Projektliste der Wissenschaftlichen Werkstatt - Bereich Elektronik


Auf dieser Seite finden sie eine Auswahl von Projekten der Elektronik.

Projekte:

Für psychologische Untersuchungen soll die Reizleitung gemessen werden. Zu diesem Zweck werden die Nerven an den Fingern mittels eines Vibrationsmotors stimuliert. Auf der "anderen Seite" werden dann die Hirnströme am Kopf gemessen.
In Vorversuchen wurden daher die Anlaufzeiten der Vibrationsmotoren untersucht. Außerdem wurden alternative Aktoren (z.B. Piezoaktoren) auf ihre Geeignetheit hin untersucht.
Ein spezielles Computerprogramm gibt entsprechende Impulse an die Fingeraktoren aus. Wichtig für den Aufbau war es die Latenzzeiten kurz und reproduzierbar zu halten, da sich die Reizleitung in den Nerven im ms Bereich befindet.

Vibra-Controller

In Kooperation mit anderen Abteilungen/Instituten, dem Botanischen Garten und dem ZaWiW arbeiten wir an der Aufgabenstellung, "Blumenkübel" zu vernetzen. Hierzu wird LoRa-Technik verwendet. Dabei werden die gemessenen Sensordaten (Temperatur, Feuchte, Füllstand...) offen abgelegt und können z.B. über diesen  Link (Sense Box) visualisiert werden.
Interessant hierzu ist der Artikel im UniIntern (Okt.2019, Seite 27)
Weitere Infos und die Ergebnisse des ersten Jahres unter
https://pflanzenoekologie.forschendes-lernen.de/trockenstressprojekt-2021-ergebnisse/

Sense-Box

Um verschiedene Möglichkeiten im Umgang mit Mikroprozessoren kennen zu lernen, bekam der Azubi dieses Projekt.
In der ersten Stufe ging es darum einen Text auf einem 8 mal 8x8 Display zu erzeugen.
Dann sollte der Text dynamisch über Bluetooth eingegeben werden können.
Ebenso sollte eine Programmierung via Bluetooth erfolgen.
Der nächste Schritt war die Implementierung einer Wlan Schnittstelle, um die Texte einzugeben.
Im laufenden Betrieb gibt es immer wieder Verbesserungsideen, wie z.B. die abwechselnde Anzeige der Uhrzeit.

Laufschrift Anzeige

Oft werden Sensorsignale über eine 4-20mA Stromschleife geleitet. Um zu testen, ob der Empfänger funktioniert, wurde dieser Signalgenerator gebaut. Er liefert auf einfachem Weg ein "Sensorsignal" und kann einen Kurzschluss sowie zu hohen Widerstand simulieren. Um zusätzliche Fehlerquellen auszuschließen, wurde der Aufbau sehr einfach gehalten.

Stromschleifen Simulator

Für verschiedene Experimente (Chemie) müssen Stoffe mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt werden. Je nach Versuchsaufbau sind hierzu besondere LED Konstruktionen notwendig. Die Lichtleistung kann eingestellt werden.

LED-Konstruktion

Bei Freilandversuchen der Biolog:innen  werden aus einem abgeschlossenen Raum um Pflanzen herum "Duftproben" entnommen. Dazu wird mit einer speziellen Pumpe über einen längeren Zeitraum die Luft durch einen Filter gepumpt.
Die erste Generation dieser Duftpumpen litt unter dem Problem, dass der Akku immer dann leer war, wenn  man ihn brauchte. Eine zusätzliche Unterspannungsabschaltung schützte dann zwar den Akku, konnte aber das eigentliche Problem und die schlechte Energieeffizienz nicht lösen.

Die neue Duftpumpe enthält nun einen Mikrocontroller, der sowohl das intelligente Akkumanagement  als auch eine Zeit- und Leistungssteuerung übernimmt. Die Bedienung erfolgt mittels eines Drehencoders, zur Visualisierung wird ein Oled-Display verwendet. Zudem konnte auch die Gerätegröße optimiert werden.

Duftpumpe

Um für Reihenversuche in der Biologie mehrere Pumpen steuern zu können, wurde dieses Gerät gebaut.
Die Pumpen befördern Luft aus einem geschlossenen System definiert zur Analyse durch ein Filter.

Vierfach Duftpupencontroller

Für einen Versuch im physikalischen Praktikum wird eine Stromquelle benötigt. Um Impedanzmessungen (Leitfähigkeit von Flüsigkeiten) durchzuführen, soll dabei ein konstanter Strom mit einer vorgegebenen Frequenz moduliert/gepulst werden.

