” im Reiter ,,Skizze”
Man kann ein Rechteck auch über die Funktion „Rechteck mit zwei Punkten“ erstellen. Die Funktion ist unter demselben Punkt wie „Rechteck, Mittelpunkt“ oder als zweite Funktion von rechts unter dem Reiter „Skizze“ zu finden (siehe Abb.5). Man wählt nun diese Funktion aus und klickt in der Skizze auf eine entsprechende Stelle. Nun kann man die Maus in eine Richtung bewegen und es bildet sich ein größenfrei bewegendes Rechteck. Durch einen weiteren Mausklick hat man dann eine Rechteck eingezeichnet. In Abb.6 kann man die Funktion noch mal in Aktion sehen.
Abb.6: Beispielzeichnung mit der Funktion ,,Mittelpunkt, Rechteck”
Linie erstellen.
Abb.7: Funktion ,,Linie erstellen” im Reiter ,,Skizze”
Die Funktion „Linie“ ist gut geeignet, falls man gewisse Formen manuell selber zeichnen möchte oder extra Konstruktionslinien benötigt. Zu finden ist sie unter dem Reiter „Skizze“ ganz links oder in dem Dropdownmenü „ERSTELLEN“ unter dem Punkt „Linie“ (siehe Abb.7).
Skizzenbemaßungen
Abb.8: Bemaßung einer Kante eines Rechtecks
Man hat nun eine Form eingezeichnet. Als nächstes folgt die Bemaßung. In dem Reiter „Skizze“ unter dem Dropdownmenü „ERSTELLEN“ findet man ganz unten die Funktion „Skizzenbemaßungen“. Bei dieser Funktion wählt man jeweils eine Kante der Form aus. Die Maßeinheiten sind in den Standarteinstellungen auf Millimeter eingestellt. Es lassen sich nicht nur Kanten, sondern auch Abstände zwischen Kanten und Punkten bemaßen. In der Abb.8 sieht man beispielhaft wie eine Kante eines Rechtecks bemaßt wird.
Extrusion
Abb.9: Funktion ,,Extrusion” in dem Reiter ,,Volumenkörper”
Man hat nun eine Skizze erstellt und bemaßt und möchte einen Körper erstellen. Dies lässt mithilfe der Funktion „Extrusion“ realisieren. Sowie die Abb.9 zeigt, befindet sich die Funktion rechts neben der Funktion „Skizze erstellen“. Man wählt zuerst die Fläche aus, die man extrudieren möchte. Dann klickt man auf die Funktion „Extrusion“.
Abb.10: Extrusion einer Fläche
In Abb.10 sieht man die Funktion nochmal in Aktion. Rechts in Abb.10 ist ein Fenster zu sehen. Dort sind Einstellungen bezüglich der Extrusion vorhanden, die man gegebenenfalls verändern kann.
Objekte ausrichten, verschieben und kopieren.
In Fusion 360 kann man Baugruppen und einzelne Komponenten beliebig drehen, verschieben und kopieren.
Abb.11: Kopieren einer Box erstellen
In dem Reiter „Volumenkörper“ findet man unter dem Dropdownmenü „ÄNDERN“ die Funktion „Verschieben/Kopieren“. Alternativ kann man auf der Computer Tastatur den Buchstaben „m“ als Shortcut drücken. Man wählt dann die Komponente aus, die man verschieben, drehen oder kopieren möchte. Die Abb.11 ist ein Beispiel wie man eine Komponente kopiert. Wichtig ist dabei, dass ein Haken bei dem Punkt „Kopie erstellen“ in dem Fenster gesetzt ist. In der Abb.11 ist dies rechts mit einer roten Markierung zu sehen. Ebenso sieht man, dass sich die Komponente auch verschieben und drehen lässt. Dies kann man entweder über die Pfeile (blauer Pfeil in Abb.11) oder über den entsprechenden Punkten in dem Fenster tun (rechts in der Abb.11).
