Ampelsteuerung für den Verkehrsgarten von Weißwasser

Das offizielle Ampelmännchenessen

Der Verkehrsgarten soll der Verkehrserziehung (z.B. Fahrradpass) für die Weißwasseraner Grundschüler dienen. Der Garten befindet sich neben der Turnhalle an der einstigen 6. Grundschule in der Heinrich-Hertz-Straße in Weißwasser und soll im April 2012 eröffnet werden. Gebaut wurde er von der Gesellschaft für Arbeits- und Ausbildungsförderung (GAB) in Zusammenarbeit mit der Stadt Weißwasser und der Verkehrswacht.

Im Verkehrsgarten wird es eine Kreuzung mit vier Ampeln geben und wahrscheinlich ein paar Fußgängerampeln. Unsere Aufgabe ist es, eine elektronische Steuerung für die Ampeln zu konstruieren und zu bauen. Die Steuerung bauen die von uns ernannten „Ampelmännchen“ der Webseiten-AG. Wir bauen die Steuerung mit einem programmierbaren Mikrokontroller der die Signale liefert und Relais die die Lampen schalten. Außerdem bauen wir noch ein kleines Modell von den Ampeln und der Steuerung für die Station damit unsere Arbeit von allen bestaunt werden kann.

Unser Team ("Die Ampelmännchen")

  • Maximilian (Schaltpläne)
  • Tobias
  • Randolf (Koordinierung, Software)
  • Sigmar (Elektrotechnik-Erfahrung, Tee-Versorgung)
  • Rolf (Beratung Elektronik)
  • ECCO Elektronik Club der BTU Cottbus (Beratung, Leiterplatinen belichten und ätzen)

Reisebericht Expo Science Europe 2012 in Tula

  • gestartet sind wir am Montag Nachmittag 16:30 in Dresden. Der Sicherheitscheck hat erstmal ein paar Spielzeuge aussortiert, aber unsere Elektronik ist durch den Scanner durchgekommen. Mit 2 Stunden Zeitverschiebung sind wir dann 21 Uhr in Moskau angekommen und konnten nach einer Stunde dann endlich mit einem Kleinbus weiterfahren. Nach 2-3 Stunden Busfahrt um 1 Uhr Ankunft in Tula im Hotel Moskva. Dort hatten wir nette Einzelzimmer mit Fernseher (Russisch) und Kühlschrank (leer). Der Moskauer Bahnhof war uns direkt gegenüber. Leider kommt man in die große Halle nicht mehr rein. Die kleinere Halle haben wir uns wegen des Sicherheitschecks nicht getraut. Russland scheint überall Metalldetektoren zu haben.
  • Am Dienstag morgen fuhren wir nach dem Frühstück in den Ausstellungsort: Das neue Waffenmuseum von Tula. Dort haben wir unseren Stand aufgebaut und verziert. Hier ist auch die Bemalung des Modells mit Straße und Wiese entstanden. Am Nachmittag fand die feierliche Eröffnungsveranstaltung im Großen Saal unter der Kuppel des Museumsgebäudes statt.
  • Mittwoch: Milset Europe General Assembly, Expertenrundgang an den Ständen, Ausflug in die Innenstadt, Konzert im Tulaer Theater (?), Leader Dinner am Zentralen Park, missglückter Versuch nach dem Dinner baden zu fahren.
  • Donnerstag: Leader Congress Teil 1, Culture Night im Theater, der Deutsche Holzmichel wird nur von den tanzenden Spaniern überboten.
  • Freitag: Leader Congress Teil 2, Abschlussveranstaltung in der Kuppel. Endete in großen aber zu kurzem Tanz. Nach Abbau der Stände großes Warten vor dem Museum auf den Bus. Die Spanier haben einen ihrer typischen Tänze vorgelegt (Kochrezepte). Die Deutsche Gruppe konterte mit Laurentia, Holzmichel, das rote Pferd und Rucki-Zucki. Dazwischen gab es Bale von den Iranerinnen.
  • Samstag: Exkursion zu einem alten Schlachtfeld (Russen gegen Tataren), viele Museen, Kirchen, Denkmäler. Allgemeine Erschöpfung und doch noch viel Spaß auf der Wiese.
  • Sehr früher Start und dann viel Warten am Hotel Tula. Wir sind dennoch pünktlich zu unserem 15 Uhr Flug in Moskau angekommen. Der Sicherheitsscheck mit Metalldetektoren am Flughafeneingang fischte erstmal ein paar Spielzeuge aus, aber wir mussten doch nichts dort lassen. Aeroflot Personal am Schalter war so freundlich wie immer, aber der Passkontrolle ist unsere lautstarke Gruppe berechtigter Weise auf den Nerv gegangen. Ist schon erstaunlich, dass man deutschen Reisegruppen drei mal erklären muss, dass sie endlich die Klappe halten sollen, damit die Grenzer in Ruhe arbeiten können. Nach der zweiten Erklärung kommt das dritte Grüppchen das noch immer nicht zugehört hat und fragt noch mal was denn los ist. Ich glaube die Grenzer an den deutschen Flughäfen haben das schon lange aufgegeben. Mit kleiner Maschine zurück nach Dresden. Dort gründliche Grenzkontrolle: Alle Personalien per Telefon an Zentrale durchgestellt. In Deutschland hat man zwar Computer, aber scheinbar nicht am Grenzposten in Dresden.

