Medien Manager 1000


Funktion Hardware
Der Medien Manager ist das bisher aufwendigste Projekt da fertig
gestellt wurde. Er besteht aus einer PC-Software zur Verwaltung
der Medien und aus einer Box ähnlich einer Jukebox in der bis zu
1000 CD’s oder DVD’s archiviert werden können. Die einzelnen
Medien sind mit Nummern versehen und können vom Gerät oder
vom PC auf Knopfdruck herausgegeben werden.
Die Medien werden in einem Turm archiviert der aus 5 Stockwerken
besteht in dem je 200 Fächer belegt werden können. Jedes
Stockwerk setzt sich aus 2 runden, mit Nuten versehenen Scheiben zusammen zwischen denen die Medien abgelegt werden. Der Turm  ist drehbar gelagert und wird von einem Getriebemotor bewegt dessen Geschwindigkeit und Richtung über Pulsweitenmodulation (PWM) variiert werden kann.



















Für die Kommunikation und diverse Steuerungs- und Regelungsaufgaben im Gerät wird das von Conrad Electronic angebotenes Controller-Modul C-Control 2 bzw. C-Control II verwendet. Ein Controller der Marke Microchip übernimmt die Steuerung von 10 Servos für die Entnahmemechaniken.  Und ein weiterer Controller der Marke Microchip (PIC16F872) übernimmt die Regelung der Stromversorgung bzw. die Umschaltung in den Standbymodus und das wiedereinschalten des Hauptprozessors bei Datenempfang von der PC-Software oder drücken der Standby-Taste am Gerät.
Die Controller sowie ein EEPROM und ein Bedienteil sind über den I2C-Bus für bidirectionalen Datenaustausch miteinander verbunden. Im EEPROM werden entliehene Medien, Synchronisationsdaten, Statuswerte zum ermitteln eines Stromausfalls oder Abbruchs, Fehlermeldungen und Einstellungen gespeichert und können bei Bedarf von der PC-Software ausgelesen werden.

Funktion Software
Die Software dient der Verwaltung von bis zu 1000 Medien
und der Bedienung des Gerätes. Dabei wird zwischen vier
Medientypen unterschieden: Musik CD’s/DVD’s, MP3, Filme
und Daten. Wird ein Neuer Eintrag erstellt können z.B. für
eine Musik CD Albumname, Interpret und Genre
eingegeben werden. Für jeden Eintrag können 2 Bilder
ausgewählt werden die dann von der Software separat
abgespeichert werden. Zusätzlich gibt es z.B. für Daten
CD’s oder DVD’s die Möglichkeit einen Index zu erstellen,
der alle auf dem Datenträger vorhanden Dateinamen,
-größen und Änderungsdatums mit zugehöriger
Verzeichnisstruktur in einer separaten Datei speichert. Mit
einer Suchfunktion kann die Software so auch nach Dateien
suchen ohne das sich die zugehörigen Medien in einem
Laufwerk befinden müssen.
Nachdem die Erstellung eines Eintrages abgeschlossen
ist, wird dem Eintrag eine Fachnummer zugewiesen, die
auf den entsprechenden Datenträger aufgebracht werden
muss.

Für jeden Medientyp existiert eine Tabelle in der z.B. Albumname, Interpret, Genre und Fachnr. zu sehen sind. Beim markieren oder blättern der Einträge werden die zugehörigen Bilder in 2 Vorschaufenstern angezeigt. Bei „Mauskontakt“ werden diese vergrößert.
Um Einträge auszuwählen kann nach verschiedenen Kriterien sortiert oder gesucht werden.
Zum stöbern in der Sammlung gibt es eine Zufallswahl oder die Möglichkeit die Einträge nacheinander automatisch durchzublättern.
Wie viele freie und belegte Fächer aktuell benutzt werden kann über einer weitere Funktion eingesehen werden.
Die Bewegungen bzw. der Status von Medien wird im Gerät in einem EEPROM-Speicher abgelegt und beim Aufrufen der Software mit einer Entleihliste synchronisiert. In dieser kann mit Datum und Uhrzeit eingesehen werden wann ein Medium entliehen wurde.
Umgekehrt werden Neue Einträge und gelöschte Einträge innerhalb einer Datei der Software abgelegt um diese dann bei Verbindung zum Gerät zu übermittelt. Mit dieser Synchronisation wird sichergestellt, dass es innerhalb des Wechslers nicht zu Doppeltbelegungen oder „toten“ Archivierungsplätzen kommt.
Schlussendlich können Bilder, Einträge, Indexdateien, Einstellungen und Synchronisationsdaten in einem Backup gespeichert und z.B. auf einem USB-Stick sicher hinterlegt werden. Bei Bedarf oder nach einer Neuinstallation können diese Daten dann wiederhergestellt werden.

