26.07.2013 Views

Hovedrapport - Høgskulen i Sogn og Fjordane

Hovedrapport - Høgskulen i Sogn og Fjordane

Hovedrapport - Høgskulen i Sogn og Fjordane

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

Panteautomaten ”APPS”<br />

HO2-300 Hovedprosjekt 2011<br />

Espen S. Huseklepp<br />

Vegard Hammerseth<br />

Johannes Møgster<br />

Rune Sagevik<br />

Avdeling for Ingeniør <strong>og</strong> Naturfag


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Boks 523 , 6803 FØRDE. Tlf: 57722500, Faks: 57722501 www.hisf.no<br />

STUDENTRAPPORT<br />

TITTEL RAPPORTNR. DATO<br />

Panteautomaten “APPS” HOV-04/11 24.05.2011<br />

PROSJEKTTITTEL<br />

TILGANG ANTAL SIDER<br />

HO2-300 Hovedprosjekt Åpen 52<br />

FORFATTERER<br />

Espen S Huseklepp<br />

Vegard Hammerseth<br />

Johannes Møgster<br />

Rune Sagevik<br />

OPPDRAGSGIVER<br />

SAMMENDRAG<br />

Repant ASA<br />

ANSVARLIGE VEILEDERER<br />

RETLEIARARsvarlege Joar Sande(PA) er<br />

STYRINGSGRUPPE RETTLEIARAR<br />

Marcin Fojcik<br />

Olav Sande<br />

Panteautomaten APPS er en Automatisk Papp- <strong>og</strong> Plastkopp Sorterer. Automaten bruker<br />

avansert gjenkjenningssystem <strong>og</strong> er tiltenkt et kontorlandskap for å bedre kildesortering. Pant<br />

gis ved opplading av et nøkkelkort som tenkes brukt til rabatt ved neste kjøp av f.eks. kaffe.<br />

SUMMARY<br />

The reverse vending machine «APPS» is an Automatic Paper and Plastic cup Sorter. The<br />

machine uses advanced rec<strong>og</strong>nition system to improve recycling e.g in an office environment.<br />

A keycard is used to store credit for each pawned item. This credit can be used for discount at<br />

next purchase of e.g coffee.<br />

EMNEORD<br />

APPS, automatisk, plast, papp, kopp, sortering, kamera, servo, paper, plastic, cup, automatic,<br />

machine, camera, computer vision, RFID, OpenCV, Arduino<br />

2


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Forord<br />

I faget hovedprosjekt i siste semester ved Høgskolen i <strong>S<strong>og</strong>n</strong> <strong>og</strong> <strong>Fjordane</strong>, avdeling for ingeniør <strong>og</strong><br />

naturfag, skal studentene gjennomføre et prosjekt så nært virkeligheten som mulig. Det<br />

oppfordres til å definere et prosjekt selv eller få en ekstern oppdragsgiver, der det siste er å<br />

foretrekke. Vår gruppe valgte å konstruere en prototype av en panteautomat for Repant ASA.<br />

Dette er et teknisk prosjekt der en ser på tekniske <strong>og</strong> teoretiske løsninger. Prosjektet ble valgt<br />

fordi utfordringene i rammebetingelsene var spennende <strong>og</strong> vi så det positive i miljøaspektet, samt<br />

at muligheten for å utvikle en prototype som kan bli masseprodusert var til stede.<br />

Førde, den 25.05.11<br />

________________ ________________ _________________ ________________<br />

Espen S Huseklepp Johannes Møgster Vegard Hammerseth Rune Sagevik<br />

3


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Sammendrag<br />

I Januar 2011 startet samarbeidet mellom fire studenter fra Høgskolen i <strong>S<strong>og</strong>n</strong> <strong>og</strong> <strong>Fjordane</strong> <strong>og</strong><br />

