Einleitung
Nachdem wir geplant hatten welche Funktionen unsere Mülltonne alles haben soll, stellten wir eine Liste zusammen mit welcher Hardware wir diese Funktionen umsetzen könnten. Zuerst einmal brauchten wir einen Schalter, durch den man erkennen kann, wann die Mülltonne geöffnet ist und wann sie geschlossen ist. Für die Erkennung der Gegenstände im Mülleimer hatten wir geplant einen Infrarot-Sensor zu benutzen, jedoch waren wir uns unsicher, ob dieser z.B. durchsichtiges Plastik erkennen kann. Damit man die Mülltonne nicht öffnen muss, um den Füllstand zu sehen, wollten wir ein Display im Deckel anbringen, auf dem der Füllstand angezeigt werden sollte. Um zusätzliche Informationen zu dem Füllstand zu bekommen haben wir außerdem geplant einen Gewichtssensor unten im Boden anzubringen. Das Problem was wir erkannten war, dass unsere Ideen nur funktionieren, wenn die Mülltonne auch immer wieder vollständig geschlossen wird, nachdem sie benutzt wurde. Deswegen haben wir auch überlegt einen Motor zu benutzen, der den Deckel automatisch schließen würde, jedoch haben wir diese Idee schnell wieder verworfen, da wir nicht wussten, wie wir die Sicherheit gegenüber Tieren und Menschen gewähren können. Außerdem ist ein Motor zu viel Aufwand für zu wenig Nutzen.
Anschließend haben wir schonmal eine Liste von möglicher Hardware aufgestellt und wo man diese zu welchem Preis kaufen könnte. Jedes Gruppenmitglied hatte danach die Aufgabe bekommen nochmal zu recherchieren und weitere Ideen zu sammeln.
Verbesserung der Ideen
Zwei Wochen später haben wir uns dann nochmal getroffen, um unsere Ideen zu bestätigen oder zu verbessern. Wir hatten uns überlegt einen Arduino Uno zu benutzen, da wir noch einen zu Hause rumliegen hatten. Außerdem wollten wir lieber Ultraschallsensoren statt eines Infrarot-Sensors benutzen. Diese Ultraschallsensoren sollten im Deckel und an den Seiten der Mülltonne angebracht werden, um eine möglichst gute Einschätzung über den Füllstand der Mülltonne zu bekommen. Die Sensoren sollten mithilfe eines Multiplexers an den Arduino angeschlossen werden und mit kurzen Verzögerungen hintereinander angesteuert werden, damit sich die Ultraschallwellen nicht gegenseitig stören. Die Idee mit dem Gewichtssensor haben wir ebenfalls ausgeschlossen, da die Gewichtssensoren selbst für ein Modell viel zu teuer sind und später im finalen Produkt den Großteil des Preises einnehmen würden. Das Display wollten wir ebenfalls nicht mehr benutzen, da der Aufwand sich nicht lohnen würde nur um den Füllstand anzuzeigen, den man auch problemlos auf der Webseite nachgucken kann.
Daraufhin haben wir eine Liste mit konkreter Hardware zusammengestellt. Insgesamt kamen wir auf einen Preis von 60 Euro. Im Folgenden haben wir die Liste an Anatolij geschickt, um eine Rückmeldung zu unserer bisherigen Planung zu bekommen.
Feedback zu unserer Planung
Anatolij wies uns darauf hin, dass wir eine zusätzliche Spannungsquelle brauchen, um mehrere Ultraschallsensoren mit ausreichender Spannung zu versorgen. Außerdem hatten wir den falschen Arduino Uno verlinkt, sodass wir einen ohne Wlan-Modul ausgewählt hatten. Uns wurde auch noch ein ESP32 empfohlen, welcher noch im Makerspace zu verfügen steht und ebenfalls wurde uns empfohlen die verfügbaren Schalter im Makerspace auszuprobieren. Daraufhin haben wir eine neue Liste an Bestellungen zusammengestellt und bestellt. Das Einzige was wir jetzt bestellen mussten waren ein paar Ultraschallsensoren, von denen alle, bis auf einer, Ersatz sind und ein paar Level Converter, um die Spannung des ESP32 von 3.3V auf 5V zu erhöhen, da uns Anatolij dieses Vorgehen vorgeschlagen hatte. Insgesamt kamen wir auf einen Preis von nur 6 Euro.
Nachdem die Bestellungen ankamen und wir einen Termin gefunden hatten, an dem wir ins Makerspace gehen konnten, haben wir uns dort getroffen und die erste Schaltung auf einem Steckbrett zusammengesetzt.
Unsere erste Schaltung
Kern der Schaltung ist der Lolin ESP32 dieser ist über den GND Pin mit dem Level Shifter und dem Ultraschallsensor verbunden. Außerdem ist der Level Shifter am 3V Pin des ESP32 angeschlossen. Die Pins 5 und 18 des ESP32 sind ebenfalls mit dem Level-Shifter verbunden und dann vom Level Shifter mit dem Ultraschallsensor verbunden. Wir haben daraufhin unseren Testcode ausprobiert und nichts hat funktioniert. Der ein oder andere der sich mit Schaltungen auskennt, wird wahrscheinlich schon fragen, was für einen Müll wir hier gemacht haben.
