Fast geschafft…

20.07 Der Regen möge kommen. Morgen ist Projektabgabe und unser Prototyp sieht mittlerweile sogar wie ein Regenschirm aus. Was ist geschehen?

Unsere aufgebaute Schaltung hat nun eine eigene Platine bekommen. Nach einer kurzen Einarbeitung in Eagle, einem Layout Programm zur Platinenherstellung,  ließ sich unser Design auf einer 2×10 cm großen Platine unterbringen. Auch der angesprochene Leuchtring hat in diesem Prozess seine Platine erhalten. Diese ist kreisrund und misst einen Durchmesser von 3,2 cm. Bilder vom Layout und der Fertigung sind unten zu sehen.

Zum genaueren Design:

Die Hauptplatine enthält die LEDs für die Wetteranzeige, den Mikrocontroller Arduino Mini, das Xbee Breakout Board mit Xbee Modul, einen Transistor, zwei Konnektoren und ein paar Widerstände. Vom Arduino gehen insgesamt 5 Ausgänge (PIN 6-10) an die Status LEDs. Ein Weiterer (PIN 5) steuert die Basis des Transistors an. Der Transistor fungiert hier als Schalter und versorgt den Leuchtring auf der anderen Platine mit Strom. Der hierzu gehörende Konnektor befindet sich unten rechts auf der Platine.

Das gesamte Layout ist für eine 5V Spannungsversorgung ausgelegt. Eine Batterie soll den entsprechenden Strom liefern (Konnektor unten links). Da das XBee 3,3V verlangt fehlt noch ein Spannungswandler. Dieser befindet sich auf dem Xbee Breakout Board. Somit ist auch hier die benötigte Stromversorgung sichergestellt. Bedauerlicherweise funktioniert das Ganze System momentan nur mit einem externen Netzteil, da die von uns erworbene Batterie anscheinend für andere Anwendungen konzipiert wurde. Schließt man die Batterie an, so kollabiert ihre Spannung und das Board arbeitet nicht. Mit Kennwerten von 6V und 11A gingen wir beim Kauf davon aus, dass sie die abverlangte Leistung der Schaltung meistern sollte. Jedoch tritt der genannte Effekt ein – vermutlich ist sie für ein Blitzlicht oder etwas Ähnliches gebaut, also für kurze, hohe Leistungsanforderungen. In der nächsten Version des Prototypens werden wir die Versorgung demnach über eine andere Batterie realisieren müssen.

Der Griff

Mit den nun gefrästen Platinen galt es noch ein vernünftiges Gehäuse zubauen. Wir überlegten, ob wir dies aus einem normalen Rohr hätten fertigen sollen. Mit dem Lasercutter bearbeitet hätten wir hieraus eine Lösung bauen können. Die elegantere Variante schien uns jedoch ein gedruckter Griff zu sein. Da uns das FatLab der RWTH die Möglichkeit bietet Objekte 3 dimensional auszudrucken nutzten wir diese Option. Wir erstellten ein Modell mit 3D Studio Max. Auf den Bildern sind ein paar Ansichten davon zu sehen. Der Griff hat ein Fenster, welches durch Separatoren getrennt ist. Diese sollten das Leuchten der LEDs auf ihre Anzeigefläche begrenzen.  Im Inneren des Griffs sollte sich zusätzlich eine Führungsschiene für die Platine befinden. Leider war die Konstruktion etwas zu filigran, so dass nach 4 ½ Stunden Druckzeit ein Griff ohne Separatoren und mit einer viel zu kleinen Führungsschiene heraus kam. Auch die Wände sind nicht optimal gelungen. Diese hätten noch etwas dicker sein müssen. Diese Dinge sind also für den nächsten Druck noch zu bearbeiten. Da der Prototyp jedoch morgen vorgestellt werden soll, müssen wir jetzt vorerst damit zurechtkommen. Ein bisschen Tape bringt schließlich auch genügend Halt in so einen Griff :).