Repant ASA i Drammen, om bygging av en panteautomat som hovedprosjekt. Denne automaten<br />

skulle fortrinnsvis ta i mot papp- <strong>og</strong> plastkopper, men <strong>og</strong>så kunne tenkes å tilpasses andre<br />

returemballasjer. En del av målet for Repant ASA var <strong>og</strong>så å få nye innspill <strong>og</strong> idèer som kunne<br />

inspirere dem til utvikling av sine produkter.<br />

I forprosjektet kom det frem flere ulike mekaniske løsninger. Prosjektgruppen <strong>og</strong> oppdragsgiver<br />

ble enige om hvilken løsning som var mest aktuell <strong>og</strong> jobbet videre med denne. Valg av tekniske<br />

løsninger ble <strong>og</strong>så tatt stilling til i forprosjektet. I forprosjektperioden ble det <strong>og</strong>så utført ulike<br />

forsøk. Å skille mellom papp <strong>og</strong> plast ved hjelp av kapasitans- <strong>og</strong> tykkelsemåling er et av<br />

forsøkene som ble utført, der konklusjonen ble at det er mulig.<br />

Automaten bruker kamera gjenkjenning for å verifisere om et objekt er en kopp. Kamera ser<br />

blandt annet på at kopper har mindre på diameter på bunn enn topp, at sidevinkel ligger i et<br />

spesifikt område <strong>og</strong> om bunnen er uthevet eller ikke. Pappkopper har en brettekant nederst for å<br />

holde bunnen på plass der plastkopper gjerne er støpt i et stykke.<br />

Kopper mates liggende i en v-formet lukeinnretning. Kamera gjenkjenning er montert i taket av<br />

automat, rettet ned mot objektet som ligger i innmatingen. Ultralydsensor er montert i bakkant for<br />

å måle avstand til objektet. Når objektet blir godkjent åpner v-luken på papp eller plast side.<br />

Komponenter er montert i automaten på en slik måte at service skal være enklest mulig. Platene<br />

på front, sider <strong>og</strong> bak er festet med magneter slik at de lett kan fjernes for videre utvikling.<br />

Resultatet av prosjektet ble en fungerende prototype av en automat som sorterer papp- <strong>og</strong><br />

plastkopper ved hjelp av kamera deteksjon <strong>og</strong> avstandsmåling. Papp- <strong>og</strong> plastkopper blir skilt ved<br />

å sjekke om bunnen er flat eller innpresset. For å få pant av automaten er det brukt RFID fremfor<br />

tradisjonelle papirkvitteringer.<br />

Prosjektet beviser at ge<strong>og</strong>rafisk plassering av oppdragsgiver <strong>og</strong> studenter ikke et hinder for et<br />

godt samarbeid.<br />

4


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Forkortelser<br />

APPS Automatisk Papp- <strong>og</strong> Plastkopp Sortering<br />

CAD Computer Aided Design<br />

CE Comitè Europèen<br />

FSM Finite-State Machine<br />

HMI Human Machine Interface<br />

HMS Helse Miljø <strong>og</strong> Sikkerhet<br />

IDE Integrated Development Environment<br />

LCD Liquid Crystal Display<br />

LSA-PLUSS Lötfrei, Schraubfrei, Abisolierfrei, Preiswert, Leicht zu handhaben,<br />

Universell anwendbar, Sicher und schnell (Hurtig <strong>og</strong> enkel<br />

koblingsenhet for kabler)<br />

PA Prosjektansvarlig<br />

PWM Pulse-Width Modulation (pulsbredde modulasjon)<br />

RFID Radio Frequency Identification<br />

5


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Innholdsliste<br />

1. Innledning ............................................................................................................................................. 8<br />

2. Problemstilling..................................................................................................................................... 9<br />

2.1 Rammebetingelser........................................................................................................................................9<br />

2.2 Hovedmål........................................................................................................................................................9<br />

2.3 Delmål .......................................................................................................................................................... 10<br />

3. Drøfting av ulike løsninger..............................................................................................................10<br />

3.1 Innmating .................................................................................................................................................... 10<br />