Der Aufbau
Das Gerät besteht im Prinzip aus vielen kleinen und großen
Einzelprojekten. Sowohl der mechanische als auch der
programmtechnische Aufwand ist groß und umfassend. Für
die Herstellung des Projektes sind viel Zeit und vor allem
die maschinelle Herstellung einiger Einzelteile
Vorraussetzung. Da viele nicht die Möglichkeit haben an
Drehbänken und CNC-Fräsen zu arbeiten macht die
Vorstellung jeder einzelnen technischen Feinheit hier kaum
Sinn. Trotzdem sollen hier ein paar grundlegende Praktiken
und Schaltungen erklärt werden die auch in anderen
Vorhaben sehr hilfreich sein können.

Sicherheit
Im Bereich von Kleinspannungen bis ca.40V ist die
Sicherheit meistens unkritisch, zudem werden Themen wie
Kabelführung und Ordnung im Privatbereich meistens eher
Stiefmütterlich behandelt. Da es sich hier meist um
Prototypen handelt ist das, wie ich finde, meistens auch
nicht weiter tragisch.
Anders sehen die Erfahrungen allerdings im Bereich von
230V und mehr aus. Das 230V Netz ist zwar auf mehrere
Arten abgesichert, es ist für diese Sicherheitseinrichtungen aber nicht immer möglich zu unterscheiden ob grade ein Wasserkocher oder ein menschliches Wesen  „kocht“. Statistisch gesehen liegt die Wahrscheinlichkeit bei einem Stromschlag zu sterben zwischen 2,8 und 27%, was man allerdings bis dahin nicht weiß ist ob man selber zu den 97,2% oder zu den 2,8% dazugehört. Schäden tauchen dabei bei JEDEM Kontakt auf, wer Glück hat merkt noch, dass irgendwas weh tut. Folgen sind meist Nervenschäden da das Nervensystem im Körper den geringsten Widerstand hat. Es können außerdem Knochen von den eigenen Muskelkontraktionen gebrochen werden und „Verbrennungskanäle“ im Körper entstehen. Oft kommt es im Körper zu einer Elektrolyse des Blutes die Gifte im Körper erzeugt die auch noch nach Wochen zu tödlichen Organschäden führen können. 
Trafos oder Relais im 230V Bereich sollten daher mit aller Sorgfalt gegen Berührung und das eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden. Damit im Fehlerfall keine Brände aus einem Gerät austreten können sollten alle 230V Komponenten mit einem geeigneten Kunststoff oder Metallgehäuse untergebracht sein.
Außerdem ist eine Sicherung (z.B. Glasrohrsicherung) im Primärkreis natürlich wie für jedes gekaufte Gerät auch bei selbst gebauten Geräten Pflicht. Hier bei geht es nicht nur um die Sicherheit sondern auch um die Bezahlung von Versicherungsschäden wenn die eigene Hütte mal abbrennt.

Versorgungsspannung
Eine gute, günstige und sichere Möglichkeit seine Kleinspannungen aus dem 230V Netz zu bekommen sind Schaltnetzteile von PC’s. Die Netzteile arbeiten recht effektiv, haben bereits geregelte Spannungen, meist absolut ausreichende Leistungen und sind zudem auch noch kurzschlussfest. Einige Netzteile lassen sich mit einem kleinen Taster auf der Kleinspannungsseite einfach einschalten (Vorraussetzung zum einschalten ist oft ein Grundlast an der 5 oder 12V Spannung).
Netzteile kann man außerdem oft zu Hauf von alten PC’s aus der Verwandtschaft und Bekanntschaft einsammeln. 
Und drüber hinaus sind die Gehäusegrößen genormt, so dass defekte Geräte sehr schnell ausgetauscht werden können.

Dokumentation
Im Privaten ist die Doku gar nicht so  schlimm und es hat erhebliche Vorteile wenn man auch nach Jahren und evtl. vielen anderen Basteleien noch nachvollziehen will, wie man eine Problemstellung gelöst hat. Wie Sachen aufgebaut wurden, warum sie so aufgebaut wurden und welche Bauteile verwendet worden sind sollte in der Doku aufzuspüren sein. Es kommt immer mal wieder vor das ein Prototyp ein Fehlerchen preis gibt, der sich zwar an sich leicht beheben lässt, der aber schwer zu lokalisieren ist, weil Infos fehlen.
Motorsteuerungen und andere Standardschaltungen können z.B. oft mehrfach verwendet werden so dass es stressfreier wird wenn schon eine sicher funktionierende Schaltung nachgebaut oder sogar noch verbessert werden kann. Dabei ist das heut zu Tage kaum noch Aufwand. Viele Infos bekommt man übers Internet, so dass nur ein Ordner auf dem PC angelegt werden muss. Wenn dann noch eine Digitalkamera hat, der macht ein paar Fotos von Einzelteilen und aufgemalten Notizen und schmeißt diese in den gleichen Ordner und Druck das evtl. sogar noch einmal aus.  