Was jetzt noch gemacht werden müsste:

  • ein Näherungssensor ist noch nicht vorhanden
  • Der Griff bedarf, wie bereits erwähnt, einer neuen Revision. Etwas robuster wäre wünschenswert.
  • Das Backend funktioniert momentan nur mit Processing. Das umstellen auf einer EthernetShield sollte jedoch kein großes Problem sein.
  • Der Leuchtring kann momentan leider nicht blinken. Softwaretechnisch liess sich dies nicht ohne weiteres lösen. Daher müsste auf einer späteren Schaltung das Ganze über Hardware gelöst werden (vielleicht mit einem astabilen Multivibrator).
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Es funkt

13.07 Nach einigen Stunden ausprobieren, läuft die Kommunikation unter den XBees nun problemlos. Zur Konfiguration haben wir die X-CTU Software verwendet. Ein Tutorial hat uns dabei gute Dienste erwiesen http://blog.kevinhoyt.org/wp-content/xbee-setup.pdf.

Somit läuft der Datenaustausch momentan nun folgendermaßen ab: ein XBee wird von uns über Processing mit einem Statuswert zwischen 0 und 5 beliefert. Dieses gibt den Wert dann an das zweite XBee, welches später im Schirm verbaut werden soll, weiter. Der daran angeschlossene Arduino interpretiert das Signal und schaltet die entsprechenden Status LEDs ein. Der übertragende Wert wird hierbei direkt auf die LEDs angewendet (Wert == LED ID). LED 0 – 4 (vgl. Foto) zeigen dabei die aktuelle Wetterprognose. Der verbleibende Statuswert 5 steht für sehr starke Unwetter und Naturkatastrophen. In diesem Fall blinken alle LEDs um dem Nutzer zu signalisiern, dass das Wetter katastrophal wird. Da der Ringe zur Benachrichtigung des Nutzers zur Zeit noch nicht vorhanden ist übernimmt die rote LED seine Aufgabe.

Das ganze Konstrukt sieht in seiner aktuellen Fassung natürlich noch nicht sehr schön aus, seine Funktionalität ist aber gegeben. In den nächsten Tagen werden wir uns eine Platine fräsen um das Ganze auf kleinerem Raum unterzubringen, schließlich soll die Elektronik am Ende des Projekts im Griff des Schirms integriert werden. 

Wie funktioniert die Generierung des Statuswerts?

Wie bereits in einem früheren Eintrag erwähnt, nutzen wir zur Interpretation der Yahoo Wetter API ein php Script. In diesem haben wir allen von Yahoo zur Verfügung gestellten 48 möglichen Wetterzuständen einen Wert von 0 bis 5 zugewiesen. Das Processing muss also momentan nur den Wert vom php Script auslesen und diesen weitergeben. Wie wir das Mapping der Werte umgestzt haben ist folgender angehängter Tabelle zu entnehmen:  Weathercode mapping

Was gibt es sonst noch zu erledigen?

  • Der Ring am Ende des Knaufs, welcher die Aufmerksamkeit des Nutzers auf sich ziehen soll, muss noch angefertigt werden. Wir werden uns hierzu ebenfalls eine Platine anfertigen. Diese soll von ihrer Grundfläche dem Leuchtring entsprechen. Auf dieser werden wir dann SMD LEDs auflöten.
  • Der Knauf ist noch nicht zu 100% konstruiert. Ein erster Prototyp ist zwar vorhanden, doch sieht dieser noch keinerlei Befestigungen für Platinen oder den Schirm vor.
  • Die Stromversorgung muss noch auf Batterien umgestellt werden. Eventuell werden wir hierfür einen Handyakku verwenden, da dieser unter Umständen recht klein ist und sich somit sehr gut im Knauf integrieren lässt.
  • Der Bewegungssensor zur Ansteuerung der Benachrichtigungs LED muss noch integriert werden.
  • In unserer eigentlichen Planung soll die Versorgung des Schirms mit einem Signal nicht über Processing, sondern über eine Box laufen. Das Ethernetshield dafür ist nun vorhanden. Wir werden die Umsetzung dieses Punktes als letztes angreifen, da die anderen Aufgaben aus unserer Sicht Priorität haben. 
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Letzte Planung – Jetzt wird gebaut !

09. 07 Innerhalb der letzten Woche revidierten wir ein paar Ideen. Der von uns angedachte Annäherungssensor wird vermutlich zu groß für unseren Einsatz sein. Als Alternative kommt nun ein Bewegungssensor in Betracht. Dieser könnte Erschütterungen im Umfeld des Schirms wahrnehmen und somit die Wetteranzeige aktivieren. Eine interessante Variante wäre auch die Lösung des IPhones. Dieses besitzt auch einen Näherungssensor. Wie dieser funktioniert muss noch geklärt werden.

WLAN oder nicht?