3.2 Lagring......................................................................................................................................................... 11<br />

3.3 Skille mellom kopper ut fra fysiske egenskaper ................................................................................. 11<br />

3.4 Test av måleprinsipper............................................................................................................................. 11<br />

3.4.1 Dielektrikum konstant .........................................................................................................................................12<br />

3.4.2 Gjennomlysning.....................................................................................................................................................13<br />

3.4.3 Ultralydsensor ........................................................................................................................................................13<br />

3.4.4 Kamera......................................................................................................................................................................14<br />

3.5 Makulering- <strong>og</strong> komprimeringstester................................................................................................... 15<br />

3.6 Mekaniske løsninger ................................................................................................................................. 16<br />

3.6.1 Løsning med vertikal sylinder ..........................................................................................................................17<br />

3.6.2 Løsning med liggende innmating, X-krybbe ...............................................................................................18<br />

3.6.3 Løsning med liggende innmating, V-luke ....................................................................................................19<br />

3.7 Grensesnitt .................................................................................................................................................. 20<br />

3.8 Styring.......................................................................................................................................................... 20<br />

4. Valg av løsning...................................................................................................................................20<br />

5.1 Prinsipp........................................................................................................................................................ 22<br />

5.2 Automatens utforming ............................................................................................................................. 24<br />

5.2.1 Byggestruktur .........................................................................................................................................................25<br />

5.2.2 Enheter......................................................................................................................................................................26<br />

5.3 Styringsteknikk.......................................................................................................................................... 29<br />

5.3.1 Inn- <strong>og</strong> utganger.....................................................................................................................................................29<br />

5.3.2 Kommunikasjon.....................................................................................................................................................29<br />

5.3.3 Pr<strong>og</strong>ramvare............................................................................................................................................................29<br />

5.4 Algoritmer................................................................................................................................................... 31<br />

5.4.1 Datamaskin..............................................................................................................................................................32<br />

5.4.2 Mikrokontroller......................................................................................................................................................34<br />

5.5 Automatspesifikasjoner............................................................................................................................ 37<br />

6. HMS .....................................................................................................................................................38<br />

7. Drøfting <strong>og</strong> utvidelser.......................................................................................................................40<br />

8. Konklusjon..........................................................................................................................................42<br />

9. Prosjektadministrasjon....................................................................................................................43<br />

9.1 Organisering ............................................................................................................................................... 43<br />

9.2 Prosjektgruppen ........................................................................................................................................ 44<br />

9.3 Styringsgruppen......................................................................................................................................... 44<br />

9.4 Historikk...................................................................................................................................................... 44<br />

9.5 Møter............................................................................................................................................................ 45<br />

9.6 Måloppnåelse.............................................................................................................................................. 45<br />

6


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

10. Økonomi <strong>og</strong> ressurser ....................................................................................................................47<br />

11. Nettside..............................................................................................................................................48<br />

Figur- <strong>og</strong> tabelliste.................................................................................................................................49<br />

Referanseliste..........................................................................................................................................50<br />

Vedlegg.....................................................................................................................................................52<br />

7


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

1. Innledning<br />

Hovedprosjekt ved Høgskolen i <strong>S<strong>og</strong>n</strong> <strong>og</strong> <strong>Fjordane</strong>, avdeling for ingeniør <strong>og</strong> naturfag blir<br />

gjennomført av 3. klasse studenter, i siste semester av utdanningen. Prosjektet utgjør 2/3 av<br />

semesteret, gir 20 studiepoeng <strong>og</strong> går over ca. 23 uker, der 7 uker er forprosjekt.<br />

Prosjektgruppen for APPS-prosjektet består av studentene Rune Sagevik, Espen S. Huseklepp,<br />