Ebenso so nützlich ist die Funktion „Ausrichten“. Sie befindet sich direkt unter dem Punkt „Verschieben/Kopieren“ in demselben Dropdownmenü. Die Funktion dient dazu, Komponenten an andere Komponenten auszurichten. Dazu wählt man zuerst die Fläche oder Kante der auszurichtenden Komponente. Dann wählt man die Fläche oder Kante der Komponente, nach der sich die auszurichtende Komponente richten soll. Anschließend klickt man auf den „OK“-Knopf des Fensters ganz rechts (siehe Abb.12). Es kann durch aus sein, dass sich die Komponente nicht direkt so anordnet, wie man es gerne hätte. Daher muss man die Funktion mehrmals hintereinander ausführen. Die Abb.12 zeigt die Funktion noch einmal in Aktion.
Abb.12: Deckel einer Box an die Box ausrichten
Parameter ändern.
Wenn man die Konstruktionen parametrisiert hat, kann man im Nachhinein die Parameter verändern. Man hat beispielsweise ein Rechteck gezeichnet und möchte im Nachhinein die Bemaßungen nochmal ändern. So kann man dies im Reiter „Volumenkörper“ unter dem Dropdownmenü „ÄNDERN“ tun (siehe Abb.13).
Abb.13: Funktion ,,Parameter ändern” in dem Dropdownmenü ,,ÄNDERN”
In dem Dropdownmenü findet man als vorletzten Punkt „Parameter ändern“. Nach dem Klicken auf diesen Punkt öffnet sich ein Fenster. Dort sind alle Parameter in den entsprechenden Untermenüs zu finden.
Der zu erstellende Briefkasten findet seine Anwendung in Treppenhäuser in Stadtwohnungen. Eine vorhandene Stromzufuhr und eine ausreichende Internetverbindung sind Voraussetzungen dafür. Der Briefkasten soll gewisse Anforderungen erfüllen. Diese Anforderungen sind Funktionen und Eigenschaften. Dabei unterteilen sich die Anforderungen in Soll- und Kann-Zielen. Bei den Soll-Zielen handelt es sich um Funktionen und Eigenschaften, die der fertige Briefkasten am Ende haben muss. Bei den Kann-Zielen hingegen handelt es sich nur um Anforderungen, die nur eventuell umgesetzt werden. Sie sind jedoch kein Muss.
Soll-Ziele
Der Briefkasten soll Türen beinhalten, die sich nach außen hin öffnen und wieder schließen können. Ebenso soll der Briefkasten einen RFID-Sensor und ein Tastschalter beinhalten. Sobald ein passender Chip oder eine passende Karte von dem RFID-Sensor erkannt wurde, sollen sich die Türen öffnen. Der Tastschalter soll an der Außenwand des Briefkastens befestigt sein, sodass sich bei einem Knopfdruck die Türen wieder schließen.
In den Briefkasten sollen mindestens kleine Pakete hineinpassen können. Zudem soll der Empfänger über das Smartphone benachrichtigt werden, sobald sich mindestens ein Paket in dem Briefkasten befindet.
Kann-Ziele
Zu den Soll-Zielen kann der Briefkasten um folgende Funktionen erweitert werden:
Der Briefkasten kann eine LED-Lampe und einen Summer beinhalten. Während sich die Türen öffnen, leuchtet die LED auf und der Summer gibt ein lautes akustisches Signal ab. Diese dienen als Warnsignale um möglichen Gefahren zu vermeiden. Zudem kann ein Warnschild an den Briefkasten angebracht werden. Das Warnschild weist daraufhin, dass sich die Türen nach außen hin öffnen. Die Anbringung eines Not-Aus-Schalters ist ebenso möglich. Bei nicht vorhergesehenen Situationen wird der Briefkasten von der Stromquelle getrennt, sodass Gefahren vorgebeugt werden können.
Bis auf die Plexiglas-Türen sind Andreas und ich mit der Modellierung fertig. Endlich. Nach mehrfacher Absprache haben wir die einzelnen Teile und Komponenten nun fertig konstruiert. Andreas hat den unteren Kasten konstruiert und ich parallel den Oberen. Das heißt, dass als nächstes das Ausschneiden und Ausdrucken folgt.