Nach aktuellem Stand unserer Planungen benötigt der Schirm zum Abrufen der Wetterinformationen  zwingend einen Internetzugang. Da dieser aber nicht immer gegeben ist, wäre eine Versorgung über Funk wünschenswert. Wir haben uns daher mit dem Langwellensender DCF77 auseinander gesetzt. Das eigentlich als Zeitgeber bekannte Signal enthält zusätzlich auch Wetterinformationen. Leider ist die Auswahl an Standorten sehr beschränkt, so dass diese Variante für unsere Zwecke nicht zu gebrauchen ist. Ein anderes Funksignal wäre daher wünschenswert,  jedoch ist uns momentan leider keins bekannt.

Die Wetter API

Als Grundlage für unsere Wetterinformationen verwenden wir die Yahoo Wetter API http://developer.yahoo.com/weather/. Sie liefert, in Form eines XML, einen Statuswert zwischen 0 und 47 für jeden beliebigen Standort. Den Werten sind bestimmte Vorhersagen zugeordnet, von sonnig über Graupel bis zum schweren Gewitter ist hier alles vertreten. Um den Aufwand der Programmierung eines XML Parsers in Arduino zu vermeiden wird der Wert von einem php Script aus dem XML herausgefiltert und online zur Verfügung gestellt. www.flash-clips.de/reflektor.php  

XBee Kommunikation

Um die benötigten Wetterinformationen abzurufen ist es notwendig das unser Schirm mit einer Box, welche an einen Router angeschlossen werden soll, kommunizieren kann. Die Box stellt eine Internetverbindung her und ruft die Informationen ab. Damit der Wetterstaus dann noch in den Schirm gelangt kommunizieren die Box und der Schirm über XBee Module. Da zum Anfang der Programmierung das EthernetShield für die Box nicht zur Verfügung stand, haben wir vorerst Processing verwendet. Das Processing ruft den Wert von dem benannten php Script ab und gibt dies an das Backend XBee weiter, also genau das was nachher die Box realisieren soll. Das Backend XBee sollte dann den Wert an das im Schirm verbaute XBee weiterleiten. Die Kommunikation der beiden Module stellt jedoch ein gewisses Hindernis dar. Da die von uns verwendeten Module keine Neuen sind, sondern bereits schon mal verbaut und programmiert wurden, gestaltet sich das Setup als recht diffizil. Die Zeit, die wir brauchten um heraus zu finden welche Baudraten dort eingestellt waren, um einen Reset ausführen zu können, war immens. Zu 100% funktioniert der Datenaustausch noch immer nicht – wir arbeiten daran.

Optische Statusanzeige

Die für den Griff vorgesehene Statusanzeige nimmt Formen an. Das Gitter ist bereits fertig gestellt. Es existieren nun 5 Symbole welche die Wetterprognose darstellen können. 2 unterschiedliche Regenstufen, Gewitter, Schnee sowie eine Anzeige das der Schirm nicht benötigt wird. Für die Fertigung haben wir die Symbole aus einer Klebefolie mit einem Lasercutter ausgeschnitten, diese anschließend auf eine Plexiglasscheibe aufgeklebt und dann zuletzt die Scheibe, ebenfalls mittels Lasercutter, zugeschnitten.

Im fertigen Griff sollen die Symbole von hinten per LED beleuchtet werden. Der aktuelle Status soll dabei permanent ersichtlich sein. Wir hoffen, dass sich dies mit einem akzeptablen Stromverbrauch umsetzen lässt.

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Konkretere Ideen

23.06. Die GSM Variante scheint zu komplex. Da der Schirm primär zuhause eingesetzt werden wird, sollte die WLAN Variante genügen. Zur Realisierung werden wir ein xBee Modul verwenden. Eine ausführliche Dokumentation zu dem Modul ist im Internet zu finden.

Für die Benachrichtigungsfunktion des Schirms bieten sich verschiedene Lösungen an. Eine Lösung, bei welcher beim Öffnen der Haustüre ein Alarm oder ein Blinken des Schirms hervorgerufen wird, haben wir verworfen. Für den Endbenutzer muss das Produkt möglichst simpel sein. Eine Installation von Sensoren an seiner Haustür sind daher recht unvorteilhaft.

Wie soll also die Benachrichtigung funktionieren?