Stromquelle für Studierenden Praktikum

Für eine Ausstellung in Ulm zum Thema Batterietechnik (Ausstellung Akku alle?!....) wurde von der Mechanischen Werkstatt eine ca 2,40m hohe Vitrine in Form einer Batteriezelle gebaut.
Die Beleuchtung der drei "Innenräume", zusätzliche Steckdosen im Boden und die farbige Sockelbeleuchtung können mittels Fernsteuerung ein- und ausgeschaltet werden.
Die Stromzuführung kann sowohl von unten als auch von oben erfolgen.

Vitrinenbeleuchtung

Um in der Chemie die Reaktion verschiedener Substanzen unter Lichteinfluß zu analysieren, wurde dieses Bestrahlungsgerät gebaut.
Die Led (1W star, unterschiedlich spezifizierte Wellenlängen, rot grün, gelb, blau, UV) sitzt im Kühlkörper, das Licht wird über einen Glasstab herausgeführt. Dieser kann direkt in die Flüssigkeit eingetaucht werden, so dass das Licht ohne weitere Verluste die Chemikalie bestrahlen kann.

LED-Bestrahlungsgerät

Um in der Medizinischen Psychologie Stressreaktionen messen zu können, wurde ein ergonomisch geformter Schaumstoffball (Stressball) hergestellt.
In diesen wird ein Drucksensor implementiert, dessen Ausgandssignal von der Software analysiert werden kann.

Stressball

Sowohl in der Chemie, als auch der Biologie werden die Reaktion verschiedener Substanzen und Zellen unter Lichteinfluß analysiert.  Hierfür wurden dieses Leuchtstäbe gebaut.
Um flexibel in der Herstellung zu sein, werden übliche 5mm Leuchtdioden verwendet. Die Wellenlänge wird entsprechend der Anforderungen ausgewählt (von IR-Licht über rot, gelb, orange, grün, blau bis UV-Licht ist fast alles möglich).
Da die LEDs zwecks größtmöglicher Lichtausbeute an der oberen Grenze des zulässigen Stromes und somit der Temperatur betrieben werden, ist die Lebensdauer beschränkt, bzw. nimmt die Lichtintensität mit der Zeit ab.
Diesem Nachteil steht die unkomplizierte Handhabung und Fertigung gegenüber.

LED-Stäbe

In der Elektrochemie werden für die Rastertunnelmikroskopie (STM) sehr "spitze" Spitzen benötigt. Diese können auf unterschiedliche Arten hergestellt werden. Eine Möglichkeit ist das Ätzen eines Drahtes. Der Draht wird durch eine Flüssigkeitsmembran getaucht und von Strom durchflossen. Dabei werden die Drahtatome "weggeätzt" bis am Ende der untere Teil des Drahtes durch sein Gewicht herunterfällt. Dabei wird die entstehende Spitze sehr spitz, im Idealfall mit einem Atom an der Spitze. Dies funktioniert aber nur, wenn der Stromfluß beim Abreißen des Drahtes sofort unterbrochen wird.
Das Gerät bietet die Möglichkeit, mit konstanter Stromstärke zu arbeiten, sowie mit Pulsen zu experimentieren.

Spitzen-Ätzgerät

Ziel des Auftrags war es, eine Schaltung zur Erzeugung verschiedener (Trigger-) Signale mit variablen Laufzeiten zu konstruieren.

Delay und Devider

Ziel des Projekts war es, spezielle Metallröhren kontrolliert zu beheizen, um im Inneren die Kondensation der durchströmenden Luft zu verhindern. Jedes Röhrchen wird mit ca 6W beheizt.

Röhrenheizung

Hierbei handelt es sich um die Ansteuerung eines Versuchsaufbaus in der analytischen Chemie.
Relais (für Pumpen, Heizung, max 64 Stk.) sollen zeitabhängig angesteuert werden. Die Zeitprogrammierung erfolgt entweder manuell direkt am Gerät oder via USB-Schnittstelle.

Relais-Array

Es handelt sich um ein regelbares IR Leuchtband, welches in der Biologie für Versuche zum Pflanzenwachstum eingesetzt wird.

IR-Leuchtband

Entwicklung eines 8-Kanal Trennverstärkers.
Gefordert wurde die galvanische Trennung von 8 Signalen.

Trennverstärker

In diesem Projekt ging es darum, für die Sportmedizin einen Trainingstimer zu entwickeln.
Ein Sender/Master soll mehrere Empfänger (8 Stück) zeitsynchron steuern. Die Empfänger sind entlang der Laufbahn auf einem Sportplatz verteilt und geben mittels optischem und akustischem Signal den Sportlern die Laufgeschwindigkeit vor. 
Die Geräte müssen somit Freifeldtauglich sein, die Datenübertragung erfolgt drahtlos und die Geräte sind batteriebetrieben.

