Sponsorenmappe - LED
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November 5 LED-Würfel 2012 Sponsorenmappe zum Projekt: Entwicklung und Konstruktion eines LED-Würfels Von Nick Pfitzenmaier und Fabian Scheytt Wilhelm-Maybach-Schule 74076 Heilbronn Betreuer: Herr Hein Seite 1 Inhaltsverzeichnis 1. Lastenheft ............................................................................................................................................ 3 1.1 Konstruktion eines LED-Würfels ............................................................................................. 3 1.2 Weiterentwicklung ................................................................................................................. 3 1.3 Präsentation der Ergebnisse ................................................................................................... 4 2. Projektauftrag...................................................................................................................................... 4 3. Projektstrukturplan ............................................................................................................................. 5 4. Arbeitspakete ...................................................................................................................................... 6 5. Projektablaufplan .............................................................................................................................. 23 6. Meilensteinplanung ........................................................................................................................... 24 7. Kostenplanung ................................................................................................................................... 25 Seite 2 1. Lastenheft 1.1 Konstruktion eines LED-Würfels Das Ziel unseres Projekts ist es einen LED-Würfel zu entwickeln und zu bauen, welcher in der Lage sein soll Animationen abzuspielen und auf diverse Eingaben zu reagieren. Ein LED-Würfel besteht aus einem LED-Draht-Gitter und einer Elektronik. Beides müssen wir entwerfen und bauen. Das LED-Draht-Gitter besteht aus verlöteten LEDs zu einer Würfelform. Es soll mit möglichst wenigen Drähten das Ansteuern jeder einzelnen LED ermöglichen. Dabei ist genaues Arbeiten für ein gerades und einheitliches Aussehen notwendig. Im Gitter können einfarbige oder mehrfarbige LEDs verbaut werden. Bei mehrfarbigen erhöht sich die Drahtanzahl und damit der Arbeitsaufwand erheblich. Anschließend wird das LED-Draht-Gitter auf einem Sockel aufgebaut, der gleichzeitig das Gehäuse für die notwendige Elektronik darstellt. Tasten am Sockel ermöglichen die Steuerung des Würfels, wie z.B. Auswahl verschiedener Animationen, Testdurchläufe, Anschaltknopf, Zufallsmodus und unterschiedliche Animationsprogramme. 1.2 Weiterentwicklung Wir haben uns als Ziel gesetzt, in der uns noch zur Verfügung stehenden Zeit unseren Würfel weiterzuentwickeln und das Konzept zu verbessern. Die Erstellung von Animationen ist aufwendig und kompliziert. Deshalb wollen wir die Animationserstellung durch die Entwicklung eines C++ Programms vereinfachen. Dabei kann zur Laufzeit die erstellte Animatione am PC durch eine 3D-Visualisierung simuliert werden. Zur Übertragung der Animation wird eine SD-Karte an einen PC angeschlossen und vom Animationsprogramm beschrieben. Die SD-Karte kann dann am Würfel angeschlossen werden und die Animationen abgespielt werden. Die Speicherung der Animationen auf einer SD-Karte vereinfacht die Portierung zwischen PC und Würfel und ermöglicht mehrere Animationen, wegen größerem Speicher. Die Bedienung des Würfels wirft situationsbedingte Probleme auf. Der Würfel wird nach Abschluss des Projekts in einer Vitrine stehen und es dürfen keine Teile außerhalb der Vitrine