Funduino Elevator - Aufzug für Arduino

Übersicht

Dieses Schulungssystem eines vierstöckigen Aufzugs bietet eine Plattform, die es Schülern und Studierenden ermöglicht, eine umfassende Palette von SPS-Programmieraufgaben mithilfe der Arduino Entwicklungsumgebung anhand einer realitätsnahen Aufzugssimulation durchzuführen. Dabei sind elektrische und mechanische Anwendungen eng miteinander verknüpft und bieten ein hohes Maß an Lerngelegenheiten.

Die einzelnen Bauteile sind im Bereich der Mikroelektronik sehr üblich und umfassend dokumentiert. Die Schüler arbeiten also mit ihnen bekannten Materialien. Das Aufzug-Modell lässt sich variabel erweitern, um ein höheres Anspruchsniveau im Unterricht anbieten zu können.

Die wichtigsten technischen Eigenschaften im Überblick

• Der Aufzug ist im oberen Bereich mit einer motorgesteuerten Kabine ausgestattet, die im Bereich der vier Stockwerke herauf und herunterfahren kann. Die Kabinentür wird ebenfalls über einen Elektromotor gesteuert.
• Tasten und Sensoren im oberen Bereich ermöglichen die Simulation und Steuerung der üblichen Aufzugfunktionen.
• Im unteren Bereich ist ein Bedienpanel dargestellt, welches das Bedienfeld im Inneren des Aufzugs mit all seinen Funktionen darstellt. 
• Auf dem unteren Panel befinden sich zusätzlich alle Ein- und Ausgangsbuchsen des Aufzugs. Der Aufzug kann über die SPS am Bedienfeld oder manuell über die Tasten gesteuert werden.

Anwendungsmöglichkeiten des Funduino Elevator

• Erstellung von Anwendungen zur SPS Programmierung
• Programmsimulationen
• Anwendung mit hohem Maß an Alltagsbezug
• Untersuchung des Funktionsprinzips von Aufzugmechanismen
• Verbindung und Steuerung mechanischer und elektrischer Strukturen
• Anwendungen der elektrischen Motorsteuerung
• SPS-Steuerungsexperimente
• MCU-Steuerungsexperimente

Mögliche Aufgabenstellungen mit dem Funduino Elevator

• Zwei Etagen im wiederholten Rhythmus anfahren. Beispiel eines Baustellenaufzugs. Es muss lediglich der Motor programmiert werden.
• Zwei Etagen im wiederholten Rhythmus anfahren. Die aktuelle Etage wird im Display angezeigt.
• Zwei Etagen werden je nach Tastendruck der jeweiligen Etage angefahren.
• Zwei Etagen werden je nach Tastendruck der jeweiligen Etage angefahren. Die Nummer der jeweiligen Etage wird im Display angezeigt.
• Der Aufzug stoppt in Abhängigkeit vom Lichtschrankensignal.
• Weiterhin gibt es viele weitere Möglichkeiten, den Aufzug zu individualisieren. Beispielsweise mit Beleuchtungen oder Informationsdisplays über die frei verfügbaren Ports.

Vorteile für Bildungseinrichtungen

• Individuelle Aufgabenstellungen
• Bessere Vergleichbarkeit bei der Notengebung
• Kreative Lösungsmöglichkeiten
• Nutzung der Materialien, die die Schüler mit üblichen Arduino kompatiblen Starter Kits kennengelernt haben
• Nachhaltige Verwendungsmöglichkeit aufgrund robuster Materialien
• Einzelteile können kostengünstig nachbestellt und schnell ausgetauscht werden