Ein akustisches Signal bietet sich nicht an, da dieses unserer Meinung nach sehr nervig empfunden werden würde. Ein optischer Reiz muss also genügen. Momentan bevorzugen wir einen leuchtenden Ring am unteren Ende des Knaufs. Dieser könnte durch ein Blinken oder ein sanftes Auf- und wieder Abglühen auf sich aufmerksam machen.

Zur Reduzierung des Stromverbrauchs sollte die Benachrichtigung nur auftreten, wenn die Wetterprognose „schlechtes“ Wetter, also Regen oder Gewitter, vorhersagt. Ein Bewegungsmelder im Knauf des Schirms könnte bemerken, wenn sich eine Person dem Schirm nähert und nur in diesem Fall den Leuchtring einschalten.

Bei unseren Überlegungen kam die Idee eines Ein-/Ausschalters auf. Da in diesem Fall der Nutzer aber sich bei jeder Verwendung daran erinnern müsste den Schirm wieder einzuschalten, bietet sich diese Lösung nicht an. Wir preferieren daher die Option, den Schirm während des mobilen Einsatz generell automatisch abzuschalten. Erst wenn der Schirm sich wieder zuhause befindet, sollte er wieder in den Benachrichtigungsmodus wechseln. Wie der Schirm dies erkennen soll gilt es noch zu klären.

Die Wetterprognose

Im Griff des Schirm sollen seitlich 5 Symbole die aktuelle, standortbezogene Wetterprognose anzeigen. Ein von unten beleuchtetes Gitter soll dies realisieren. Zeichnungen des Griffs werden wir in den nächsten Tagen online stellen.

Es bleibt nun noch die Frage offen, wie der Schirm erfährt wie sich das Wetter entwickeln wird. Da wir davon ausgehen, dass es diverse APIs der bekannten Wetterseiten geben sollte, dürfte hier kein großes Problem entstehen. Wir werden dies aber ebenfalls versuchen in den nächsten Tagen genauer herauszufinden.

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Weatherella auf dem Weg zum Produkt

Als Studenten der RWTH Aachen erhielten wir im Rahmen eines Informatikpraktikums des Lehrstuhls i10 die Aufgabe ein Produkt zu entwickeln, welches mobil einsetzbar sei. Der Blog soll den gesamten Entwicklungsprozess vom ersten Tag  bis zum fertigen Produkt dokumentieren.

16.06.10 – Tag 1 unserer Entwicklung verbrachten wir vorerst mit einem Brainstorming. Viele verschiedene Ideen für mobile Gadgets kamen hervor. Da unsere Zeitvorgabe zur Verwirklichung des Produkts bei 5 Wochen liegt, galt es abzuschätzen welches Produkt in dieser Zeit realisierbar sei. Wir entschieden uns für einen intelligenten Regenschirm.

Was bringt mir ein derartiger Regenschirm?

Fast jeder wird das Problem kennen, dass Regenschirme in der Regel zuhause liegen, wenn es regnet. Unser Schirm soll dieses Problem beheben. Durch eine Erinnerungsfunktion soll der Schirm sich bemerkbar machen, wenn der Besitzer das Haus verlässt. Wer nun meint, dass es doch recht belastend sein könnte, einen Schirm zu haben der bei jedem Gang durch die Haustür Alarm schlägt, dem sei gesagt, dass es sich um einen intelligenten Schirm handeln soll. Nach unserer Vorstellung soll der Schirm die Wetterdaten des aktuellen Standorts online abfragen können und nur bei Regengefahr oder akutem Regen eine Warnung ausgeben.

Um diese Ziele zu realisieren muss der Schirm eine Möglichkeit bekommen eine online Abfrage zu tätigen. Akut ziehen wir die Möglichkeiten der Abfrage über WLAN oder GSM in Betracht. Für die oben genannte primäre Erinnerungsfunktion würde die WLAN Variante hinreichend sein, sollte der Schirm jedoch weitere Funktionen erhalten werden wir die GSM Lösung wieder in Betracht nehmen müssen.

Die Benachrichtigung ist entweder über ein optisches Singnal oder akustisch zu realisieren. Eine blinkende LED wäre hier beispielsweise eine Lösung.

Als weitere Funktion kommen zusätzlich in Betracht:

– ein LCD Display, welches einen kleinen Wetterbericht enthalten könnte.

 – ein GPS Sensor, sollte der Schirm unterwegs Wetterprognosen abgeben sollen

– ein in unterschiedlichen Farben leuchtender Stil oder Knauf, zur Anzeige der Wetterprognose.

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