Unsere gesamte Gruppe hat sich am Freitag (27.08) in der Uni in dem von Anatolij zur Verfügung gestellten Raum getroffen. Während Andreas und ich uns um den 3D-Druck und den Lasercutter beschäftigt haben, haben Anna und Pascal sich um die Elektronik gekümmert. Neben dem Ausschneiden der Holzteile, haben wir versucht bei einen der 3D-Drucker die geplante Schräge zu drucken. Nach ein paar kurzen Druck-Versuchen läuft jetzt der Druck flüssig ab. Laut der Anzeige auf dem 3D-Drucker würde der Druck insgesamt um die 20 Stunden dauern. Andreas und ich gehen am Montag nochmal hin und hoffen, dass das Ding fertig ist bzw. der Druck einigermaßen gut verlaufen ist.
Wir durften nicht nur den 3D-Drucker zum ersten Mal selbst bedienen, sondern auch den Lasercutter. Nach den kurzen Einweisungen und Hilfestellungen, konnten wir dann ein paar Teile für die Holkästen ausschneiden. Wir nutzen hierbei die vier Millimeter dicke Sperrholz Platten aus Pappelholz. Zudem haben wir zum ersten Mal auch die zu dem Lasercutter dazugehörige Software benutzt, mit der wir anfangs ein paar Schwierigkeiten hatten. Daher hatten die ersten Teile nicht die „korrekten“ Maße gehabt. Sprich, wir mussten ein paar Teile neu drucken. Das hat ein wenig Zeit gekostet. Daher sind wir nicht so weit gekommen wie wir es geplant hatten. Am kommenden Montag treffen Andreas und ich uns nochmal in der Uni und hoffen, dass wir dann alle Teile fertig ausschneiden können. Dann hätten wir zu mindestens schonmal alle Holzteile für die Kästen und die 3D-gedruckte Schräge fertig. Dann fehlt uns nur noch die Säulen und die Plexiglas-Türen. Wir haben nun bis zum kommenden Freitag Zeit alle Teile auszuschneiden und auszudrucken. Klingt erstmal stressig, aber ich bin guter Zuversicht, dass wir das schaffen.
Am letzten Freitag haben Andreas und ich mit der Modellierung begonnen. Zuerst haben wir geklärt wie wir den smarten Briefkasten bauen. Es wurde also geklärt wie groß der Kasten sein soll, welche Maßen der Kasten haben soll, an welchen Stellen die Elektronik platziert wird und viele weitere Dinge. Zudem haben wir uns schon mal Gedanken gemacht wie wir die Türen modellieren beziehungsweise wie wir es schaffen, dass die Türen sich am Ende öffnen und schließen können. Der smarte Briefkasten besteht aus zwei verschiedenen Kästen. Der obere Kasten ist der Stauraum für das Paket. In dem unteren Kasten befindet sich die Steuerungselektronik zum Öffnen des smarten Briefkastens.
Der Obere Kasten hat eine Höhe von 350 Millimeter. In der Länge und in der Breite hat der Kasten eine Kantenlänge von 290 Millimeter. Der untere Kasten hat eine Höhe von 100 Millimeter. In der Länge und in der Breite ist der untere Kasten identisch zum Oberen. Geplant ist, dass diese beiden Kästen aufeinander geklebt werden.
Während sich Andreas mit dem untern Kasten herumschlägt, darf ich den oberen Kasten konstruieren. Zum Modellieren verwenden wir das 3D-Programm Fusion 360 von Autodesk. Für die Konstruktion haben wir den von Anatolij Fandrich vorgefertigten Kasten genommen und haben die Parameter verändert.
Abbildung 1: Der untere Kasten
In Abbildung 1 sieht man den untern Kasten. Zu Sehen sind dort drei Bohrungen. Die Bohrung weiter unten im Bild dient für das Netzteil bzw. für die Stromversorgung der Elektronik. Die Bohrungen auf der oberen Seite des Kastens haben etwas mit den Motoren zu tun. Geplant ist, dass das Öffnen und Schließen der Türen über Motoren gesteuert wird. Das heißt pro Bohrung ragt jeweils ein Teil eines Motors heraus.
