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Aus Raspberry Pi Geek 12/2018

Halloween-Gruselkabinett: Konstruktion und Aufbau

© Sandra Cunningham, 123RF

Trick or treat

Martin Mohr

Das traditionelle RPG-Gruselkabinett glänzt dieses Jahr mit einer innovativen Umsetzung mittels Pneumatik und Elektropneumatik sowie ST-Programmierung.

Am 31. Oktober ist wieder Halloween, das beliebte Fest für Groß und Klein. Kinder verkleiden sich als Hexen, Vampire oder andere Gruselgestalten, ziehen von Haus zu Haus und fordern lautstark “Süßes oder Saures”. Resultierend aus einigen Jahren Erfahrung mit selbst gebastelten Halloween-Gespenstern, entwickelte der Autor die im Folgenden beschriebenen Verbesserungen für sein Gruselkabinett. Dazu zählt zum einen ein Grundgerüst auf Rädern, auf dem sich die komplette Installation leicht aus der Garage vor das Haus schieben lässt. Zum anderen kommen statt Servomotoren aus dem Modellbau als Aktoren betriebssicherere pneumatische Elemente zum Einsatz.

Als leicht zu programmierende zentrale Steuerung fungiert der im ersten Teil des Artikels beschriebene Controller Pixtend V2 -L-. Darüber hinaus verfügt das Modul über viele 24-Volt-geeignete Ein-und Ausgänge, mit denen sich Standard-Pneumatik-Komponenten ohne Pegelwandlung ansteuern lassen. Die pneumatischen Grundlagen und Schaltpläne finden Sie ebenfalls in Teil 1 des Artikels hier im Heft.

Rahmenprogramm

Dieses Jahr soll sich der Aufbau des Gruselkabinetts am Halloween-Abend einfacher gestalten. Es steht bereits komplett aufgebaut auf Rädern in der Garage und muss nur noch herausgeschoben werden. Alle gruseligen Kreaturen befinden sich bereits am Gerüst.

Beim Gestell handelt es sich um eine bunte Mischung übrig gebliebener Holzteile. Im Zweifelsfall verwenden Sie das günstigste Konstruktionsholz, das Sie im Baumarkt finden. Fichten- oder Tannenkantholz mit rund 4 Zentimetern Kantenlänge reicht für unsere Zwecke vollkommen. In den Ecken verstärken Sie das Holz noch mit Metallwinkeln; einige diagonal eingefügte Latten stabilisieren das Basisgerüst.

Unser Exemplar weist die Maße 110 x 170 Zentimeter auf und ist 2 Meter hoch. Die Größe passen Sie gegebenenfalls an Ihre Bedürfnisse an. Um die Technik zu verbergen, verkleiden Sie das Ganze mit einer möglichst dunklen, wasserdichten Folie. So kommen zudem die leuchtenden Elemente besser zur Geltung. Einige der Effekte, wie ein blinkender Kürbiskopf, laufen automatisch ab; andere lassen sich nur per Fernbedienung aktivieren. Auf diese Weise vermeiden Sie es, kleinere Kinder zu arg zu erschrecken.

Als Fernbedienung dient ein komplett aufgebautes Modul [1]. Es arbeitet mit einer Betriebsspannung von 24 Volt und schaltet bis zu zwölf Relaisausgänge – für unsere Zwecke mehr als genug Schaltmöglichkeiten. Bei dem aus China stammenden Modul ist das Gehäuse allerdings aus unerfindlichen Gründen so knapp dimensioniert, dass man kein einziges Relais anschließen darf, wenn man die Abdeckung wieder schließen möchte. Am besten entsorgen Sie das überflüssige Gehäuse direkt.

Dezentral

Das Erzeugen von Sound regeln wir in diesem Jahr dezentral: Nicht der RasPi erzeugt alle Effekte, sondern einzelne, in den Gruselgesellen verbaute Soundmodule. Der Vorteil: Der Sound ertönt garantiert synchron zur Bewegung, und er kommt stets aus der richtigen Richtung, was den Effekt noch verstärkt.