Johannes Møgster <strong>og</strong> Vegard Hammerseth. Prosjektansvarlig er Joar Sande. Veiledere for<br />

prosjektet er Marcin Fojcik <strong>og</strong> Olav Sande.<br />

Oppdragsgiveren studentene utfører arbeidet for er Repant ASA i Drammen. Repant ASA er et av<br />

de to store norske panteautomatselskapene. Deres panteautomater for flasker <strong>og</strong> bokser finnes på<br />

utvalgte butikker i Norge <strong>og</strong> i utlandet. Disse panteautomatene skal kunne gjenkjenne strekkode,<br />

men hver bedrift har <strong>og</strong>så diverse andre egne løsninger for å gjenkjenne <strong>og</strong> skille ulike<br />

drikkevareemballasjer.<br />

Denne rapporten viser hele utviklingen fra problemstilling til ferdig løsning. Rapporten er et<br />

tillegg til den funksjonelle automaten, som bekrefter den teoretiske realiseringen av prosjektet.<br />

8


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

2. Problemstilling<br />

Oppdragsgiveren Repant ASA hadde ønske om at det skulle konstrueres en prototype for en<br />

automat som skal ta imot plast- <strong>og</strong> pappkopper <strong>og</strong> sortere de etter materialtype. Formålet med<br />

automaten er å bedre kildesortering. Det er <strong>og</strong>så tenkt at en ved bruk av automaten skal en motta<br />

rabattkuponger e.l. som brukeren kan benytte for å få redusert pris ved kjøp av en ny kopp med<br />

f.eks. kaffe.<br />

2.1 Rammebetingelser<br />

Repant ASA ønsker at prosjektgruppen skal utvikle en panteautomat med følgende betingelser.<br />

• Størrelse 500x500x1750mm<br />

• 20,000NOK til utvikling av prototype<br />

• Lite støy<br />

• Skal kunne sortere kopper<br />

• Ukjente objekter skal returneres<br />

• Automaten bør kunne skille mellom plast <strong>og</strong> papp<br />

• Det er ønskelig å samle koppene på en slik måte at de tar minst mulig plass<br />

• Tømming skal være enkelt<br />

• Service <strong>og</strong> tømming skal foregå på fremsiden av automaten<br />

• Ta hensyn til rullestolbrukere<br />

• Innmatingsenhet uten transportbånd<br />

• Automaten skal eventuelt kunne brukes til mottak av flasker <strong>og</strong> bokser<br />

• Sensorer <strong>og</strong> elektronikk skal ikke monteres i bevegelige deler<br />

2.2 Hovedmål<br />

Hovedmålet for prosjektet var å konstruere en prototype av en panteautomat for Repant ASA.<br />

Automaten skal gjenkjenne papp- <strong>og</strong> plastkopper, <strong>og</strong> sortere de.<br />

9


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

2.3 Delmål<br />

Gjennom prosjektet skulle vi nå disse delmålene<br />

• Innkjøp av deler<br />

• Bygge prototype<br />

• Pr<strong>og</strong>rammere<br />

• Testing<br />

• Skrive rapport<br />

• Forberede presentasjon<br />

• CAD-tegning<br />

• 3D modell<br />

• Presentasjon m/plakat<br />

• Ferdigstille nettside<br />

3. Drøfting av ulike løsninger<br />

Forprosjektperioden startet med at hvert gruppemedlem laget skisser over sine idèer. Dette ga<br />

flere ulike resultater som kan deles inn i underkategorier. Det ble gjennomført flere økter med<br />

idèmyldring, for å komme opp med mulige teknikker <strong>og</strong> løsninger for å skille papp <strong>og</strong> plast. Ulike<br />

måter å lagre koppene på ble <strong>og</strong>så sett på.<br />

3.1 Innmating<br />

Eksisterende automater bruker i stor grad en form for transportbånd i innmatingsenheten. Repant<br />