Aufgaben und Zeitplanung

Woche Stand und Ziele
30.1. in KiCAD und Thematik einarbeiten, erste Schaltplanentwürfe
13.2. Projekt-Webseite strukturiert und gefüllt
20.2. 1. Version des Relaismoduls, Verkablung geklärt
27.2. Relais Modul überarbeitet, über Gehäuse nachgedacht
12.3. Relais-Modul überarbeitet: Widerstände entfernt
26.3. Gehäuse ausgewählt
28.4. 1. Version des Steuermoduls, Bauteile-Liste erstellt
08.5. FIXME was haben wir da gemacht?
12.5. Material-Bestellung
19.5. Steuermodul: Layout&PCB überarbeitet und Relais-Modul überarbeitet: 74HC595 und ULN2803
21.5 Abstract / Zusammenfassung
29.5. Platinen fertig überarbeiten: Version 6a
01.6. Platinen in Cottbus ätzen (max&ECCO in CB)
02.6. Zusammenbau Steuermodul fertig, Programmierung getestet
09.6. Relaismodule zusammenbauen
12.6. Tula-Vorbereitungstreffen in der Station
13.6. Poster-Gestaltung für den 16.6. (max&rr in CB)
16.6. Präsentation auf dem Tag der Offenen Tür, Station JNT, WSW
21.6. erste Software entwickeln, Modell von Kreuzung fertig bauen
??.6. Projektbericht/Zusammenfassung fertig machen, drucken
30.06. letzte Chance zum Sachen packen für Tula
02.–08.07. Präsentation der Anlage auf der ESE 2012 in Tula/Russland
28.07. Planung für Version 7, Brainstorming für ESI2013
01.09. Relaisboard überarbeitet
08.09. Steuerboard überarbeitet (Taster-Anschlüsse, LED-Anschlüsse, Spannungsregler) JTAG fehlt noch
27.12. Technische Daten angelegt

Ein Modell vom Verkehrsschulgarten

  • ein Modell vom Verkehrsgarten mit Spielzeugampeln
  • die Ampeln werden an die Steuerung angeschlossen, so dass man beide gleichzeitig beim Arbeiten sehen kann.
  • FIXME was wird zum erstellen des Models gebraucht?

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8-Kanal Relaismodul mit SPI-Ansteuerung

  • 8 Ausgänge für 230VAC über Relais von Finder, Kontroll-LED an jedem Relais
  • Steuerung über Seriellen Bus (SPI) an ein Schieberegister (seriell rein, parallel raus)
  • separate Stromversorgung für Relais (12V oder 24V) und Schieberegister (5V)
  • mehrere Relaismodule können hintereinander kaskadiert werden
  • Version 2: 8x10x3cm (bht)
  • Version 3: 6x10x3cm (bht), der Bereich unter den LEDs ist ca. 4cm hoch.
  • Version 5: 6x10x3cm (bht), TPIC6C596N durch ein normales Schieberegister und Treiber ersetzt, Relais-Versorgung über das SPI-Flachkabel
  • Ursprünglich wollten wir ein spezielles Schieberegister mit Leistungsausgang TPIC6C596N (von Texas Instruments) benutzten, aber das ist in Europa schwer zu bekommen. Also doch wieder ein gewöhnliches 74HC595 und einen ULN2803A als Treiber.
  • Version 7: 6x11x3cm (bht), Printklemmblock mit Schrauben; bessere Abstände im 230V-Bereich