Die Highlights des Funduino Elevator zusammengefasst

• Das Modell verfügt über eine Vielzahl von programmierbaren Komponenten
• Arduino Projekt mit hohem Maß an Alltagsbezug
• Aufzug-Modell für vier Ebenen
• Mit DC-Antriebsmotor für die Gondel
• Motorsteuerung über integrierte H-Brücke L293D
• Alternative Antriebsmöglichkeit mit 360° Servomotor
• Türöffnung der Aufzugkabine mit Servoantrieb
• MP3 Modul zur Sprachausgabe (Fahrgastinformationen)
• Lautsprecher für die Sprachausgabe, Lautsprecher für Statustöne
• Lichtschranke zur Feststellung der Gondelposition (1* pro Ebene)
• OLED Display zur Statusanzeige
• Aufzugtasten in den Ebenen, in den mittleren Ebenen mit separaten Auf- und Ab-Tasten.
• Aufzugtasten im Bedienpanel der Aufzugkabine
• Alarmtaste im Bedienpanel der Aufzugkabine
• Taste für Türöffnung und Türschließung im Bedienpanel der Aufzugkabine
•  Vollständig über USB nutzbar, keine externe Spannungsversorgung zwingend erforderlich
• Externe Spannungsversorgung für eine autarke Nutzung ist enthalten
• Externe Spannungsversorgung separat für Mikrocontroller (oder SPS) und Motor mit Wechselschalter auswählbar
• Am Aufzug befindet sich ein Anschluss für ein optionales Bluetooth-Modul wie HM10 oder HC-05. Damit besteht die Möglichkeit, für den Aufzug eine APP zu programmieren und extern anzusteuern. Ein Bluetooth-Modul ist nicht im Lieferumfang enthalten.
• Vollständiges Unterrichtmaterial und Dokumentation

Neben der vollständigen Hardware verfügt das Modul über eine umfassende Anleitung, mit der zunächst die einzelnen relevanten Bauteile erprobt und getestet werden können.

Im Verlauf der Arbeit mit dem Aufzug-Modell wird das Ziel verfolgt, einen Aufzug wie in der Realität vollständig automatisiert arbeiten zu lassen. Der Aufzug enthält bereits einen Funduino MEGA 2560 R3 Mikrocontroller, der den Aufzug bei entsprecher Programmierung vollständig automatisiert steuern kann. Die notwendige Arduino Software ist eine OpenSource Anwendung, die kostenlos auf beliebig vielen Computern, auch in der Schule, installiert werden kann. Das macht dieses System im Unterricht universell und günstig einsetzbar. Die sogenannte "Arduino IDE" ist auf Schulserversystemen wie bspw. iServ auch als Softwarepaket verfügbar.

Es ist jedoch auch möglich, alle einzelnen Komponenten extern mit anderen PLC oder SPS anzusteuern.

Die Arbeitsspannung des Aufzugs beträgt nur 5V. So können alle Komponenten am System gefahrlos ausprobiert und bearbeitet werden.

Technische Details

• Versorgungsspannung 5V auf Steuerungsebene
• Externe Spannungsversorgung 6V - 12V (Für Vorführsituationen ohne angeschlossenen Computer)
• Enthaltener Mikrocontroller: Funduino Mega 2560 R3 (Arduino kompatibel)
• Ein-Aus-Schalter separat für Motorspannung und Mikrocontroller
• Gleichstrommotor mit Untersetzungsgetriebe
• Steuerbare Kabinentür
• Bewegungsmechanismus mit kugelgelagerten Rollen
• Die externen Eingangs-/ Ausgangspunkte am Bedienfeld sind mit Buchsen für herkömmliche Breadboardkabel ausgestattet.
• Rahmengerüst aus 20x20 Aluminiumprofil, schwarz.

Abmessungen

• Grundplatte: 29cm x 21cm (Grundfläche hat ungefähr die Größe eines DIN-A4-Blattes und ist damit ideal geeignet, um an Schülerarbeitsplätzen eingesetzt zu werden)
• Gesamthöhe: 49cm

Lieferumfang

• 1* Aufzug-Modell für vier Ebenen
• 1* DC Antriebsmotor
• 1* Alternative Antriebsmöglichkeit mit 360° Servomotor
• 1* Türöffnung der Aufzugkabine mit Servoantrieb
• 1* MP3 Modul zur Sprachausgabe (Fahrgastinformationen)
• 1* Lautsprecher für die Sprachausgabe
• 1* Lautsprecher für Statustöne
• 4* Lichtschranke (1* pro Ebene)
• 1* OLED Display zur Stausanzeige
• 6* Aufzugtasten in den Ebenen. In den mittleren Ebenen separate Auf- und Ab- Tasten.
• 4* Aufzugtasten im Bedienpanel der Aufzugkabine
• 1* Alarmtaste im Bedienpanel der Aufzugkabine
• 2* Taste für Türöffnung und Türschließung im Bedienpanel der Aufzugkabine
• 2* frei verfügbare Ports inkl. 5V und GND im oberen Bereich des Aufzugs. Hier können zusatzmodule wie Beleuchtungen etc. angeschlossen und programmiert werden.
• 1* Netzteil
• 1* USB-Kabel
• 1* Aufbauanleitung
• 1* Vollständige Dokumentation mit vorgefertigter, kommentierter Aufzugsteuerung (QR-Code zum Bildungsportal)