ASA ønsket ikke transportbånd i prototypen, men nye idéer. Konseptene fra forprosjektperioden<br />

som bygget på å legge en kopp inn i automaten, for så å flytte koppen ved dytting eller velting ble<br />

aktuelle. Det var ikke ønskelig å overlate flytting av innmatet objekt til tyngdekraften, da “kliss”<br />

kan lage stor friksjon mellom kopp <strong>og</strong> automat. Innmatingen kan skje liggende eller stående, noe<br />

som hver for seg stiller ulike krav til plassbruk i automaten. Selve åpningen for innmating vil<br />

være forskjellig fra om en mater koppene stående eller liggende. En må da ta høyde for<br />

henholdsvis maks høyde eller maks diameter på objekt som skal mates inn, når en skal utforme<br />

åpningen.<br />

10


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

3.2 Lagring<br />

Det var ønske om å kunne lagre mest mulig kopper i automaten, <strong>og</strong> samtidig skulle den være<br />

enkel å tømme. Dersom en samler kopper i søppelsekker kan disse lett plukkes ut av automaten<br />

<strong>og</strong> fraktes bort. Sortere <strong>og</strong> stable hver kopp for seg kan spare plass, men kan ta lenger tid å tømme<br />

en bare vanlige søppelsekker.<br />

3.3 Skille mellom kopper ut fra fysiske egenskaper<br />

Papp- <strong>og</strong> plastkopper har noen unike karakteristikker, men er <strong>og</strong>så like på flere måter. Bunnen av<br />

koppen har oftest mindre diameter enn toppen. Siden på koppen danner en vinkel på ca. 10 til 20<br />

grader. Noen pappkopper har utbrettbare håndtak, dette er uvanlig på plastkopper. Plastkopper er<br />

gjerne støpt i et stykke <strong>og</strong> har en bunn som er i kontakt med overflaten koppen er plassert på.<br />

Pappkopper har en brettekant nederst for å holde bunnen på plass. Dette skaper en høydeforskjell<br />

fra overflaten koppen står på <strong>og</strong> bunnen i koppen.<br />

Papp <strong>og</strong> plast har ulike dielektrikum konstanter [1] . Komprimering av papp- eller plastkopper gir<br />

ulike lyder. Plastkopper er støpt <strong>og</strong> har en annen konstruksjon enn pappkopper, <strong>og</strong> stiller dermed<br />

andre krav til tykkelse.<br />

Alt dette er fysiske parametre som, ved å utføre ulike målinger, teoretisk sett kan brukes til å<br />

skille papp <strong>og</strong> plastkopper.<br />

3.4 Test av måleprinsipper<br />

Det finnes mange måter for å skille materiale, utforming <strong>og</strong> farger fra til dels like objekter.<br />

Gjennom forprosjektperioden ble det testet noen måleprinsipper for dette. Det er ikke fritt<br />

spillerom for hvilke metoder en kan bruke for å løse problemet rundt det å skille papp <strong>og</strong> plast.<br />

Repants konkurrenter har patent på løsninger som gjorde det nødvendig for oss å tenke nytt. Å<br />

gjenkjenne ulike typer plast er eksempel på et område der det finnes patenter hos konkurrenter.<br />

11


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

3.4.1 Dielektrikum konstant<br />

Dieletrikumets konstant er forskjellig fra stoff til stoff. Pappkopper består av papir, <strong>og</strong> et tynt<br />

innvendig dekke av plast for å holde på væsken. Plastkopper kan bestå av en eller flere typer<br />

plast.<br />

En kan finne forskjellige stoffers dieletrikum konstant i forskjellige oppslagsverk. Tabell 3.1 viser<br />

konstanter fra tre uavhengige kilder. En kan derimot ikke finne standardiserte verdier. Dette fordi<br />

konstanten er avhengig av temperatur <strong>og</strong> blandingen av stoff. For plast kan en se på plasttypen<br />

polyeten [2] .<br />

Tabell 3.1: Dielektrikum konstanter [1,3,4] .<br />

Kilde Papir Polyeten<br />

Haugan 5 2,3<br />

Wikipedia 3,5 2,25<br />

Clipper controls 2,0 2,2-2,4<br />

Både Haugan <strong>og</strong> Wikipedia forventer at dieletrikum konstanten for papir er høyere enn for<br />

polyeten. Dersom en utfører kapasitansmåling kan en regne seg fram til en dieletrikum konstant.<br />