Trainingstimer

Zur Ergänzung des Bioreaktors (Fermenter) wird ein 4-Kanal Heizungsregler gebaut ( Verwendet werden Senco Module).
Um die Gefäße zu heizen (max 45°C) werden Heizfolien um den Behälter geklebt. Der Heizvorgang bei einer Leistung von ca 150W dauert allerdings eine Weile. Eine gute Isolierung der Gefäße ist somit notwendig.

Bioreaktor: 4-Kanal Heizregler

Bau der Belüftungseinheiten für Bioreaktoren.

Reaktorlüftung

Der Auftrag war, einen handlichen Timer zur Messung von 4 verschiedenen Ereignissen zu bauen.
Neben einer intuitiven Bedienung wurde auf eine lange Batterielebensdauer Wert gelegt.
Während das alte Modell mit diskreten Zählern aufgebaut war, wurde nun ein  Mikrokontroller verwendet.

Event-Timer

Entwickelt wurde ein Steuergerät für den Schmelzvorgang eines Kunststoffgranulats im Vakuum bei gleichzeitigem Vorschub eines Drahtes.

Steuergerät Granulatschmelze

Für die Systematische Botanik sollte ein witterungsfester Koffer gebaut werden.
In diesen sollen verschiedene Messgeräte eingebaut werden, die teilweise Anschlüsse nach draußen erhalten sowie bei geschlossenem Koffer bedient werden müssen.

Outdoor-Koffer

Um Signale sauber messen zu können, muß häufig die sogenannte "Erdschleife" aufgetrennt werden. Da viele Messgeräte über den USB an den PC angeschlossen werden, ergeben sich hier zwangsläufig ungewünschte Masseverbindungen.
Um diese zu unterbinden bauten wir einen USB-Isolator (USB2), der die Bussignale potentialfrei überträgt. 

USB-Isolator

Ein längeres projekt ist die technische Begleitung einer Biogasanlage (Fermenter).
In einen luftdicht geschlossenen Edelstahlbehälter (ca 15l) wird ein Substrat  eingebracht und dessen Gärprozess beobachtet.
Hierzu wird die Masse regelmässig gerührt, nicht geschüttelt.
In einer ersten Version erfolgt die Zuführung des Substrats über eine Förderschnecke. Auch hier wird die Schnecke automatisch Zeitgesteuert.
In weiteren Ausbaustadien wird der Behälter geheizt, Temperatur und pH-Wert gemessen sowie die Zuführung über eine Revolverplatte realisiert.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass die agressive Umgebung den Materialien schwer zusetzt. So muß z.B. der Rührermotor regelmässig ersetzt werden.

Experimentelle Biogasanlage

Die Zahnklinik benötigt für Versuche an künstlichen Zahnmaterialien ein Gerät, mit dem reproduzierbar die "dritten Zähne" geputzt werden können.
Die Mechanik für mehrere parallele Putzeinheiten baute die WWF. Das Gerät putzt mit einer am Steuergerät vorgegebenen Frequenz/Geschwindigkeit für eine festgelegte Zyklenanzahl.  

Zahnputz-Maschine

Für das Institut Medieninformatik wurde ein "Led-iglu" gebaut. Ziel ist es, Objekte mit einer Kamera dreidimensional aufzunehmen. Die Kamera fährt dabei an einer Schiene um das Objekt herum (Durchesser etwa 2m) .
Zusätzlich wird das Objekt aus verschiedenen Richtungen mit unterschiedlichen Farben  beleuchtet.
Zu diesem Zweck wurden über 120 Lichtmodule mit 18 farbigen und einer weißen Led bestückt. Die Ansteuerung erfolgte über einen I2C Bus vom Laptop aus. Da die Ansteuerung zeitkritisch war, wurde ein  rudimentäres serielles Protokoll verwendet.
Ebenso kritisch und herausfordernd war die Auslegung der Spannungsversorgung.

LED-Iglu

Das Physiologie-Praktikum benötigt für studentische Versuche ein Gerät mit dem die Reaktionszeit auf optische, akustische oder beide Signale gemessen werden kann.
Nach einer zufälligen Wartezeit zwischen 0 und 30 Sekunden erscheint das Signal, die Reaktionszeit wird dann in ms auf dem 7-Segment-Display angezeigt.
Es gibt einen Master-Taster und den Probanden-Taster. Drücken des Master-Tasters löscht die Anzeige und startet den Vorgang wieder neu.

Beim späteren Neubau wurde der diskrete Aufbau durch einen Mikrokontroller ersetzt. Dies ermöglicht eine komfortable Programierung des Versuchsablaufs.

Reaktionszeitmessgerät