Als Grundlage dient ein einfaches, preiswertes Soundmodul [2], das auf Anforderung MP3-Files von einer SD-Karte abspielt. An den integrierten Verstärker lässt sich direkt ein 4-Ohm-Lautsprecher anschließen. Sobald wir das Modul mit Spannung versorgen, spielt es (nach einer kleinen Verzögerung) die MP3-Datei ab. Unsere Steuerung schaltet dabei die Spannungsversorgung über einen Relaisausgang an und aus, die Betriebsspannung von 3,7 bis 5,5 Volt erhält das Modul von einem Batteriepack. Um die Wiedergabeverzögerung zu kompensieren, starten Sie die Effekte etwas später als das Soundmodul, sodass beide Komponenten synchron laufen.

Unter Druck

Alle beweglichen Teile unseres Halloween-Projekts basieren in diesem Jahr auf Pneumatik (Abbildung 1). Bis auf das unterste 5/3-Ventil kennen Sie alle hier verwendeten Bauteile bereits aus dem ersten Teil des Artikels.

Im Gegensatz zum 5/2-Ventil besitzt die 5/3-Variante eine zusätzliche Mittelstellung, die alle Wege schließt. Das erlaubt, einen Zylinder in einer bestimmten Position zu halten, während ein 5/2-Ventil nur die zwei Endlagen eines Zylinders anfährt.

Das 5/3-Ventil besitzt daher auch zwei Magnetspulen: eine zum Aus- und eine zum Einfahren. Steht keine der Spulen unter Spannung, befindet sich das Ventil in Mittelstellung. Alle Zylinder besitzen je eine Drossel für das Aus- und Einfahren, mit der sich ihre Geschwindigkeit einstellen lässt.

Abbildung 1: Der Schaltplan für alle in unser Halloween-Projekt integrierten pneumatischen Bauelemente.

Abbildung 1: Der Schaltplan für alle in unser Halloween-Projekt integrierten pneumatischen Bauelemente.

Spannend

Der Schaltplan für die Elektrokomponenten für das Projekt fällt nicht besonders kompliziert aus, da die komplette Intelligenz des Aufbaus im Steuerprogramm steckt (Abbildung 2). Wir gehen hier deshalb nur auf einige Besonderheiten ein.

Abbildung 2: Der Plan für die elektrischen Bauelemente fällt nicht sonderlich kompliziert aus, gestaltet sich aber wegen der Fülle an Bauteilen doch relativ komplex.

Abbildung 2: Der Plan für die elektrischen Bauelemente fällt nicht sonderlich kompliziert aus, gestaltet sich aber wegen der Fülle an Bauteilen doch relativ komplex.

Da sind zum einen die Freilaufdioden, die Sie an jedes Magnetventil in Sperrrichtung einbauen. Um den Nebelgenerator zu bedienen, verdrahten Sie parallel zu dessen Originalschalter einen Relaiskontakt des Pixtend. Das erlaubt es, den Generator sowohl manuell als auch automatisch über den Relaiskontakt auszulösen. Alle COM-Anschlüsse der Relais verbinden Sie mit 24 Volt (Abbildung 3).

Abbildung 3: Die Verdrahtung im Inneren des Gestells verläuft etwas chaotisch; ein Kabelkanal würde hier für Ordnung sorgen.

Abbildung 3: Die Verdrahtung im Inneren des Gestells verläuft etwas chaotisch; ein Kabelkanal würde hier für Ordnung sorgen.

Beim Ausschalten induktiver Lasten bekommt man häufig ein Problem mit Spannungsspitzen. Das liegt an der Eigenschaft, die allen Spulen gemein ist: Sie versuchen, den Stromfluss konstant zu halten. Nach dem Anschluss der Spule an eine Spannungsquelle beginnt der Strom also erst nach und nach zu fließen.

Genauso verhält sich die Spule auch beim Ausschalten – nur tritt hier das Problem auf, dass wir gerade den Stromkreis zum Abschalten geöffnet haben. Nun erhalten wir einen konstanten Strom und einen theoretisch unendlich hohen Widerstand durch den geöffneten Stromkreis. Nach dem ohmschen Gesetz entsteht hier eine theoretisch unendlich hohe Spannung.

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