En kan da med noe sikkerhet si om dielektrikumet er papp eller plast.<br />

I forprosjektet ble det utført noen enkle forsøk med papir- <strong>og</strong> transparentark som dielektrikum.<br />

Fra Figur 3.1 er X-aksen antall ark, Y-aksen er utregnet dielektrikum fra kapasitansmåling.<br />

Forsøket ble utført ved å koble to metallplater til en kapasitansmåler der en la til et ekstra ark<br />

mellom platene for hver nye kapasitansmåling.<br />

12


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Figur 3.1: Dielektrikum verdier ved kapasitansmålinger.<br />

For å gjøre mer nøyaktige forsøk må en tilføre likt trykk på platene, <strong>og</strong> benytte plater som er like<br />

i størrelse <strong>og</strong> planhet, slik at dielektrikum <strong>og</strong> plater er helt parallelle. Nøyaktige forsøk avhenger<br />

<strong>og</strong>så av at avstand mellom platene blir målt eksakt. Denne avstanden vil kunne måles mer presist<br />

med skyvelær eller mikrometer. Grafen vil med dette bli mer nøyaktig.<br />

Ut fra dette enkle forsøket kan en observere en forskjellen i dielektrikum verdiene for plast <strong>og</strong><br />

papir. En kan se fra den grafiske fremstillingen av dielektrikum utrekningene i Figur 3.1 at papir<br />

ligger over plast, som forventet fra Tabell 3.1.<br />

3.4.2 Gjennomlysning<br />

For å kunne skille mellom papp- <strong>og</strong> plastkopper var det forsøkt å sende lys igjennom forskjellige<br />

typer kopper. En sensor på motsatt side gav et anal<strong>og</strong>t signal utfra hvor mye lys som slapp<br />

gjennom. Forsøket viste at en kan finne ut om noe er der, ingenting er der eller om en plastkopp<br />

med lys farge er der.<br />

3.4.3 Ultralydsensor<br />

Det var usikkert om en kunne bruke ultralydsensor for å finne bunn på kopper på grunn av ekko<br />

eller koppens utforming. Det ble derfor testet om en kunne registrere forskjell i målingen ved å<br />

plassere et ark på en kopp når den sto på hodet. En plastkopp uten uthevet bunn gav ingen endring<br />

i måling med eller uten ark. Pappkopp med uthevet bunn ga resultat. Når bunnen var vendt ned<br />

13


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

kunne en registrere at pappkopp hadde høyere bunn, mens plastkopp gav nær ingen forskjell.<br />

Bunnen i en plastkopp var under 1mm tykk så denne ble ikke tydelig registrert. Det er altså<br />

målbar forskjell mellom papp- <strong>og</strong> plastkopper med bunnen ned.<br />

En erfarte en oppløsning på 1mm som var oppgitt i databladet [5] . Siden pappkopper har bunn som<br />

er ca. 5mm innhevet, kunne det tenkes at med høydemål fra utsiden ved bruk av kamera, <strong>og</strong><br />

høydemål ovenfra ved bruk av ultralyd, skulle kunne registrere forskjell. Med andre ord registrere<br />

papp- eller plastbunn. Å måle dybde i en kopp går helt fint uten ekko problemer.<br />

