Bei der Modellierung des 3D-Drucks haben wir uns am folgenden Video orientiert:
Tutorial des Getränkewächters
Das 3D-Modell für den Smarten Getränkewächter habe ich mithilfe von BlocksCAD erstellt. Bei der Modellierung musste ich die Maße der Komponenten miteinbeziehen, damit diese eine gute Passform haben. Zunächst habe ich einen Zylinderkörper benutzt, der etwas mehr als die Tiefe und Durchmesser des Gummiuntersetzers hat, damit dieser dort hineingesetzt werden kann. Ein Würfelelement in Form des Switches wurde von dem Boden des Zylinders differenziert, damit dieser nicht absteht, sondern im Modell eingebunden ist. Ein Teil des Würfels steht am Boden des Zylinders ab, damit es leichter ist den Switch mit dem Mainboard zu verbinden. Durch einen weiteren Zylinderkörper wurde eine Art Rand am oberen Teil des ersten Zylinders hinzugefügt. Durch diesen Rand kann das 3D-Modell später fest in das Holzgehäuse, welches eine passende Öffnung für das Modell hat, gelegt werden.
Der smarte Getränkewächter besteht aus folgenden Materialien: ein Infrarot-Thermometer IR-Sensor, der Wemos D1 Mini, ein Mikroschalter, ein Glasuntersetzer und Holz.
Anforderungen, die der smarte Getränkewächter können muss werden im Folgenden erläutert. Das Ziel des Getränkewächters ist es, Personen zu benachrichtigen, wenn ein heißes Getränk abgekühlt ist, bzw. die gewünschte Temperatur erreicht hat. Die Benachrichtigung soll über die App Blynk erfolgen. Es ist fähig, verschiedene Benachrichtigungen bei Erkennung verschiedener Temperaturen zu setzen.
Anforderungen, die der smarte Getränkewächter können sollte sind, dass er einfach zu bedienen und optisch ansprechend sein sollte. Außerdem sollte das Gehäuse stabil sein, falls die Tasse schwer ist. Es wäre vorteilhaft, wenn der Getränkewächter nicht zu groß ist, weil es sonst zu viel Platz einnehmen würde.
Anforderungen, die der smarte Getränkewächter könnte, sind, dass falls genügend Zeit besteht, weitere Funktionen zu implementieren, wie das Abspielen eines Signaltons. Dies wäre sinnvoll, da das Produkt somit auch für blinde Menschen nützlich wäre. Zudem haben wir in Betracht gezogen, Benachrichtigungen in Form eines Lichtsignals zu übermitteln, wenn das Getränk die gewünschte Temperatur erreicht.
Darüber hinaus sind die funktionalen Anforderungen des Getränkewächters, dass er die Temperatur des Getränks ermitteln muss und eine Benachrichtigung bei der gewünschten Temperatur übermitteln und fähig sein muss, Temperaturänderungen sichtbar zu machen. Nichtfunktionale Anforderungen sind hingegen, dass wenn die Batterien leer sind, dass wenn das Getränk zu weit vom Sensor entfernt ist, es Schwierigkeiten beim Erfassen der Temperatur gibt.
Das Projekt “Smarter Getränkewächter” entsteht im Rahmen der Veranstaltung “Soft Skills und Technische Kompetenz” im Sommersemester 2022 an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg. In diesem Blog ist die Entwicklung des Projektes dokumentiert.
1.1 Motivation
Eine heiße Tasse Kaffee oder Tee wird zum Abkühlen abgestellt und dann vergessen. In der Folge kühlt das Getränk nach einigen Stunden ab und man ist verärgert darüber, es nicht rechtzeitig getrunken zu haben.
Der Smarte Getränkewächter löst das alltägliche Problem, indem er die Temperatur des Getränks in Echtzeit überwacht und die NutzerInnen über die App Blynk benachrichtigt, falls das Getränk droht abzukühlen.
1.2 Erster Entwurf
Im ersten Entwurf besteht der Smarte Getränkewächter aus einem Buzzer und einem Temperatur-Sensor. Der Getränkewächter soll die Größe einer gewöhnlichen Walnuss besitzen. Dabei ist der Wächter am Tassenrand befestigt, sodass der Temperatur-Sensor in die Tasse hineinragt und mit dem Getränk in Berührung kommt.
Über ein mobiles Endgerät, wie einem Handy, welches die App Blynk installiert hat, kann die Temperatur des Getränks abgerufen werden, da sich sowohl das Handy als auch der Getränkewächter im selben WiFi-Netz befinden. Über Blynk kann man eine Temperatur einstellen, bei dem der Getränkewächter ein akustisches Signal aussendet, um die Person auf das Getränk aufmerksam zu machen.