angebracht werden. Taster und Schalter können somit nur hinter dem Glas angebracht werden. Lösungen dieses Problems könnten Annäherungsschalter oder kapazitive Schalter sein. Die Verwendung eines Bluetooth-Controlers zur Fernsteuerung durch bluetoothfähige Geräte wäre auch eine Möglichkeit, jedoch eine sehr komplizierte. Über den Einbau weiterer Extras entscheiden wir erst wenn wir den Grad der Schwierigkeit und die Möglichkeit zur Umsetzung abgeschätzt haben. Seite 3 1.3 Präsentation der Ergebnisse Im Rahmen unseres Seminarkurses müssen wir in einer Präsentation unsere Ergebnisse vor einem Publikum vorstellen. Diese Präsentation geht in die Bewertung mit ein und stellt daher einen wichtigen Teil unseres Projekts dar. Zur Präsentation werden wir einen Beamer einsetzen und unseren Würfel medienunterstützt vorstellen. Werdegang und die Entwicklungsphasen werden wir in unsere Präsentation mit einbeziehen. Der Würfel wird auf einem Tisch auf der Bühne platziert und in Betrieb gesetzt. Am Stand werden Plakate, Entwicklungsphasen und Prototypen sowie der finale LED-Würfel ausgestellt und Fragen diesbezüglich beantworten. 2. Projektauftrag Projektauftrag Projektname LED-Würfel Projektanlass Seminarkurs Projektziele Sachziel Entwicklung und Bau eines LED-Würfels Kostenziel 1050€ Terminziel Juli 2012 Projektressourcen Lehrer, Bauelemente, Werkzeug, Computer Auftragsbedingungen Schriftliche Ausarbeitung mit Bezug auf Computertechnik und Präsentation der Ergebnisse Termine und Meilensteine Projektbeginn - 12.11.12 Standalone Würfel - 22.01.13 Finaler Würfel - 07.04.13 Voraussichtlicher Projektabschluss - 08.05.13 Projektabgabe - 01.07.13 Seite 4 3. Projektstrukturplan Projekt LED-Würfel 1. LED-Würfel Konstruktion 2. Weiterentwicklung 3. Projektabschluss 1.1 Aufbau 2.1 Animationssoftware 3.1 Andere Extras 1.2 Multiplex Prinzip 2.2 PC-Kommunikation 3.2 Fusion der Teilprojekte 1.3 LED-Gitter 2.3 SD-Karte als Animationsspeicher 3.3 Nachbereitung 1.4 Ansteuerung 2.4 Verwendung unterschiedlicher µC 3.4 Präsentation 1.5 Gehäusebau 2.5 PWM Pulsweitenmodulation 3.5 Fazit 2.6 Kapazitive Schalter Seite 5 4. Arbeitspakete Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: LED-Würfel Konstruktion Pos. Nr. im PSP 1.1 Arbeitspaket: Aufbau Lösungswege und Tätigkeiten Internetrecherchen Informationen zusammentragen Vorhandene LED-Würfel analysieren Unterschiedliche Konstruktionen vergleichen Voraussetzungen - Probleme und Risiken - Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Beteiligte: Nick Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin: Mo 12.11.12 Endtermin: Mo 19.11.12 Seite 6 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: LED-Würfel Konstruktion Pos. Nr. im PSP 1.2 Arbeitspaket: Multiplex-Prinzip Lösungswege und Tätigkeiten Theoretische Einarbeitung in das Thema Funktionsweise des Multiplex-Prinzips Anwendung am LED-Würfel Logische Umsetzung in UML Voraussetzungen - Probleme und Risiken - Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Beteiligte: Nick Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin: Mo 19.11.12 Endtermin: Mo 26.11.12 Seite 7 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: LED-Würfel Konstruktion Pos. Nr. im PSP 1.3 Arbeitspaket: LED-Gitter Lösungswege und Tätigkeiten Gitteraufbau herausarbeiten Löten lernen Grüne LEDs schleifen 512 grüne LEDs zu einem 8x8x8 Gitter löten 512 RGB LEDs zu einem 8x8x8 Gitter löten Voraussetzungen Lötkolben Probleme und Risiken Defekte LEDs Kalte Lötstellen Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Beteiligte: Nick Geplante Kosten 803,85€ Geplante Termine: Starttermin: Mo 26.11.12 Endtermin: Di 15.01.13 Seite 8 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: LED-Würfel Konstruktion Pos. Nr. im PSP 1.4 Arbeitspaket: Ansteuerung Lösungswege und