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Ampel-Steuermodul zur Ansteuerung der Schieberegister

  • SPI-Busausgang zu den Relaismodulen
  • 6 LEDs als Statusanzeige
  • Reset-Taster, sowie zwei Taster zur Modus-Auswahl (Geschwindigkeit, Test, Betrieb, Aus-Blinken)
  • gesteuert von einem Atmel ATmega1284P
  • 12V Spannungsversorgung mit 5V Spannungsregler auf dem Modul
  • Stecker-Sockel für die ISP-Programmierschnittstelle
  • Abmessungen: 12×4.5x2cm (bht)

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Platinen und Herstellung

Die Relaismodule vor und nach Bohren und Sägen

Die Platinenpläne werden von den Ampelmännchen in Weißwasser entworfen. Danach werden sie auf Folien gedruckt und in Cottbus beim ECCO werden damit Leiterplatten belichtet und geätzt. Abschließend löten wir in Weißwasser die Bauteile auf. Verwenden pcbnew von KiCAD und die FreeRouting Software.

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Gehäuse

www.bopla.de_typo3temp_pics_4b4bfbb0aa.jpg

  • Anschlusskasten in dem die Erdkabel ankommen und der die Steuerung enthält. FIXME Details
  • die Steuerung soll wiederum in einem weiteren Gehäuse mit transparentem Deckel sein
  • Problem: Die großen Gehäuse scheinen super teuer zu sein!
  • Maße Version 2.1: min. 24cm breit (für die 3 Relaismodule a 8cm); ca. 15cm hoch (Relaismodule plus die Steuerplatine)
  • Maße Version 2.2: min. 16cm breit (2 Relaismodule a 8cm) und 18cm hoch (ein Relaismodul „quer“); bleiben 6x8cm für die Steuerplatine
  • Maße Version 3.1: min. 18cm breit (für die 3 Relaismodule a 6cm); ca. 15cm hoch (Relaismodule plus die Steuerplatine)
  • Maße Version 3.2: min. 12cm breit (2 Relaismodule a 6cm); min. 16cm hoch (ein Relaismodul „quer“); bleiben :!: 2x6cm für die Steuerplatine
  • die Tiefe der Gehäuse müsste eigentlich ausreichen, um die Steuerplatine in 2. Etage über den Schieberegistern der Relaisboards zu platzieren. Dann darf die Steuerplatine nur ca. 3cm breit sein um nicht die LEDs zu überdecken

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Steuertechnik

  • Mikrokontroller: Atmel AVR Prozessor ATMega32
  • Prozessor wird über SPI-Bus programmiert
  • einige Eingänge werden mit Tastern verbunden, um Geschwindigkeit und Modus zu wählen.
  • zum Schalten der Ampel-Lampen gibt es zwei Möglichkeiten: Relais und Triacs
  • zum Schalten der Relais/Triacs können diese direkt an Ausgänge des Mikroprozessors angeschlossen werden oder über Schieberegister an einem SPI-Bus
  • nach mehreren Anläufen für eine Platine werden wir ein modulares Konzept verfolgen

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Wissenswertes über Ampeltechnik

  • Ampeln heißen eigentlich LSA (Lichtsignalanlage)
  • Eine Kreuzung mit 4 Ampelmasten.
  • Die Anlage soll einen Fußgängerüberweg bekommen (Bernd, 3.3.2011)
  • 230 Volt Lampen würden bei 30 Watt viel schwächer leuchten, als 10 Volt Lampen bei 30 Watt. Zudem sind 10 Volt Lampen langlebiger, da der Glühdraht dicker ist.
  • Bei 10 Volt bedeuten 30 Watt einen Stromfluss von 3 Amper, wofür man ein sehr dickes Kabel benötigen würde. Deshalb gibt es einen Transformator von 230V nach 10V in jeder Lampenfassung. So müssen nur ca. 160mA über die Leitung gehen (ca. 36 Watt wegen ca. 20% Verlustleistung des Transformators)

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