Abbildung 1: Skizze des ersten Entwurfs (Quelle: Thi Mai Linh Nguyen/eigene Skizze)
1.3 Anpassungen
Das Team hat sich im Internet nach ähnlichen Projekten umgeschaut, um die Umsetzung des Getränkewächters zu planen.
Das Projekt “Arduino Drink Temperature Monitor” von Make Fun Stuff ist eine große Inspiration für dieses Projekt.
Quelle: Make Fun Stuff: Arduino Drink Temperature Monitor, URL: https://youtu.be/4gJ1Rk6mqHM (abgerufen am 19.08.2022)
Auf die Umsetzung des Getränkewächters in der Größe einer Walnuss wurde verzichtet, da keine Arduino-Bauteile in dieser Größe gefunden wurden. Stattdessen soll der Getränkewächter ein großes Gerät sein in der Form einer Box, wo man eine Tasse darauf abstellen kann.
Die Temperatur soll über einen Infrarot-Sensor gemessen werden statt mit einem Thermometer. Der Sensor soll unterhalb der Tasse platziert sein und von dort aus die Temperatur messen. Um den Sensor und die Arduino-Bauteile unterhalb der Tasse zu schützen, werden eine Kunststoffschale und Tassenuntersetzer auf der Oberseite des Getränkewächters befestigt, sodass die Tasse nicht direkt mit den empfindlichen Teilen des Getränkewächters in Berührung kommt (siehe Abbildung 2 und 3).
Abbildung 2: Skizze des angepassten Entwurfs, Querschnitt (Quelle: Thi Mai Linh Nguyen/eigene Skizze)
Abbildung 3: Skizze des ersten Entwurfs, Obersicht (Quelle: Thi Mai Linh Nguyen/eigene Skizze)
Die Benachrichtigung soll nun direkt über eine gängige Push-Benachrichtigung am Handy geschehen, statt über ein akustisches Signal von einem Buzzer, da die Steuerung und Einstellung der Temperatur des Getränkewächters ebenfalls über das Handy geschieht.
Erste Phase: Vorbereitungsphase (Abbildung 1, erster Abschnitt)
Am 14.06.2022 wurde eine WhatsApp-Gruppe erstellt mit dem Ziel zunächst unabhängig voneinander Ideen zu sammeln und sich zu erkundigen, wie die Ideen umgesetzt werden könnten. Jedes Gruppenmitglied stellt schon im Voraus eine Liste an benötigten Materialien bereit, sodass nach der Festlegung auf ein Projekt (am 30.06.2022), direkt mit der Bearbeitung begonnen werden kann.
Zweite Phase: Bearbeitungsphase (Abbildung 1, zweiter Abschnitt)
Am 30.06.2022 werden alle Ideen in einem Discord-Call besprochen und vorgestellt. Es wird sich auf eine Idee geeinigt und die Materialien werden sofort bestellt. Es wird besprochen, welche Komponenten des Projekts mit einem 3D-Modell bzw. mit Holz umgesetzt werden können. Bei der Aufteilung der Aufgaben wird beschlossen, dass jemand für die Umsetzung einer Kunststoffschale mit einem 3D-Drucker verantwortlich sein wird und eine weitere Person für die Holzbox zuständig sein wird.
Parallel dazu wird mit der Dokumentation im Blog angefangen und auf Github wird ein Repository angelegt, wo wichtige Dateien abgelegt werden. Eine Person ist hierbei der Software-Experte bzw. die Expertin und kontrolliert die Software.
In dieser Phase finden regelmäßig Treffen im Makerspace statt, um praktisch an dem Projekt zu arbeiten und um Probleme zu besprechen.
Ziel ist es hier die Kernfunktionen des Geräts zu testen und funktionstüchtig zu machen. Bis zum 14.07.2022 finden die Bearbeitungen statt.
In der letzten Phase wird die Dokumentation im Blog vervollständigt und es wird überprüft, ob alle Aufgaben und Anforderungen erfüllt wurden. Es werden keine großen Änderungen mehr übernommen.
Kleine Fehler können noch behoben werden, aber größere Probleme werden hier nicht mehr bearbeitet. Der Fokus liegt auf die Kernfunktionen des Projekts und werden priorisiert.
Zum Schluss wird die Präsentation des Projekts vorbereitet und ein Video für die Inbetriebnahme des Getränkewächters gedreht. Die Präsentation des Projekts erfolgt am 20.07.2022.