3.4.4 Kamera<br />

Det ble satt opp en teststasjon med et webkamera der det ble skrevet et pr<strong>og</strong>ram som kunne<br />

gjenkjenne en spesifikk kopp basert på bildegjennkjenning. Forsøket ble gjort for både papp- <strong>og</strong><br />

plastkopper. Plastkoppen var gjennomsiktig <strong>og</strong> gjorde gjenkjenning vanskeligere. Testen viste at<br />

det var mulig å skille både papp- <strong>og</strong> plastkopper fra hverandre, fra andre objekter <strong>og</strong> fra<br />

bakgrunn.<br />

14


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

3.5 Makulering- <strong>og</strong> komprimeringstester<br />

Makulering går ut på å dele koppene opp i mindre deler, komprimering går ut på å trykke<br />

sammen, valse eller stable koppene slik at de tar mindre plass. For å få et inntrykk av hva slags<br />

plassbesparing en kan forvente fra makulering eller komprimering ble det utført et forsøk på hvor<br />

mange 180ml pappkopper som får plass i en vanlig handlepose når de er hele, makulert eller<br />

komprimert. Tabell 3.2 viser resultat av forsøket som ble gjort.<br />

Tabell 3.2: Resultat av komprimering <strong>og</strong> makulering.<br />

Type Antall<br />

Løse kopper 60 (referanseverdi)<br />

Stabel på 5 <strong>og</strong> 5 3 ganger mindre plass<br />

Stabel på 10 <strong>og</strong> 10 4 ganger mindre plass<br />

Kopper delt i tre 2 ganger mindre plass<br />

Presset fra bunn til topp 2 ganger mindre plass<br />

Presset sammen sidelengs 2 ganger mindre plass<br />

Forsøket viste at å kutte kopper på tvers i tre deler eller klemme koppene sammen, ikke ga stor<br />

plassbesparing i forhold til stabling. Delene av koppene hadde fortsatt så stor strukturell integritet<br />

at de tok mye plass. Når en stablet alle 100 koppene var det ikke plass i posen på grunn av<br />

lengden på stabelen, men forsøket viste at plassbehovet var mange ganger mindre når en stablet<br />

koppene. Forsøket viste ikke hva finere makulering kunne gi i plassbesparing.<br />

15


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

3.6 Mekaniske løsninger<br />

Det var ønske om å få plass til flest mulig kopper, <strong>og</strong> sortere papp- <strong>og</strong> plastkopper hver for seg. I<br />

tillegg skal en ta hensyn til rullestolbrukere. Oppdragsgiver dikterte derfor en maks høyde for<br />

innmating på 1300 mm, <strong>og</strong> prosjektgruppen har <strong>og</strong>så plassert display <strong>og</strong> RFID leser i denne<br />

høyden. Kopper bør destrueres på en slik måte at de ikke kan pantes på nytt. På grunn av dette<br />

ville bedriften ikke gå videre med løsninger som innebar stabling av kopper, selv om stabling<br />

viste seg å være mest plassbesparende.<br />

For å få en bedre forståelse hvordan de forskjellige løsningene ville se ut <strong>og</strong> fungere i praksis, ble<br />

det laget 3D-modeller av de ulike løsningene. Forslagene gruppen hadde i idéfasen ble til slutt<br />

kortet ned til de tre aktuelle mekaniske løsninger som en finner i punktene videre.<br />

16


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

3.6.1 Løsning med vertikal sylinder<br />

Innmating skjer i en vertikal sylinder som kan rotere rundt sin vertikale akse. Koppen blir satt inn<br />

med bunnen ned, <strong>og</strong> en ultralydsensor i toppen av automaten vil registrere om koppen har en<br />

uthevet bunn. Her kan det settes inn en vekt for å godkjenne forventet vektområde. Ultralyd, vekt<br />

<strong>og</strong> kamera vil til sammen klassifisere objektet som papp eller plast, <strong>og</strong> sylinderen vil rotere til<br />

høyre eller venstre for korrekt deponering av objekt.<br />

Figur 3.2 Innmating med vertikal sylinder.<br />

17


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

3.6.2 Løsning med liggende innmating, X-krybbe<br />

Koppen mates liggende til en x-formet krybbe. Kameragjenkjenning er montert i taket av<br />

automat, rettet ned mot objektet som ligger i innmatingen. Ultralydsensor er montert i bakkant for<br />

