Je komplexer das Projekt, desto mehr Stolpersteine drohen. Unser Autor zieht anhand seiner diesjährigen Halloween-Bastelei Bilanz.
Bei einem so komplexen Projekt wie einem Halloween-Automaten sollte man Schritt für Schritt vorgehen, sonst kommt man schnell durcheinander. Dazu ist es zuerst einmal wichtig, zu klären, welchem Zweck der Automat dient: Die kleinen Besucher sollen ihn selbst starten, woraufhin er eine Gruselshow vorführt und anschließend ein Stück Schokolade auswirft. Die Show beinhaltet Sound- und Lichteffekte – das klingt erst einmal nicht so kompliziert.
Chassis
Ein stabiler Holzbalken bildet die Basis des Automaten. An ihm lassen sich alle Komponenten gut befestigen. Der konkrete Automat aus diesem Beispiel hat eine Höhe von rund 190 Zentimeter bei einer Grundfläche von 60 mal 60 Zentimeter. Konkrete Vorgaben für Größe und Material gibt es an dieser Stelle jedoch nicht, lediglich ein paar Tipps.
Achten Sie vor allem darauf, dass der Aufbau nicht leicht kippelt oder gar umkippen kann. Dazu ist es sinnvoll, in den unteren Teil Gewichte einzubauen, etwa in Form schwerer Steine. Auch Räder, um den Automaten zu rollen, schaden nicht. Falls Sie den Automaten in der Garage aufbauen, testen Sie vorher, ob er durch die Tür passt. Der Autor musste schon einmal einen komplett fertiggestellten Aufbau noch einmal zerlegen und kürzen, um ihn nach draußen zu bekommen.
TIPP
Verzogene Balken zu verwenden, nur weil sie vorhanden sind und nichts kosten, erscheint erst einmal verlockend. Im Verlauf des Projekts machen sie aber vermutlich mehr Ärger als die Ausgabe für vernünftiges Material.
Gehirn
Jeder Automat braucht eine Steuerung. Das PiXtend kam schon einige Male bei Halloween-Projekten zum Einsatz und hat immer hervorragende Dienste geleistet. Dieses Jahr diente es wieder dem gleichen Zweck, da es alle nötigen I/O-Schnittstellen mitbringt und sich leicht programmieren lässt. Eine Übersicht der technischen Daten zum verwendeten PiXtend V2 -S- finden Sie in der Tabelle “Technische Daten PiXtend V2 -S-“. Als Software kommt diesmal Python zum Einsatz. Die Wahl fiel deshalb auf diese Skriptsprache, weil es passende Bibliotheken für alle verwendeten Komponenten gibt.
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Digitale Ein- und Ausgänge |
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8 Eingänge (3,3/5/12/24 V) |
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4 Ausgänge (max. 30 V, je 0,5 A) |
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4 PWM-/Servoausgänge (2 x 16 Bit, 2 x 8 Bit) |
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Analoge Ein- und Ausgänge |
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2 Spannungseingänge (0 bis 5 V / 0 bis 10 V) |
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2 Spannungsausgänge (0 bis 10 V) |
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Schnittstellen |
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4 GPIOs (5 V) |
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Serielle Schnittstelle (RS232) |
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4 Relais (max. 230 V, 6 A) |
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Unterstützung von bis zu vier DHT11/DHT22/AM2302-Sensoren (Temperatur und Luftfeuchte) |
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Steckplatz für 433-MHz-Transmitter (Funksteckdosen), Transmitter nicht enthalten |
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Onboard-Spannungsregler |
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Eingang 12 bis 24 V DC (max. 30 V) |
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Ausgang 5 V DC / 2,4 A (versorgt PiXtend V2 -S-, Raspberry Pi und angeschlossene USB-Geräte) |
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Sonstiges |
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Echtzeituhr (RTC mit Batteriepufferung) |
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Retain-/Persistent-Speicher, 32 Byte Flash-EEPROM |
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Ausgelegt für die Raspberry-Pi-Modelle B+/2B/3B |
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Zulassung: CE, RoHS |
Hardware-Aufbau
Der Aufbau des Automaten gliedert sich in zwei Bereiche: die Förderbänder zum Auswurf der Schokolade und die Augen und der Mund, die etwas tun. Das Titelbild des Artikels zeigt den Schoko-Speicher. Er besteht aus zwei Förderbändern, die abwechselnd anfahren und ein Stück Schokolade freigeben.
Bei den Sensoren handelt es sich um kapazitive Näherungsschalter (siehe Kasten “Berührungslose Schalter”) mit negativer Schaltlogik: Sobald sich also etwas vor dem Sensor befindet, geht das Eingangssignal des PiXtend auf 0 Volt. Befindet sich dagegen nichts vor dem Sensor, beträgt die Spannung 24 Volt.
Das Förderband läuft an, sobald die Gruselshow beginnt, damit die Schokolade rechtzeitig in der Ausgabe bereitliegt. Um das Förderband abzustellen, reagiert es auf die positive Flanke (Übergang von 0 Volt nach 24 Volt) des Eingangs, an dem der Initiator angeschlossen ist.
Die Motoren des Bands verwenden eine Betriebsspannung von 12 Volt. Daher erhalten sie die Spannung über ein separates Netzteil. Um eine Vorstellung zu bekommen, wie das Förderband arbeitet, schauen Sie sich auf Youtube das passende Video an [1].
Berührungslose Schalter
In modernen Anlagen finden sich neben den traditionellen mechanischen Schaltern immer öfter berührungslose Schalter. Nachfolgend erklären wir die Funktionsweise der drei am weitesten verbreiteten Sensoren beziehungsweise Schalter.
Eine Reflexlichtschranke basiert auf dem Prinzip der Lichtreflexion. Sie besteht aus einem Infrarot-Sender und einem IR-Empfänger. Sobald ein Gegenstand ausreichend Licht reflektiert, löst die Lichtschranke aus. Dabei kann die Reichweite mehrere Meter betragen.
Ein induktiver Näherungsschalter baut ein Magnetfeld auf und löst aus, sobald ein metallischer Gegenstand das Feld stört. Die Reichweite beschränkt sich oft auf wenige Zentimeter.
Ein kapazitiver Näherungsschalter baut ein elektrisches Feld auf. Auch er löst aus, sobald dieses Feld gestört wird, und besitzt eine ähnliche Reichweite wie der induktive Sensor. Das elektrische Feld kann allerdings auch durch nicht metallische Gegenstände gestört werden.
Die Augen und der Mund des Aufbaus bestehen aus LED-Panels des Typs WS2812, die ein Raspberry Pi ansteuert. Es empfiehlt sich, die Panels direkt in China zu bestellen [2], da sie bei Amazon recht teuer sind. Um später mit den Panels zu arbeiten, benötigen Sie eine zusätzliche Information über deren Aufbau: Die Leuchtdioden sind auf den Panels in Mäandern (Schleifen) verlötet. Sie lassen sich daher nicht direkt über die physische Position ansprechen. Im Programm findet sich eine Matrix, die es erlaubt, einfacher auf die einzelnen LEDs zuzugreifen.