3.2 Aufgabenteilung
Aufgabe
Zuständige Person
Planung
Mai Linh
Projektdokumentation
Mai Linh, Ceren
Materialbeschaffung
Ceren
Hardware
Matthew (Lina), Ceren
Software
Stieven, Mai Linh
3D-Druck
Lorenz
Lasercutting/Holzbox
Mai Linh
Präsentation
Lorenz
Tabelle 1: Übersicht der Aufgabenteilung
Die Planung (siehe Tabelle 1, Zeile 1) achtet darauf, dass Deadlines eingehalten werden und plant, welche Aufgaben in welcher Reihenfolge erledigt werden müssen. Diese Person organisiert Besprechungen und Treffen im Makerspace.
Die zuständigen Personen für die Projektdokumentation (siehe Tabelle 1, Zeile 2) verwalten den Entwicklungsblog und die Projektdokumentation im Blog. Sie halten fest, was bei den Arbeitsphasen gemacht wurde und bereiten die Seiten in der Projektdokumentation vor, sodass die zugewiesenen Experten einer Aufgabe, diese später ergänzen und bearbeiten können.
Für die Materialbeschaffung (siehe Tabelle 1, Zeile 3) ist eine Person zuständig. Sie besorgt die Materialien für das Projekt, verwaltet das Budget der Gruppe und hält sich bereit Ersatzteile zu besorgen.
Das Hardware-Team (siehe Tabelle 1, Zeile 4) baut die Komponenten des Geräts zusammen. Die zuständigen Personen entwickeln einen Schaltplan, beschäftigen sich mit den Verbindungen zwischen den Sensoren und Mikrocontrollern und nehmen Anpassungen vor, wenn nötig. Sie bereiten das Gerät vor, sodass das Software-Team ihren Code testen kann.
Das Software-Team (siehe Tabelle 1, Zeile 5) schreibt den Code für den Mikrocontroller und Infrarotsensor. Sie legen eine Benutzeroberfläche auf der App Blynk an und binden diese in Arduino ein. Das Team kann die Benutzeroberfläche erweitern und, nach Absprache mit der Gruppe, neue Features implementieren. Ziel ist es aber die Kernfunktionen des Getränkewächters zu implementieren (das Benachrichtigen und das Anzeigen der aktuellen Temperatur).
Für den 3D-Druck (siehe Tabelle 1, Zeile 6) ist eine Person zuständig, die eine Schale als ein 3D-Modell umsetzen soll und für den 3D-Druck vorbereitet. Sie nimmt Anpassungen an z. B. der Skalierung und Größe der Schale vor
Analog dazu ist jemand für die Holzbox (siehe Tabelle 1, Zeile 7) zuständig. Es wird eine Holzbox benötigt, sodass der Mikrocontroller im Inneren platziert werden kann. Diese Box soll für das Lasercutting mit Holz vorbereitet werden. Dafür wird die Modellierung der Seiten der Box benötigt.
Eine Person erstellt die Präsentation (siehe Tabelle 1, Zeile 8) und bereitet, nach Absprache mit allen Gruppenmitgliedern, die Folien vor. Alle Gruppenmitglieder stellen dann die Präsentation vor.
3.3 Risikomanagement
Was wird gemacht, wenn Materialien fehlen/etwas defekt ist?
Die Person, die für die Materialbeschaffung zuständig ist, bestellt mit Amazon prime die Materialien nach. So können Ersatzteile schnell besorgt werden und es kann sofort weitergearbeitet werden.
Was passiert, wenn jemand verhindert ist/kurzfristig ausfällt?
Andere Gruppenmitglieder würden für diese Zeit kurz einspringen. Es wird ohne die Person weitergearbeitet, aber alle Aktivitäten und Änderungen werden über die WhatsApp- bzw. Discord-Gruppe weitergegeben, sodass die ausfallende Person über den aktuellen Stand des Projekts informiert ist.
Wie wird vorgegangen, wenn die Zeit zu knapp wird?
Der Fokus wird auf die Ziele mit der höchsten Priorität gesetzt. Alle weiteren Arbeiten zielen nun darauf ab die Kernfunktionen des Projekts umzusetzen. Es werden keine neuen Erweiterungen mehr umgesetzt.
Was wird gemacht, wenn die Kommunikation innerhalb der Gruppe nicht funktioniert?
Es wurde eine WhatsApp-Gruppe angelegt zum Austauschen über Textnachrichten, eine Discord-Gruppe für online Besprechungen und es werden regelmäßig Präsenztermine bestimmt, wo alle Gruppenmitglieder zusammenkommen, um an dem Projekt zu arbeiten. So bleiben alle Mitglieder über verschiedene Wege miteinander in Kontakt.