Das Problem dieser Schaltung ist, dass wir keine Ahnung hatten, wie ein Level Shifter funktioniert. Denn ein Level Shifter benötigt ebenfalls die Ausgangsspannung, zu der geshiftet wird. Das heißt, dass wir ebenfalls eine 5V Spannungsquelle brauchen, und dieses Problem wollten wir eigentlich mit dem Level Shifter umgehen. Da uns auf die Schnelle nicht eingefallen ist haben wir die Schaltung mit nach Hause genommen.
Unsere zweite Schaltung
Am selben Tag ist uns noch eingefallen, dass wir für das Winterprojekt ein ESP8266 bekommen haben und dass dieser ein 5V Pin hat. Wir haben dann den ESP32 durch den ESP8266 ausgetauscht. Ebenfalls brauchten wir jetzt keinen Level Shifter mehr. Zu unserem Glück funktionierte die Schaltung und der Ultraschallsensor hat erste Werte ausgegeben, jedoch wurden, wie im Datenblatt angegeben, Werte unter 3cm nicht erkannt. Da wir den Schalter vergessen hatten, sind wir in den nächsten Tagen nochmal zum Makerspace gefahren. Dort haben wir den Schalter in die Schaltung mit eingebaut und an den Ultraschallsensor noch zwei Widerstände angeschlossen, da wir bei unseren Recherchen noch herausgefunden hatten, dass wir den Echo Pin des Ultraschallsensors nicht direkt mit dem Pin des ESP verbinden sollen, aufgrund von Spannungsunterschieden (Link: HC-SR04 – Let’s Control It (letscontrolit.com)).
Finalisierung der Schaltung
Nachdem wir uns die nächsten Wochen mit dem Schreiben des Codes, der Erstellung der Modelle beschäftigten und die Tests alle erfolgreich waren, haben wir uns entschlossen die Schaltung vom Steckbrett auf eine kleine Platine zu löten. Damit der Deckel auch als geschlossen angesehen wird, wenn der Deckel nicht ganz fest ist, haben wir uns dazu entschlossen auf beiden Seiten des Deckels einen Schalter anzubringen.
Das Löten der Platine hat leider nicht so gut funktioniert, obwohl wir gar nicht so viel gelötet werden mussten. Wir hatten leider keine Ahnung, wie wir die Verbindungen der einzelnen Lötstellen herstellen sollten, ohne dass es zu einem Kurzschluss kommt. Nachdem wir eine bisschen mit der Lochrasterplatine und den Kupferdrähten rumprobiert hatten und unsere Platine völlig verhunzt war, haben wir uns entschlossen einfach ein paar Kabel zusammen zu löten und dann Klebeband zur Isolation zu benutzen. Zum Glück hatten wir aus Vorsorge den Deckel der Mülltonne besonders groß gemacht, damit wir viel Platz für den Mikrocontroller haben.
Einsetzen der Schaltung in unser Modell
Die Kabel im Deckel haben wir mit Klebeband fixiert, jedoch hatten wir nun das Problem, dass das Loch im Deckel zu klein war, wenn wir den Sensor am Deckel befestigen wollen. Der Sensor hat nämlich jetzt leicht den Rand des Loches erkannt und somit falsche Messwerte zurückgegeben, obwohl wir das Loch extra besonders groß gemacht hatten. Temporär haben wir jetzt den Sensor etwas tiefer mit Klebeband befestigt, damit die Mülltonne trotzdem funktioniert.
Finale Problemlösung
Wir haben zunächst versucht mithilfe eines Holzbohrers ein Loch in den Deckel zu bohren. Da das Holz aber so dünn und weich ist, konnte man mit einem Cuttermesser viel leichter ein Loch schneiden. Am Ende musste nur noch der Rand abgefeilt werden.
Die Halterung des Sensors haben wir mit einer Stütze befestigt und festgeklebt. Die Stütze besteht aus PLA, welches wir noch aus anderen Projekten übrig hatten und eine Halterung für einen Monitor hätte sein sollen, die jedoch zu groß gedruckt worden ist. Die Halterung für den Sensor hat Krischan auf Thingiverse rausgesucht und ausgedruckt. Zum Abschluss haben wir noch ein bisschen Kleber an der Position des Tasters auf das Modell gemacht, damit der Schalter zuverlässiger gedrückt wird.
Das fertige Modell
Nach dem Kleben hat alles funktioniert bis auf der Ultraschallsensor. Dieser hat nun keine vernünftigen Werte mehr ausgegeben. Das Problem konnte jedoch behoben werden, indem wir das Loch für den Ultraschallsensor manuell größer gemacht haben.
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