Projekt INF. Sensorerweiterung für 3D-Drucker. Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert

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1 Projekt INF Sensorerweiterung für 3D-Drucker Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert Koordinator: Felix Baumann Prüfer: Prof. Dr. Dieter Roller Institut für Rechnergestützte Ingenieursysteme (IRIS) 3.Juni 2016 Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

2 Gliederung 1 Motivation 2 Anforderungen 3 Hardware 4 Software 5 Angebrachte Module 6 Ergebnis Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

3 Motivation Echtzeitkontrolle des Druckvorgangs Aufzeichnung von Druckvorgängen Ziel: fehlerhafte Druckergebnisse erkennen Fehlerursachen finden Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

4 Motivation Echtzeitkontrolle des Druckvorgangs Aufzeichnung von Druckvorgängen Ziel: fehlerhafte Druckergebnisse erkennen Fehlerursachen finden Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

5 Motivation Echtzeitkontrolle des Druckvorgangs Aufzeichnung von Druckvorgängen Ziel: fehlerhafte Druckergebnisse erkennen Fehlerursachen finden Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

6 Inhaltsverzeichnis 1 Motivation 2 Anforderungen Zeitliche Anforderung Sensoren Funkstandards Energieversorgung 3 Hardware 4 Software 5 Angebrachte Module 6 Ergebnis Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

7 Anforderungen zeitliche Anforderungen Echtzeitbetrieb (DIN 44300) Aktualisierungsrate 200Hz Sensoren Stromverbrauch festgelegte Größe: maximale Seitenlänge von 2,5cm Kosten Auslesefrequenz der Sensoren digitales Auslesen Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

8 Anforderungen zeitliche Anforderungen Echtzeitbetrieb (DIN 44300) Aktualisierungsrate 200Hz Sensoren Stromverbrauch festgelegte Größe: maximale Seitenlänge von 2,5cm Kosten Auslesefrequenz der Sensoren digitales Auslesen Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

9 Anforderungen Funkstandards geringe Latenz große Übertragungsdistanz (20 m) paralleles Übertragen Energieversorgung wiederaufladbare Batterien Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

10 Anforderungen Funkstandards geringe Latenz große Übertragungsdistanz (20 m) paralleles Übertragen Energieversorgung wiederaufladbare Batterien Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

11 Hardware 6 Ergebnis Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26 1 Motivation 2 Anforderungen 3 Hardware Funkstandards Verwendete Hardware Auswahl der Sensoren und Energieversorgung Befestigung Architektur 4 Software 5 Angebrachte Module

12 Funkstandards WLAN nebenläufige Kommunikation mit mehreren Clients im gleichen Netzwerk Betrieb mehrerer Netzwerke gut möglich große Datenmengen übertragbar lässt sich in bereits vorhandene Netzwerke wie Ethernet integrieren Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

13 verwendete Hardware (1) ESP8266 als Client kompakter WLAN-Sender (2.3cm 1.6cm) eigenständig betreibbar Stromverbrauch im aktiven Modus: 0,2 W (70mA bei 3,3V) Kosten: ca. 5 Euro Quelle: Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

14 verwendete Hardware (2) Raspberry Pi als Server ermo glicht Flashen einer Firmware eines ESP und das U bertragen von Programmen als zentraler Server Daten verarbeiten Kosten: 40 Euro Quelle: Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

15 Auswahl der Sensoren und Energieversorgung Auswahl der Sensoren alle Faktoren, die potenziell den Druck beeinflussen: Temperatur Bewegung Luftfeuchte Luftdruck Integrated Mesasurement Units (IMU) Energieversorgung LiPo-Akku mit Kapazität 600 mah NiMH-Akkus mit Kapazität 1900 mah Laufzeit von 315 Minuten Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

16 Auswahl der Sensoren und Energieversorgung Auswahl der Sensoren alle Faktoren, die potenziell den Druck beeinflussen: Temperatur Bewegung Luftfeuchte Luftdruck Integrated Mesasurement Units (IMU) Energieversorgung LiPo-Akku mit Kapazität 600 mah NiMH-Akkus mit Kapazität 1900 mah Laufzeit von 315 Minuten Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

17 Befestigung 1 Außenwand: ESP8266, GY-291, DS18B20 2 Innenwand: ESP8266, GY-88, DS18B20 3 Platte: ESP8266, GY-50, GY-291, DS18B20 4 Druckkopf: ESP8266, GY-88, DS18B20 Quelle: MakerBot_Replicator_2X_User_Manual.pdf Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

18 Architektur Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

19 Software 1 Motivation 2 Anforderungen 3 Hardware 4 Software Client Software Server Software 5 Angebrachte Module 6 Ergebnis Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

20 Client Software Arduino Core für ESP8266 Open-Source-Port der Arduino Core Library implementiert die meisten Arduino Bibliotheken (WLAN, Wire...) erlaubt Nutzung der Open-Source Bibliothek I2Cdevlib zum Auslesen der Sensoren Struktur Untergliederung in Datenerfassung, Datentransfer und Konfiguration fügt jedem gelesenen Sensorwert eine ID hinzu und versendet diesen an den Server Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

21 Client Software Arduino Core für ESP8266 Open-Source-Port der Arduino Core Library implementiert die meisten Arduino Bibliotheken (WLAN, Wire...) erlaubt Nutzung der Open-Source Bibliothek I2Cdevlib zum Auslesen der Sensoren Struktur Untergliederung in Datenerfassung, Datentransfer und Konfiguration fügt jedem gelesenen Sensorwert eine ID hinzu und versendet diesen an den Server Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

22 Server Software Server Software Java Implementierung Empfängt Daten von den Clients und bereitet diese auf Stellt die Daten zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt sicher, dass bei Verzögerungen in der Verarbeitung Daten weiterhin empfangen werden Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

23 angebrachte Module 1 Motivation 2 Anforderungen 3 Hardware 4 Software 5 Angebrachte Module Modul Außenwand Modul Innenwand Modul Druckkopf Modul Platte 6 Ergebnis Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

24 Modul Außenwand Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

25 Modul Innenwand Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

26 Modul Druckkopf Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

27 Modul Platte Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

28 Ergebnis Gyroscope Druckkopf Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

29 Ergebnis Accelerometer Innen Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

30 Ergebnis Accelerometer außen Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

31 Ergebnis Magnetometer Innen Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26

32 Fragen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! noch Fragen? Hanna Bader, Alexandros Fouskas, Cedric Holeczek, Paul Nehlich und Robin Schweigert 3.Juni / 26