Präzision von mechanischen Elementen  
Wenn mechanisch bewegte Teile im Spiel sind treten immer wieder Schwierigkeiten auf, die durch mangelnde Präzision entstehen. Der Grund dafür ist einfach: Viele Teile werden natürlich nicht von Computergesteuerten Maschinen hergestellt, so wie man es von gekauften Teilen gewohnt ist. Der Aufwand um Präzise Bauteile mit der Hand zu fertigen ist oft recht groß. Und wird ab einer Toleranz von ca 0,3 mm zum echten Problem. Nun hören sich 0,3mm sehr wenig an. Bei bewegten Mechaniken sind allerdings oft Hebelwirkungen oder Getriebe vorhanden die daraus leicht 0,5cm und mehr werden lassen.
Auch weit kleinere Werte können schon zu Problemen führen. Sollen bewegte Mechaniken parallel zueinander laufen und sind um 0,3 mm versetzt kann es z.B. zu einer erhöhten Reibung und damit zu Ruckelbewegungen, Quietsch- und Knartschgeräuschen kommen, wie man es von Türen kennt. Speziell bei Geräten im Wohnbereich sorgt das für qualitätsbemängelnde Blicke.
Um dieser Art von Schwierigkeiten entgegenzuwirken sollte genau gearbeitet und kontrolliert werden. Nach Möglichkeit sollte Probleme die bezüglich der Präzision auftreten können schon bei der Planung berücksichtigt werden. 
Eine sehr hilfreiche Lösung um präzise Bauteile zu erstellen ist das Arbeiten mit Anschlägen. Auf diese Weise muss für mehrere gleiche Bauteile nur einmal ausgerichtet werden. Zwar treten beim Arbeiten mit Anschlägen auch Toleranzen auf, allerdings sind diese dann bei allen Bauteilen an den gleichen Stellen. Ist ein Loch so z.B. um 0,5mm nach unten versetzt ist auch das Loch der anderen Teile um ca. 0,5mm nach unten versetzt.
Auf den gefertigten Teilen sollte eine Markierung darauf hinweisen wie die Orientierung auf dem Werkstück ist. Durch die weitere Bearbeitung kann es leicht passieren, dass Werkstücke verdreht werden.  Ist keine Markierung vorhanden ist dann beim späteren zusammenbauen vielleicht nicht mehr klar wie die Teile ausgerichtet sein müssen damit die Toleranzen an den gleichen Stellen sind.
Bei Bohrungen sollte immer gekörnt und die Körnung auch kontrolliert werden. Zudem sollte nicht mit der Handbohrmaschine gearbeitet werden wenn es auf Präzision ankommt eine Ständerbohrmaschine ist hier weit besser geeignet. Mit Körnung und auch ohne ist es  möglich mit einem sehr kleinen Bohrer vorzubohren um die Genauigkeit zu erhöhen. Kleine Bohrer driften weniger aus der Position als große. Das kleine gebohrte Loch dient dann als präzise Führung für die größere Bohrung. Auch Löcher auf unebenen oder geneigten Flächen lassen sich so gut herstellen.

Motor, Antriebe
Oft steht am Ende der mühevoll zusammengebauten Elektronik ein Motor. Leider sind auch hier im Privaten die Möglichkeiten begrenzt. Die Anwendung des Bastlers und die Drehzahl von Motoren erlauben es oft nicht die bewegten Teile direkt mit der Motorwelle zu bewegen. Hebe-, Klapp- oder Rotiermechaniken würden sich 1. zu schnell bewegen und 2. können die zur Verfügungen stehenden Motoren die Kraft dazu ohne Getriebe kaum aufbringen. Eine kleine Auswahl an günstigen Getriebemotoren für Bastler gibt es unter http://www.pollin.de .
















Langsame rotierende Grundplatten, auf denen z.B. größer Komponenten befestigt sind lassen sich gut umsetzen indem eine Getriebe- oder Motorachse mit einem Gummiring oder einer Silikonschicht überzogen wird und mit Federkraft gegen den Rand einer runden Grundfläche gedrückt wird. Als Gummiringe eignen sich gut Dichtungsringe aus dem Sanitärbereich die man in jedem Baumarkt kaufen kann.

Geradlinige Bewegungen können gut durch
einen oder mehrere Hebelarme aus der
drehenden Achse eines Getriebes erzeugt
werden. Als Hebelarm eignen sich z.B.
flache Alustreifen aus dem Baumarkt.

