Kontaktloses Thermometer

Autoren: Alexander Gossen, Markus Esjutin
Betreuer: Prof. Schneider

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Einleitung

Im Rahmen des Praktikums Angewandte Elektrotechnik im Masterstudiengang Business and Systems Engineering im Wintersemester 20/21 ist vorgesehen, dass sich die Studierenden mit einem Microcontroller-Projekt auseinadersetzen, indem das theoretische Wissen aus den folgenden Themengebieten angewendet wird:

• Schaltungstechnik
• Elektrotechnik
• Mess- und Regelungstechnik

Die Studierenden sind aufgefordert ein angemessenes Projekthema mit einem Funduino Uno R3 zu recherchieren und auszuwählen. Hierbei besitzen die Studierenden bezüglich des Lösungskonzepts jegliche Freiheiten und sind nicht eingeschränkt.

Ausschlaggebend für das Projektthema "Kontaktloses Thermometer" war der ausgebrochene Virus Sars-CoV-2 oder besser bekannt als der Coronavirus. Durch die hohen Infektionszahlen seit Anfang des Jahres 2020 sind viele medizinische Hilfsmittel wie z.B. Fieberthermometer schnell ausverkauft oder werden zu überhöhten Preisen angeboten. Deshalb wird dieses Projekt als Motivation gesehen, sein eigenes kontaktloses Thermometer zu entwickeln und anderen die Möglichkeit zu bieten dies nachzubauen.

Projektsteckbrief

Im Rahmen der Projektvorgehensweise wird die Funtkion des kontaklosen Thermometers anhand eines kurzen Steckbriefs erläutert. Die kontaktlose Temperaturmessung wird durch einen Infrarotsensor ermöglicht. Dieser agiert zusammen mit dem Ultraschallsensor und zwei LED's für eine korrekte Messung. Der Ultraschallsensor prüft, ob die angegebene Entfernung stimmt und zeigt dies anhand zwei verschiedenfarbiger LED's an. Liegt die Entfernung bei 2-5cm, leuchtet die LED grün. Ist die Entferung zu weit, leuchtet sie rot. Bei Betätigung eines Taster soll der Wert festgehalten werden und auf einem Display auslesbar sein. Bei erneuter Betätigung des Tasters, soll das Thermometer für eine neue Messung bereitgestellt sein.

Projektplan

Projektplan Kontaktloses Thermometer

Anforderungen an das Projekt

Die nachfolgende Liste beschreibt die Anforderungen an das Projekt "Kontaktloses Thermometer", die erfüllt werden müssen.

1. Die Temparatur muss in Grad Celsius angezeigt werden und einen Bereich von 35 C° - 42 C° abdecken.
2. Das Thermometer muss im Entfernungsbereich von 2-5cm bei einer Auflösung von 0,1 C° messen können.
3. Eine grüne LED muss leuchten, sobald sich das Thermometer im Entfernungsbereich befindet. Ansonsten leuchtet sie rot.
4. Bei Betätigung des Tasters muss die aufgenommene Temperatur festgehalten werden, solange sie sich im Entfernungsbereich befindet.
5. Die Messergebnisse müssen visuell per Display und akustisch durch einen Signalton kenntlich gemacht werden.
6. Die Ergebnisse müssen auslesbar sein bis der Taster wieder gedrückt wird.
7. Die Stromversorgung soll alternativ über eine Batterie laufen.
8. Die Temparaturmessung muss in Echtzeit erfolgen.
9. Das Thermometer soll handlich und transportabel sein.

Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf

Funktionale Systemstruktur

Das Thermometer misst die Temperatur eines Objektes mithilfe eines Infrarotsensors. Aufgrund von Herstellerangaben (Zuverlässigkeitsbereich der Messungen) wurde der Messbereich des Sensors auf 2 cm - 5 cm festgelegt. Dies bedeutet, das man lediglich in diesem Distanzbereich Messungen durchführen kann. Sobald der entsprechende Messbereich erreicht ist, wird dies anhand von LED's signalisiert. Ein Display gibt den entsprechenden Text aus. Eine Messung wird durch die Betätigung eines Tasters durchgeführt. Die Stromversorgung und Mobilität des Thermometers ist über eine Batterie gewährleistet.

Funktionale Systemstruktur des kontaktlosen Thermometers

Komponentenspezifikation

Die Teilkomponenten aus dem funktionalen Systementwurf werden in diesem Kapitel näher erläutert. Darüber hinaus wird die benötigte Hardware für die Umsetzung des Projekts aufgelistet sowie die Funktion spezifiziert, um die Aufgaben der einzelnen Bauteile zu verdeutlichen, einen Überblick über die Kosten zu gewähren und einen möglichen Nachbau zu erleichtern. Die meisten aller Komponenten wurden bei funduino.de bestellt, da hier auch unter anderem ein vergünstigtes Set für HSHL-Studierende angeboten wird, weswegen sich die größte Teil aller Preise auf diesen Anbieter bezieht. Teile, wie der kontaktlose Temperatursensor, wurde von anderen Anbietern bezogen.

Verwendete Komponenten

Bauteil	Funktion	Preis € (inkl. Mehrwertsteuer)	Hyperlink
Arduino Uno R3 (alternativ Nano)	Mikrocontroller zur Ansteuerung der Schaltkreise	13,90	Arduino Uno R3
MLX90614/5 Contactless Temperature Sensor	Infrarot-Temperaturmessung	11,99	MLX90614
Ultrasonic Sensor HC-SR04	Abstandsmessung zur Einhaltung des Messbereichs	2,40	Ultraschallsensor
Experimentelles Breadboard	Verbindung aller Schaltkreise	0,47	Breadboard
Jumper Wires	Verbindung aller Schaltkreise	7,29	Jumper Wires
OLED-Display (128x64)	Anzeigebildschirm	5,79	OLED-Display
Taster	Betätigung zur Aufnahme einer Temperaturmessung	0,29	Taster
LED (2x)	Indikator für Mindestabstand (rot) und Maximalabstand (grün)	4,40	LED
Filament (3D-Druck)	Herstellung eines Gehäuses für das Thermometer	24,99	3D-Druck Filament
Lötkolben	Herstellung einer festen Verbindung zwischen den Wires	18,22	Lötkolben
Löt-Zinn	Verbindungsmaterial	6,43	Löt-Zinn

Literaturverzeichnis

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