Abbildung 2: Das Innere des untern Kastens
In Abbildung 2 sieht man das Innere des unteren Kastens. An beiden Ecken unter den Bohrungen in Abbildung 1 sind dementsprechend die Halterungen für die Motoren dargestellt. Zudem sieht man an der Wand noch ein rechteckförmiges Loch. Dort soll später der Knopf zum Schließen der Türen angebracht werden. Es könnte sein, dass sich dort noch ein paar Dinge ändern (beispielsweise die Maße oder Position). Wie bereits erwähnt kommt in diesen unteren Kasten fast die ganze Elektronik hinein. Dabei wird die Elektronik an der Decke des Kastens befestigt. Grund dafür ist, dass wir eventuell den unteren Kasten nochmal öffnen wollen, um ein paar Sachen einzustellen oder zu befestigen.
Was noch hinzu kommt ist eine weitere Bohrung auf die obere Seite des Kastens in der Mitte zwischen den Motorhalterungen. Dort sollen nämlich Kabel durchlaufen zwischen dem Mikrokontroller und dem Abstandssensor, der sich im oberen Kasten befindet. Außerdem wird noch eine Bohrung für den RFID-Reader angelegt.
Abbildung 3: Der obere KastenAbbildung 4: Schnittanalyse zwischen oberen Kasten und der Schräge
In Abbildung 3 sieht man Teile des oberen Kastens und die Schräge. Der obere Kasten dient als Stauraum für Pakete. Bislang habe ich die Maße des Kastens angepasst und die Schräge entworfen. An der unteren Seite der Schräge befindet sich eine Ausstanzung. In dieser Ausstanzung wird später der Abstandssensor befestigt. Dieser soll dann ein Signal geben sobald ein Paket hineingelegt wurde. An der Stelle an der die Ausstanzung liegt, befindet sich ein rechteckiges Loch auf dem Boden des oberen Kastens, welches in den unteren Kasten führt (siehe Abbildung 4). Dadurch soll ermöglicht werden, dass die Kabel durchlaufen können und gegebenenfalls Einstellungen vorgenommen werden können.
Als Nächstes müssen die Bohrungen an den Seiten angelegt werden, damit dort die Pins der Motoren hineinragen. Diese Pins werden mit Säulen verbunden. Die Türen des Briefkastens werden dann an den Säulen befestigt. Als Türen verwenden wir Plexiglas-Platten.
Andreas und ich wollen am Freitag die Teile fertigen. Das heißt bis dahin muss die gesamte Modellierung fertig sein. Modelliert werden müssen noch die Bohrungen für die Motoren, die Plexiglastüren, die Säulen und eine Öffnung, in der sich die Plexiglastüren befinden. Für besseren Halt der Säulen werden an der Decke Kugellager eingebaut, die mit den Säulen verbunden sind.
Andreas und ich müssen uns jetzt echt in Zeug legen, damit wir das bis Freitag alles durch haben. Genauere Details folgen später in der Dokumentation zur Modellierung.
In Abb.1 ist eine grobe Skizze des Paketbriefkastens zu sehen. Das Gehäuse des Paketbriefkastens besteht aus dünnen Holzplatten. Das Innere des Kastens besteht aus zwei unterschiedlich großen Räumen, die übereinander liegen. In dem unteren Raum befinden sich einige Elektronikelemente. Dabei sind dies im Wesentlichen die Steuerelemente. Dieser Raum ist nur so groß, dass alle notwendigen Komponenten hineinpassen. Der obere Raum ist der Stauraum für das Paket. Auf einer Seite befinden sich etwas oberhalb des Raumes zwei gleichgroße Plexiglasplatten. Diese Plexiglasplatten dienen als Türen für die Öffnung und Schließung des smarten Briefkastens, wobei sich diese Türen nach außen hin öffnen. Direkt unter den Plexiglastüren befindet sich eine Schräge, sodass beim Einlegen das Paket auf den Boden des Raumes gleitet. Am unteren Ende des Raumes befindet sich ein Abstandssensor. Sie sendet ein Signal an das jeweilige Steuerelement, sobald sich ein Paket in dem Raum befindet. An der Außenseite befinden sich ein RFID-Sensor und ein Tastschalter. Der RFID-Sensor wird zum Öffnen des Paketbriefkastens benutzt. Der Tastschalter hingegen zum Schließen des Paketbriefkastens, sobald man ein Paket hineingelegt hat. Weitere Details werden später in einem genauer beschriebenen Blogeintrag erläutert.