Eine Möglichkeit die Drehbewegung der
Motorachse ohne Getriebe in eine
geradlinige Bewegung umzuwandeln
sind Handelsübliche Gewindestangen.
In diesem Falle ist die Gewindestange
selbst das Getriebe. Hiermit können
bereits einige kg bewegt werden. Bei
größeren Kräften setzt sich die Mutter
auf der Gewindestange allerdings fest
(Wie vom Erfinder erdacht!). Mit
Trapezgewindestangen oder -spindeln
(wie im Schraubstock) haben dieses
Problem nicht, mit ihnen lassen sich
wesentlich größere Gewichte bewegen,
allerdings sind diese nicht so ohne
weiteres aufzutreiben. Gelegenheit gibt es
hier evtl. bei Ebay oder dem Schrotthändler.

Eine weitere gute Möglichkeit Mechaniken zu bewegen ist das benutzen von Servos aus dem Modellbau. Servos sind einerseits kräftig und kompakt und können andererseits eine definierte Position ansteuern. Weil sie im Modellbaubereich viel Verwendung finden,  gibt es sie in vielen verschiedenen Ausführungen und es gibt eine riesige Resonanz im Internet, so dass Schaltungen und Software für Controller gut zu finden sind. Es sollte allerdings bedacht werden das Servos, für den gebrauch im Wohnbereich, relativ laute Betriebsgeräusche erzeugen können.


Motor Elektronik
Bewegt man große Gewichte mit einem Motor kann das abrupte Starten und Stoppen des Motors zu Problemen führen. Wird der Motor ohne Beschaltung einfach eingeschaltet versucht er sofort nach dem Starten auf seine Nenndrehzahl zu beschleunigen. Große Lasten sind jedoch träge und benötigen ein Weilchen um in Bewegung zu kommen. Für ein Getriebe oder gar einen Gummiring bedeutet das große „Anstrengung“ und erhöhten Verschleiß. Zudem geht das abrupte abbremsen zu lasten der Genauigkeit. Eine präzise Position anzufahren ist auf diese Weise fast unmöglich. Auch der Stromverbrauch steigt während des Starts auf ein vielfaches des Nennstromes an den der Motor normalerweise aufnimmt.
Hin und wieder soll ein Motor auch in beide Richtungen betrieben werden und dabei von einer elektronischen Schaltung gesteuert oder geregelt werden. Wird ein Microcontroller eingesetzt dürfen oft nur geringe Ströme von z.B. 10mA verwendet werden.
Ein Microcontroller kann mit folgender Schaltung Geschwindigkeit und Laufrichtung von DC-Motoren steuern. Die Bauteile sind auf einen maximalen Strom von ca.30 A ausgelegt und eine maximale Spannung bis 55V. Für Ströme über 5A ist dabei ein ausreichend großes Kühlblech zwingend erforderlich. Unterhalb von 5A kann die Schaltung dafür sehr kompakt völlig ohne Kühlkörper betrieben werden.
Der Schaltungsaufwand ist geringer als wenn eine Vergleichsschaltung mit Relais aufgebaut wird, und zudem ist das Schalten des Motors auf elektronischem Wege absolut lautlos.
Die Schaltung beinhaltet bereits Freilaufdioden und einen Schutz gegen gleichzeitiges Einschalten des Links- und Rechtslaufes, der ohne Schutz zu einem direkten Kurzschluss (30A, 55V, 1650Watt!!!) führen würde. Ich empfehle daher als doppelten Schutz eine kleine Glasrohrsicherung in die Schaltung einzubauen die auf den maximal zu erwartenden Strom abgestimmt ist.











Auf dem Linken Foto ist die Schaltung zu sehen. Recht daneben ist ein Vorschlag für den Aufbau auf Lochstreifenplatine. Auf der Platine sind Steuerungen für 2 Motoren zu sehen, die in Richtung und Geschwindigkeit variiert werden können. Wer nur einen Motor hat benötigt lediglich die Linke oder Rechte Seite vom 14-Poligen IC. Das IC ist eine einfache Undverknüfung und dient dem Schutz vor Kurzschlüssen.
Für jede Seite gibt es 3 Eingänge: LINKS um Linkslauf zu aktivieren, RECHTS um Rechtslauf zu aktivieren, PWM um die Geschwindigkeit zu variieren.


Zum Schluss noch ein paar Bildchen wie der Ganze Salat dann zusmmen aussieht:



















Fragen Anregungen oder auch weitere Schaltungen die immer mal wieder gebraucht werden, nehme ich gerne per Email entgegen. Keine Scheu und frohes Basteln.  






Mema1
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