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The Useless Machine - The Next Generation
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Die Zukunft hat begonnen!

Nach dem großen Erfolg der Useless Machine stellen sich zwei Fragen:

Gibt es noch eine Steigerung?
Worauf hat die Welt bisher vergeblich gewartet?


Die Antwort ist da! Die Zukunft hat begonnen! Die Useless Machine Next Generation ist fertig! Wieder eine Holzbox, aber ein neues Konzept und eine neue Technologie!

Was macht die Useless Machine NG?
Die Useless Machine NG besteht aus einer Holzbox mit geöffnetem Deckel. In der Box befindet sich ein kleiner Schatz (Gummibärchen, Schokolade,...). Sobald eine Person den Inhalt aus dieser Box entnehmen möchte, schließt diese automatisch den Deckel.

Wie funktioniert die Useless Machine NG?
In der Box befindet sich ein 24GHz Radarsensor. Dieser Sensor kann kleinste Bewegungen in der Nähe der Holzbox feststellen. Des Weiteren kann ein Radarsensor schön versteckt anbracht werden, da er bestimmte Materialien durchdringen kann. Kommt also ein Objekt der Holzbox zu nahe und erzeugt eine Bewegung, stellt der Sensor diese fest und gibt die Information an einen Atmel Microcontroller weiter. Der Microcontroller schließt dann über einen Servomotor den Deckel.

Los gehts:
Zuerst habe ich eine kleine Platine erstellt. Darauf befindet sich erstmal ein Spannungsregler. Den benötigen wir um von einer 9V Batterie auf sauber geregelte 5V zu kommen. Der Microcontroller und der Radarsensor benötigen beide 5V Versorgungsspannung. Ein AN/AUS Schalter kommt auch noch drauf. Beim Controller habe ich den Attiny13 von Atmel gewählt. Der ist schön klein, günstig und für die Anwendung ausreichend. Als nächstes kommt eine LED hinzu. Die LED dient zur Statusanzeige und spielt später bei der Kalibrierung noch eine Rolle. Für die Kalibrierung des Sensors kommt als letztes noch ein Taster hinzu. Fertig ist unsere Auswerteschaltung mit Anschlüssen für Radarsensor und Servomotor.

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Weiter gehts mit dem Radarsensor. Dieser benötigt erstmal einen NF-Vorverstärker. Es handelt sich um die gleiche Schaltung aus meinem Beitrag "24 GHz Radarsensor – Grundlagen". Ich habe nur den R4 100K Widerstand gegen ein 100K Poti getauscht. Somit ist die Verstärkung/Empfindlichkeit einstellbar. Der Sensor inkl. Verstärkung wird jetzt mit dem ADC am Attiny13 verbunden.

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Fertig ist die Elektronik! Bevor die jetzt aber in die Holzbox geht, muss noch ein bisschen Software geschrieben werden.

Die Software
Ein paar Worte zur Software. Um das Signal vom Radarsensor auswerten zu können, samplen wir es über den ADC in den Attiny13 ein. Wir bekommen einen Wert zwischen 0 und 255. Ist vor dem Sensor alles still, liegt ein Wert so zwischen 110-120 an. Sobald eine Bewegung vor dem Sensor auftritt, schwangt dieser Wert und liefert höhere und niedrigere Werte (z.B. 140.150,160,120,100,...). Die einfachste Auswertung ist nun, einen Schwellwert festzulegen (z.B. 130). Wird dieser Schwellwert überschritten, schließt  der Controller den Deckel. Da aber nicht jeder Sensor den gleichen Rauschpegel (110-120) hat, benötigen wir eine Kalibrierungsroutine um den Schwellwert festlegen zu können. Deshalb gibt es den Taster. Wird dieser beim Einschalten gedrückt gehalten, geht der Controller in die Kalibierungsroutine. Hier ist es nun wichtig keine Bewegung zu erzeugen. Der Controller liest einige Werte ein und bestimmt den Rauschpegel. Auf diesen Pegel addiert er nun die Zahl 8 und speichert diesen Wert als Schwellwert im EEPROM ab. Jetzt prüft das Programm einfach nur ständig ab, ob dieser Wert überschritten wird.

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Weiter geht es mit der Holzbox. Zuerst wird diese in drei Fächer unterteilt. In der Mitte liegt der Schatz, links wird die Batterie versteckt und rechts der Sensor mit Auswerteelektronik. Um alles schön verstecken zu können, habe ich Filzstoff in die Box geklebt.

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Die Öffnung und Schließung der Box wird mit Hilfe eines Servomotors realisiert. Der Motor wird einfach hinten an die Boxwand geklebt. Mit einem Nagel und einem Stück Holz kann er den Deckel offen halten. Fährt der Servomotor nach unten, fällt der Deckel zu. Fährt der Servomotor wieder hoch, drückt der Nagel und das Stück Holz den Deckel wieder auf. Ein einfacher Mechanismus, der wirklich sehr gut funktioniert.

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Der Servomotor wird mit der Platine verbunden. Die komplette Elektronik wird jetzt in der Box verstaut. Den AN/AUS Schalter habe ich am Rand der Box festgeklebt. Dort ist er jederzeit zugänglich, kann aber nicht sofort entdeckt werden.

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Den Poti zur Einstellung der Empfindlichkeit habe ich auf den Leistenrand geklebt. Später wird dieser vom Filzstoff verdeckt, ist aber gut zugänglich.

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Jetzt muss nur noch alles gut mit Filzstoff verdeckt werden. Der Radarsensor hat keine Probleme durch den Stoff zu schauen.

Kalibrierung
Sobald die Useless Machine NG eingeschaltet wird erkennt der Attiny13 den ersten Start oder ob der Taster gedrückt wird. Der Controller zeigt durch Blinken der LED an, dass die Kalibrierung gestartet wurde. Jetzt darf man sich kein bisschen bewegen, bis der Deckel sich einmal schließt und wieder öffnet. Danach ist die Kalibrierung abgeschlossen und die Useless Machine NG ist einsatzbereit.

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Kleine Schwächen
Die Useless Machine NG ist nicht perfekt. Man kann es natürlich schaffen den Inhalt zu entnehmen. Ein kleines Problem gibt es, wenn sich der Deckel wieder öffnet. In dieser Zeit findet keine Auswertung am Sensor statt, da sich ja der Deckel bewegt. Zu diesem Zeitpunkt könnte der Inhalt schnell entnommen werden. Ca. 0,9 Sekunden nach dem Öffnen des Deckels ist die Auswertung erst wieder aktiv. Das versuche ich noch zu verbessern.

Am besten funktioniert die Useless Machine NG wenn man sich von einem Meter aus nähert und von oben herab hinein langen möchte. Sobald sich der Deckel wieder geöffnet hat, eine Sekunde warten, bis der neue Versuch beginnen kann.

Firmware und Layout:
Firmware USELESS_M_NG Firmware.zip
Eagle Layout und Schaltplan USELESS_M_NG Layout.zip

Stückliste:
Bauteil Wert Beschreibung/Bauform/Conrad,Reichelt Link
IC1 ATTINY13 Atmel Attiny13 DIL08
IC2 5V
 Spannungsregler, 5V, TO-220
LED2 RED  Led LED3MM
R1 220R Kohleschichtwiderstand
S1 SWITCH
 Kurzhubtaster
SL1 3 Pin  Stiftleiste 03P
SWITCH AN/AUS Schiebeschalter
SENSOR
RADAR  Siehe Beitrag "24 GHz Radarsensor Grundlagen"
MINI-SERVO ES-05
Modelcraft Mini-Servo ES-05



 


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