Tätigkeiten Recherche über unterschiedliche Ansteuerungsarten Einarbeitung in Mikrocontrollertechnik Erlernen der Assemblersprache Eine Decoderschaltung konstruieren Eigene Platine entwickeln Programmierung der Mikrocontroller Voraussetzungen Elektrische Bauelemente Probleme und Risiken Komplexität der Arbeitsschritte Arbeitspaketverantwortlicher: Nick Geplante Kosten 148,36€ Geplante Termine: Starttermin: Mo 26.11.12 Endtermin: Mi 26.12.12 Seite 9 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: LED-Würfel Konstruktion Pos. Nr. im PSP 1.5 Arbeitspaket: Gehäusebau Lösungswege und Tätigkeiten Einplanung der Weiterentwicklungen in das Gehäuse Verwendung einfacher Materialien (Holz, Plexiglas) Lackierung des Gehäuses Voraussetzungen Werkstatt Probleme und Risiken Stabile Befestigung des LED-Gitters am Gehäuse Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Beteiligte: Nick Geplante Kosten 82,19€ Geplante Termine: Starttermin: Di 15.01.13 Endtermin: Di 22.01.13 Seite 10 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Weiterentwicklung Pos. Nr. im PSP 2.1 Arbeitspaket: Animationssoftware Lösungswege und Tätigkeiten Entwickeln einer intuitiven Benutzeroberfläche Festlegung eines Speicherformates für die Animationen Benutzung von OpenGL zur 3D Visualisierung Schreiben von Rohdaten auf eine SD-Karte Voraussetzungen Kenntnisse in C++ und OpenGL Probleme und Risiken Lauffähigkeit auf unterschiedlichen Betriebssystemen Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin (frühester / spätester): Mo 26.11.12 / Mo 18.02.13 Endtermin (frühester / spätester): Mo 24.12.12 / Mo 18.03.13 Seite 11 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Weiterentwicklung Pos. Nr. im PSP 2.1 Arbeitspaket: Animationssoftware Lösungswege und Tätigkeiten Entwickeln einer intuitiven Benutzeroberfläche Festlegung eines Speicherformates für die Animationen Benutzung von OpenGL zur 3D Visualisierung Schreiben von Rohdaten auf eine SD-Karte Voraussetzungen Kenntnisse in C++ und OpenGL Probleme und Risiken Lauffähigkeit auf unterschiedlichen Betriebssystemen Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin (frühester / spätester): Mo 26.11.12 / Mo 18.02.13 Endtermin (frühester / spätester): Mo 24.12.12 / Mo 18.03.13 Seite 12 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Weiterentwicklung Pos. Nr. im PSP 2.2 Arbeitspaket: SD-Karte als Animationsspeicher Lösungswege und Tätigkeiten Protokoll von seriellen Schnittstellen (genau RS232) erlernen Schnittstelle bauen Programme in C++ und Assembler schreiben, damit PC und Würfel miteinander Daten austauschen können Im Animationsprogramm sollte man Animationen in Echtzeit auf dem Würfel abspielen können Voraussetzungen RS232-Schnittstelle Probleme und Risiken Fehlerfreie Übertragung der Daten Einbauen der COM-Schnittstelle im Animationsprogramm mit C++ Arbeitspaketverantwortlicher: Nick Beteiligte: Fabian Geplante Kosten Geplante Termine: Starttermin (frühester / spätester): Mi 26.12.12 / Di 08.01.13 Endtermin (frühester / spätester): Mi 09.01.13 / Di 22.01.13 Seite 13 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Weiterentwicklung Pos. Nr. im PSP 2.3 Arbeitspaket: SD-Karte als Animationsspeicher Lösungswege und Tätigkeiten Einlesen in Übertragungsprotokolle der SD-Karte Schnittstelle zwischen SD-Karte und µC aufbauen Weiterentwicklung der Animationssoftware zum Übertragen der Daten am PC Voraussetzungen SD-Kartenslot Probleme und Risiken Unterschiedliche Betriebsspannung zwischen SD-Karte und Mikrocontroller (3,3V und 5V) Arbeitspaketverantwortlicher: Nick Beteiligte: Fabian Geplante Kosten 11,20€ Geplante Termine: Starttermin (frühester / spätester): Mi 26.12.12 / Di 08.01.13 Endtermin (frühester / spätester): Mi 09.01.13 / Di 22.01.13 Seite 14 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Weiterentwicklung