In diesem Projekt geht es um den Entwurf eines smarten Briefkastens für Pakete.
Man hat ein Paket bestellt und ist zur Lieferungszeit nicht anwesend. Der Lieferant kann nun über einen RFID-Chip oder RFID-Karte den Briefkasten öffnen und das Paket dort hineinlegen. Daraufhin wird ein Knopf zum Schließen des Briefkastens betätigt. Sobald das Paket in dem Kasten liegt, wird der Empfänger über das Smartphone benachrichtigt. Anschließend kann der Empfänger den Briefkasten über das Smartphone öffnen und das Paket entnehmen. In diesem Briefkasten können kleine bis mittel große Pakete hineingelegt werden.
Der Zusammenbau erstreckte sich über mehrere Tage, wobei dies keine hintereinander folgende Tage waren. Dabei wurde neben dem Zusammenbauen der beiden Kästen auch die Elektronik und ihre Funktionsweisen getestet.
Zusammenbau der beiden Kästen
Bis auf die Schräge, die Säulen, den Plexiglastüren und der Elektronik besteht der smarte Briefkasten aus Holzplatten. Bei den Holzplatten handelt es sich um Bastel-Sperrholz Platten, die 420 mm lang, 297 mm breit und 4 mm dick sind. Zum Ausschneiden der Holzplatten wurde der von Anatolij Fandrich zur Verfügung gestellte Makeblock Laserbox Pro verwendet. Die Schräge und die Säulen wurden mit jeweils mit einem 3D-Drucker gedruckt.
Zuerst wurde der Unterkasten gefertigt. Danach der Oberkasten. Die meisten Steckverbindungen lagen lose ineinander, sodass alle Holzplatten mit Holzleim geklebt wurden. Dazu gehören auch die Teile für die Motor- und Kugellagerhalterungen.
Bei dem Unterkasten wurden zuerst jeweils zwei Seitenwänden aneinandergeklebt. Dann wurden die Seitenwänden mit dem Boden des Unterkastens geklebt. Darauf folgte die Befestigung der Motorhalterungen und das Aneinanderkleben der zwei Holzplatten für den Deckel. Durch die quadratischen Bohrungen in den beiden Platten des Deckels und dem Holzpin, konnten die beiden Platten möglichst genau verleimt werden. Beim Kleben wurden die Platten so übereinandergelegt, dass die beide Bohrungen aufeinander waren. Gleichzeitig wurde der Holzpin mit hineingeklebt.
Abb.1: Unterkasten ohne Deckel
Die Abb.1 zeigt den zusammengebauten Unterkasten ohne Deckel, mit den hineingelegten Motoren und einem Tastschalter. Die Abb.2 zeigt den Unterkasten inklusive des Deckels. Wie es in den Blogeinträgen zur Modellierung bereits beschrieben wurde, ragen die Pins von den Motoren in den Oberkasten hinein. Die Motoren selbst jedoch befinden sich im Unterkasten.
Abb.2: Unterkasten mit Deckel
Beim Zusammenbauen des Oberkastens wurde zuerst die Schräge auf den Boden des Oberkastens eingebaut. Dabei wurde statt Holzleim Sekundenkleber verwendet, damit die Schräge auch wirklich haftet. Daraufhin wurde die Vorderseite des Oberkastens geklebt. Beim Kleben der Vorderseite wurde Sekundenkleber und Holzleim verwendet. Dabei wurde der Sekundenkleber auf die Seitenwand der Schräge und der Holzleim auf die Holz-Steckverbindungen der Bodenplatten verteilt. Durch die bereits befestigte Schräge wurde die Anbringung der Vorderseite einfacher. In Abb.3 sieht man wie die Bodenplatte, die Schräge und die Vorderseite miteinander verklebt sind.