Nachdem wir uns für den Bau eines Smarten Getränkewächters entschieden haben, machten wir uns auf die Suche nach möglichen Bauteilen. Nach ein wenig Internetrecherche haben wir uns darauf geeinigt, die Kernfunktion unseres Wächters aus folgenden Materialien zusammenzubauen: Infrarotsensor, Arduino Nano, 9V Batterie, 5 LED-Lämpchen und Mikroschalter.
Wir haben uns im Makerspace zusammengefunden, um auch praktisch an dem Projekt zu arbeiten. Die Materialien für den Getränkewächter haben wir bestellt und dann zunächst auf einem Breadboard zusammengesteckt.
SchaltplanUnser zusammengestecktes Breadbord
Parallel dazu haben wir uns überlegt den Mikroschalter, der den Wächter aktiviert, wenn eine Tasse draufgestellt wird, in eine Form unterhalb des Untersetzers zu platzieren. Diese Form wollen wir mit einem 3D-Modell umsetzen. Wir haben also das 3D-Modell in BlocksCAD erstellt und drucken lassen. Bei unserem nächsten Treffen werden wir versuchen die Software mit dem Arduino zu testen und die Schaltung fest zusammen bringen.
Quelle des Schaltplans:
Make Fun Stuff, 06.08.2021, Drink Temperature Monitor, Bitbucket, abgerufen am 08.07.2022 von https://bitbucket.org/make-fun-stuff/drink-temperature-monitor/src/master/
Zu Beginn der Projektphase hatte jedes Gruppenmitglied eine Idee für das Projekt entwickelt. Alle Ideen wurden vorgestellt und diese nach ihren Vor- und Nachteilen bewertet. Als Kommunikationsmittel wurde Discord verwendet. Es wurden folgende Ideen entwickelt:
Die erste Idee bestand daraus einen Wecker mit Bewegungssensor zu entwickeln, der erst aufhört zu klingeln, wenn man sich bewegt hat. Diese Idee gefiel der gesamten Gruppe und wurde als sehr hilfreich angesehen, da die Meisten Schwierigkeiten beim Aufstehen haben.
Zudem wurde überlegt einen smarten Spiegel zu entwerfen, der z. B. die Uhrzeit und das Wetter angibt, sodass man beim Betrachten des Spiegels informiert wird. Dazu wurden viele Tutorials im Netz gefunden, allerdings war hier das Bedenken, dass es möglicherweise nicht mit Arduino umgesetzt werden könnte und allgemein die Umsetzung problematisch verlaufen könnte.
Eine weitere Idee war es, einen smarten Mülleimer für öffentliche Mülleimer zu bauen, der bei einem bestimmten Füllbestand ein Signal an Müllabfuhren sendet. Der Füllbestand könnte mithilfe eines Sensors im Innenraum des Mülleimers erfasst werden und das Senden eines Signals mithilfe der App „Blynk“ erfolgen. Viele Großstädte haben mit enorm viel Müll zu kämpfen, wie beispielsweise Paris. Um das Problem zu lösen, würde sich daher der smarter Mülleimer eignen. Diese Idee wurde verworfen, da eine andere Gruppe ein ähnliches Projekt hat.
Es wurde auch in Erwägung gezogen einen smarten Gardinenöffner zu gestalten, welcher mit einem Alexa-Befehl die Gardinen öffnet. Dieser hätte einen praktischen Wert und könnte einem den Alltag angenehmer machen, weil man verbal die Gardinen öffnen könnte.
Schließlich wurde die letze Idee ausgewählt, also der smarte Getränkewächter. Dieser überwacht die Temperatur eines Getränks und zeigt einem an, wie warm es noch ist. Hier könnte evtl. ein Signalton oder ein Lichtsignal ergänzt werden, wenn die Temperatur eine bestimmte Grenze erreicht hat. Auch diese Idee gefiel allen sehr, da Viele aus der Gruppe gerne Tee oder Kaffee trinken und es manchmal vorkommt, dass das Getränk vergessen wird, während man an etwas arbeitet. Ein „Getränkewächter“ würde an das Getränk erinnern, indem er die Temperatur des Getränks im Auge behält und Bescheid gibt, wenn das Getränk die richtige Temperatur erreicht.
Smarter Getränkewächter: Make Fun Stuff, (2021, 8. Juni), Arduino Drink Temperature Monitor, YouTube, abgerufen am 21. Mai 2022, von https://www.youtube.com/watch?v=4gJ1Rk6mqHM