Pos. Nr. im PSP 2.4 Arbeitspaket: Verwendung unterschiedlicher Mikrocontroller Lösungswege und Tätigkeiten Recherche der unterschiedlichen Mikrocontroller Vergleich nach positiven und negativen Aspekten Auswahl geeigneter µC und Verwendung in der Ansteuerung Voraussetzungen Grundwissen über Mikrocontroller Probleme und Risiken - Arbeitspaketverantwortlicher: Nick Geplante Kosten 10,60€ Geplante Termine: Starttermin: Di 22.01.13 Endtermin: Di 05.02.13 Seite 15 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Weiterentwicklung Pos. Nr. im PSP 2.5 Arbeitspaket: PWM - Pulsweitenmodulation Lösungswege und Tätigkeiten Entscheidung über Hardware-PWM oder Software-PWM Falls Hardware-PWM: Anpassung der Schaltung, der µC-Programmierung und der Animationssoftware Falls Software-PWM: Anpassung der µC-Programmierung und der Animationssoftware Voraussetzungen - Probleme und Risiken Rechenleistung des Mikrocontrollers Arbeitspaketverantwortlicher: Nick Beteiligte: Fabian Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin: Di 05.02.13 Endtermin: Di 12.02.13 Seite 16 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Weiterentwicklung Pos. Nr. im PSP 2.6 Arbeitspaket: Kapazitive Schalter Lösungswege und Tätigkeiten Aufbau von Testschaltungen Bau eines Eingabemoduls Anpassung der µC-Programmierung Voraussetzungen - Probleme und Risiken Empfindlichkeit der Schalter Arbeitspaketverantwortlicher: Nick Beteiligte: Fabian Geplante Kosten 5,92€ Geplante Termine: Starttermin: Di 12.02.13 Endtermin: Di 26.02.13 Seite 17 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Projektabschluss Pos. Nr. im PSP 3.1 Arbeitspaket: Andere Extras Lösungswege und Tätigkeiten Soundsteuerung (Analog-Digital-Wandlung) LED-Anzeigen Voraussetzungen - Probleme und Risiken - Arbeitspaketverantwortlicher: Nick Beteiligte: Fabian Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin: Di 26.02.13 Endtermin: Mo 18.03.13 Seite 18 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Projektabschluss Pos. Nr. im PSP 3.2 Arbeitspaket: Fusion der Teilprojekte Lösungswege und Tätigkeiten Entwicklung einer finalen Platine Augenmerk auf Robustheit und Laufzeitstabilität Verbesserte EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) Ätzen einer Platine Voraussetzungen Ausgereifte Teilprojekte Probleme und Risiken Inkompatibilität der Teilprojekte zueinander Leistungsgrenzen der Mikrocontroller Arbeitspaketverantwortlicher: Nick Beteiligte: Fabian Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin: Mo 18.03.13 Endtermin: So 07.04.13 Seite 19 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Projektabschluss Pos. Nr. im PSP 3.3 Arbeitspaket: Nachbereitung Lösungswege und Tätigkeiten Ausgiebige Tests des Würfels Identifikation von Schwächen und Fehlern Beseitigung der Schwächen und Fehlern Dokumentation zur Abgabe bereit machen Voraussetzungen Abgeschlossene Entwicklung Probleme und Risiken Auftreten von großen Funktionsproblemen Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Beteiligte: Nick Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin: So 07.04.13 Endtermin: So 21.04.13 Seite 20 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Projektabschluss Pos. Nr. im PSP 3.4 Arbeitspaket: Präsentation Lösungswege und Tätigkeiten Erstellung einer Medienbegleitenden Präsentation Vorstellung des Projektes Präsentation des Würfels mit Animationen Highlight: Soundsteuerung zu gespielter Musik Voraussetzungen Funktionierender Würfel Probleme und Risiken Ausfallrisiko des Würfels Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Beteiligte: Nick Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin: So 21.04.13 Endtermin: So 05.05.13 Seite 21 Arbeitspaketbeschreibung Teilprojekt: Projektabschluss Pos. Nr. im PSP 3.5 Arbeitspaket: Fazit Lösungswege und Tätigkeiten Reflektionen Zusammenfassen der erlernten Fähigkeiten Erfahrungen dokumentieren Voraussetzungen Projekt weitgehend abgeschlossen Probleme und Risiken - Arbeitspaketverantwortlicher: Fabian Beteiligte: Nick Geplante Kosten - Geplante Termine: Starttermin: So 05.05.13 Endtermin: Mi 08.05.13 Seite 22 5. Projektablaufplan Seite 23 6. Meilensteinplanung Standalone Würfel 28.01.13 Projektbeginn 12.11.12 • Fertiger Würfel, der Animationen abspielen kann • Bereit zum Vorführen und Ausstellen Finaler Würfel 14.04.13 Vorraussichtlicher Projektabschluss 14.06.13 • Der Bau ist abgeschlossen • Teilprojekte sind verwirklicht • Bereit zur Testphase • Dokumentation abgeschlossem • Präsentation vorbereitet • Würfel einsatzbereit und Technik ausgereift Projektabgabe 01.07.13 Seite 24 7. Kostenplanung Die aufgelisteten Kosten beziehen sich ausschließlich auf die Materialkosten und stellen unsere Finanzierungslücke dar. Andere Kostenarten kommen im Projekt nicht vor oder sind von uns zur Verfügung gestellten Mitteln abgedeckt. In vielen Fällen haben wir den Onlineshop Reichelt als Bezugsquelle angegeben, da dieser preisgünstig ist und viele Bauelemente zur Auswahl hat. Zusätzlich reduziert die geringe Anzahl der Bezugsquellen die anfallenden Versandkosten. Arbeitspaketkosten AP-Nr. 1.3 Arbeitspaketname: LED-Gitter Ressourcenname Bezugsquelle LED 5mm grün DIFFUSE RGB-Rainbow 4-Pin LED 5mm Schaltdraht verzinnt blank 1 mm Reichelt PUR-LED Distrelec AP-Nr. 1.4 Arbeitspaketname: Ansteuerung Ressourcenname Bezugsquelle IRLU 024N Leistungs-MOSFET UDN 2981 Treiber 74HC 595 Schieberegister 74HC 238 3 zu 8 Decoder IC-Sockel Kohleschichtwiderstand 1/4W, 5%, 270 Ohm Kohleschichtwiderstand 1/4W, 5%, 330 Ohm Kohleschichtwiderstand 1/4W, 5%, 180 Ohm Lochrasterplatine, Hartpapier, 500x100mm Mini Schaltnetzteil (5V/5,0A/25W) Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt Reichelt AP-Verantwortlicher: Fabian Anzahl € je Summe ME Einheit € 550 0,07 38,50 520 1,39 722,80 1 42,55 42,55 Gesamtkosten: 803,85 AP-Verantwortlicher: Nick Anzahl € je Summe ME Einheit € 40 0,40 16,00 32 1,10 35,20 32 0,31 9,92 5 0,26 1,30 104 0,06 6,24 550 0,019 10,45 550 0,019 10,45 1100 0,019 20,90 1 5,80 5,80 3 10,70 32,10 Gesamtkosten: 148,36 Seite 25 AP-Nr. 1.5 Arbeitspaketname: Gehäusebau Ressourcenname Bezugsquelle Plexiglas Heißklebepatronen Holzplatten Kiefer 1000x500x15mm Farblack schwarz OBI OBI OBI OBI AP-Nr. 2.3 Arbeitspaketname: SD-Karte als Animationsspeicher Ressourcenname Bezugsquelle SD-Kartenslot CONNECTOR SD 21 SD-Karte DELOCK 55715 Reichelt Reichelt AP-Nr. 2.5 AP-Verantwortlicher: Nick Anzahl € je Summe ME Einheit € 1 6,25 6,25 1 4,95 4,95 Gesamtkosten: 11,20 Arbeitspaketname: Verwendung unterschiedlicher µC Ressourcenname Bezugsquelle AT 89C51ED2 PLCC ATMEGA 8A-PU IC-Sockel Reichelt Reichelt Reichelt AP-Nr. 2.6 AP-Verantwortlicher: Fabian Anzahl € je Summe ME Einheit € 3 9,99 29,97 1 4,95 4,95 5 2,49 12,45 1 4,99 4,99 Gesamtkosten: 52,36 Arbeitspaketname: Kapazitive Schalter Ressourcenname Bezugsquelle Platine, Epoxyd, einseitig, 120x80mm AT 89S52 PDIP Reichelt REichelt AP-Verantwortlicher: Nick Anzahl € je Summe ME Einheit € 1 5,50 5,50 2 1,80 3,60 3 0,50 1,50 Gesamtkosten: 10,60 AP-Verantwortlicher: Nick Anzahl € je Summe ME Einheit € 4 0,93 3,72 2 1,10 2,20 Gesamtkosten: 5,92 Seite 26 Projektkosten AP-Nr. Kosten € 803,85 148,36 52,36 11,20 10,60 5,92 Arbeitspaketname: 1.3 1.4 1.5 2.3 2.5 2.6 LED-Gitter Ansteuerung Gehäusebau SD-Karte als Animationsspeicher Verwendung unterschiedlicher µC Kapazitive Schalter Versandkosten der Bezugsquellen: Reichelt (reichelt elektronik GmbH & Co. KG) PUR-LED (PUR-LED GmbH & Co. KG) Distrelec (Distrelec Schuricht GmbH) OBI (OBI GmbH & Co. Deutschland KG) Gesamtkosten: 5,60 5,95 6,95 1050,79 Seite 27