Abb.3: Anfang des Zusammenbaus des Oberkastens
Als Nächstes folgte dann die Klebung der Seitenwände neben der Vorderseite des Oberkastens. Beim Kleben der Seitenwände hat man den Kasten auf die Seite gelegt. Dadurch kommt etwas Gewicht auf die Holzplatten, sodass die Seitenwände am Ende richtig befestigt sind. Das Kleben der beiden Holzplatten für die Rückwand entsprach das Kleben des Deckels des Unterkastens. Der einzige Unterschied war die Plattengröße.
Abb.4: Verbindungsstelle zwischen Unter- und Oberkasten
Der Deckel des Unterkastens wurde mit dem Boden des Unterkastens verklebt. Beim Aufeinanderlegen der beiden Kästen mit den Motoren ist leider festzustellen, dass der Oberkasten eine längere Seitenmaße hatte und dass die Motoren etwas zu weit aus dem Unterkasten hinausragen. Das bedeutet, dass die beiden Kästen nicht perfekt übereinander liegen. Die Vorderseite des Oberkastens sitzt nicht ganz auf dem Unterkasten und ragt dazu etwas über den Rand des Unterkastens hinaus. Daher wurde beim Verleimen nur ein Teil der Flächen mit Leim versehen. Beobachten lässt sich dies in Abb.5 und Abb.6. In Abb.4 kann man sehen, dass der Deckel des Unterkastens nicht ganz auf dem Unterkasten liegt. Wie erwähnt gibt es einen Konstruktionsfehler, bei dem die Motoren etwas zu weit nach oben ragen. Da der Deckel des Unterkastens mit dem Boden des Oberkastens verleimt ist, liegt der Deckel des Unterkastens nicht richtig auf dem Unterkasten.
Schließlich wurde die Decke des Oberkastens geklebt. An der Decke wurden zuvor die Kugellagerhalterungen verleimt und jedes Kugellager jeweils mit einem 608 ZZ Kugellager gefüllt, sodass man beim Einbauen der Säulen nur die Pins der Säulen in die Kugellagerhalterungen hineinstecken kann. In Abb.5 und Abb.6 sieht man die beiden zusammengeklebten Kästen aus zwei Perspektiven. Die Rückwand des Oberkastens ist nicht verleimt. Sie wird einfach an der Oberkasten gesteckt.
Abb.5: Die beiden Kästen aus der vorderen PerspektiveAbb.6: Die beiden Kästen aus der hinteren Perspektive
Die beiden Säulen sind jeweils aus drei Teilen zusammengebaut. Die 3 mm dicken Plexiglasplatten passten nicht in die Einkerbungen. Daher mussten die Säulen mit Pfeilen etwas nachbearbeitet werden. Anschließend wurden die jeweils drei Teile der Säulen nacheinander an den Plexiglasplatten verklebt. Hierbei wurde wieder der Sekundenkleber eingesetzt. In Abb.7 sieht man die beiden Säulen mit den verklebten Plexiglastüren.
Abb.7: Die Türen und Säulen
Die beiden Säulen in Abb.7 sind mit den Kugellagern in den Kugellagerhalterungen und den Motorpins im Innenraum des Oberkastens verbunden. Dabei wurden die Säulen zuerst mit den Kugellagern verbunden. Anschließend wurden die Motoren von unten in den Oberkasten hinein gesteckt und die Motorpins wurden in die Säulen gesteckt.
Zusammenbau der Elektronik
Für die Elektronik wurden insgesamt zwei ESP 8266 D1 Mini Mikrocontroller genutzt, da einer die Last des Programms nicht tragen konnte. Der erste Schaltkreis besteht aus einem Mikrocontroller und dem Abstandssensor. Durch diesem wird das Paket erkannt und der Nutzer durch eine Benachrichtigung der Blynk App informiert. Der Mikrocontroller ist lediglich mit dem Abstandssensor über die Pins „A0″ zur Datenübertragung, „5V” und „GND” verbunden. Diese drei Anschlüsse sind ebenfalls in Abb.11 erkennbar.
Der zweite Schaltkreis ist umfangreicher als der erste und besteht aus einem Mikrocontroller, dem RFID-Sensor, dem Motorshield, dem Tastschalter und der beiden Motoren.
Abb. 8: Tripler Base 1
Um alle elektronischen Einzelteile miteinander verbinden zu können wurde eine Tripler Base genutzt. Diese ist in Abb. 8 zu sehen. Sie streckt die Pins des Mikrocontrollers, sodass insgesamt drei Shields gleichzeitig genutzt werden können. Die jeweils äußeren Reihen an den einzelnen drei Bases, wurde mit einer achter Stifteleiste verlötet. So konnte der Mikrocontroller auf die linke Base gesteckt werden. Hierdurch wurde jeder Pin mit dem gleichen Pin auf den anderen Bases verbunden. Zusätzlich konnten die unteren drei Reihen an jeder Base, welche mit „GND”, „3″ und „5″ beschriftet sind genutzt werden, um Ground, 3,3 Volt und 5 Volt weiterzureichen. Das Motorshield wurde daraufhin auf die mittlere Base gesteckt. Die mit dem RFID-Sensor verbundenen Kabel wurden in die Steckleiste gesteckt, die an den Mikrocontroller gelötet ist. Der Steckplan ist in dem Eintrag zum RFID-Sensor zu finden. Die Motoren und die Batteriebox wurden, wie in dem Eintrag zu den Motoren zu sehen, an das Motorshield verbunden. An den Tastschalter wurde ein Steckkabel gelötet, welches mit dem Pin „D0″ in der Steckleiste des Mikrocontrollers verbunden wurde. Dieses Steckkabel ist über dem Tastschalter mit einem der blauen Kabel verbunden, welches getrennt wurde. Zwischen den beiden Hälften des Kabels wurde ein Widerstand gelötet und das Ende des Kabels wurde an eine der Ground Leisten der Tripler Base gelötet. Ein weiteres Kabel wurde an ein Bein der zweiten Reihe des Tastschalters und an einer der 5 Volt Leisten der Tripler Base gelötet. Die fertig bearbeitete Tripler Base ist in Abb. 9 abgebildet.
Abb. 9: Nahaufnahme der Tripler Base
Die fertige Schaltung ist in Abb. 10 zu sehen.
Abb 10: Schaltkreis 2
Anbindung der Elektronik an die Kästen
Der RFID-Sensor und der Abstandssensor sind mit Heißkleber und der Tastschalter ist mit Sekundenkleber befestigt. Die Batterie-Box für das Motor-Shield ist mit Isolierband an einer Seitenwand des Unterkastens befestigt. Die Motoren befinden sich lose in den jeweiligen Halterungen. Die restliche Elektronik sitzt ebenso lose im Unterkasten. Die Verbindungen vom Abstandssensor zum Mikrocontroller und von den Motoren zu dem Motor-Shield besteht jeweils aus zwei Female-Male Jumper Kabel. Diese erleichtern das Abnehmen des Oberkastens vom Unterkasten, da beim Abnehmen des Oberkasten die Verbindungen der Motoren und des Abstandssensor unterbrochen werden müssen.
Der Abstandssensor ist in der Aussparung der Schräge befestigt. Die Pins des Abstandssensors sind um 90 Grad gebogen, damit es keine Probleme mit den Verbindungskabel gibt. In Abb. 11 sieht man wie der Sensor eingebaut ist.
Abb. 11: Der befestigte Abstandssensor
In Abb. 12 ist, bis auf den Abstandssensor und dem zugehörigen Mikrocontroller, die gesamte Elektronik im Unterkasten zu sehen.
Abb. 12: Die gesamte Elektronik im UnterkastenM1: Video zur Inbetriebnahme