å måle avstand til objektet. Krybben roterer til papp- eller plastside når objektet er blitt godkjent,<br />

<strong>og</strong> objektet makuleres over et sett kniver ved hjelp av rotasjonsbevegelsen.<br />

Figur 3.3: Liggende innmating, X-krybbe.<br />

18


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

3.6.3 Løsning med liggende innmating, V-luke<br />

Koppen mates liggende til en v-formet lukeinnretning med bunnen først. Kameragjenkjenning er<br />

montert i taket av automat, rettet ned mot objektet som ligger i innmatingen. Ultralydsensor er<br />

montert i bakkant for å måle avstand til objektet. Når objektet blir godkjent åpner v-luken på papp<br />

eller plast side.<br />

Figur 3.4: Liggende innmating, V-form.<br />

19


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

3.7 Grensesnitt<br />

For at automaten skal kunne fortelle brukeren om situasjoner som oppstår, må den ha et<br />

grensesnitt. Lyd <strong>og</strong> bilde er mulige alternativer for å informere brukeren om automaten sin<br />

tilstand. Det er vanligst med en LCD-skjerm på panteautomater. Lyd kan eventuelt benyttes til<br />

alarmer eller godkjenningslyder. For å oppfordre personer til å bruke automaten vil de få en<br />

kvittering for hver kopp som blir pantet. Kvittering kan mottas som papirkvittering, polett,<br />

opplading av et magnetstripekort eller en kan benytte RFID <strong>og</strong> database.<br />

3.8 Styring<br />

Når alle prosesser er gjort rede for kan en velge styring <strong>og</strong> protokoller for kommunikasjon. Det<br />

finnes ofte transferbare måter å løse styring på. Eksempelvis kan C++ kode sammenlignes med<br />

Java kode <strong>og</strong> en industriell PC kan løse oppgaver en PLS kan gjøre. På denne måten kan et<br />

system bygges om med ulik teknol<strong>og</strong>i som gir samme sluttresultat.<br />

4. Valg av løsning<br />

Forprosjektet startet med mange løsninger, disse ble kortet ned ved hjelp av veiledere <strong>og</strong><br />

oppdragsgiver. Løsningen ble stadig mer utdypt gjennom forprosjektperioden. På siste Skype<br />

møte med bedriften, ble de tre løsningene fra punkt 3.6 lagt frem til Repant ASA ved Gudmund<br />

Larsen <strong>og</strong> Lars Møgster. I fellesskap falt besluttningen om å gå videre med løsningen fra punkt<br />

3.6.3.<br />

Denne løsningen ble valgt fordi den hadde gjenkjenning <strong>og</strong> sortering adskilt fra komprimering <strong>og</strong><br />

makulering. Dette var en enkel mekanisk løsning, som hadde liggende innmating <strong>og</strong> kunne enkelt<br />

pr<strong>og</strong>rammeres om til å ta imot flasker, bokser eller annet.<br />

I en senere fase i prosjektet ble planer for komprimering/makulering lagt til side, fordi en slik<br />

enhet ville tatt mye tid å konstruere, <strong>og</strong> kunne skapt unødvendig stor fare for bruker. At koppene<br />

kan pantes på nytt er ikke heldig, men for å få tilgang til dem må en fysisk bryte seg inn i<br />

automaten. Det er satt av plass for en eventuell fremtidig makuleringsenhet.<br />

20


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

I forprosjektet ble ultralyd, induktive <strong>og</strong> kapasitive sensorer sammen med kamera <strong>og</strong><br />

gjennomlysning vurdert som gode løsninger til sensorer i automaten. Etterhvert ble det enighet<br />

om at kapasitiv sensor <strong>og</strong> gjennomlysning kunne vurderes som overflødig. Induktive sensorer<br />

som metalldetektorer ble heller ikke implementert. Å lage en innretning som finner<br />

dielektrikumkonstant ble ikke videre utviklet. Kamera <strong>og</strong> ultralyd var ble brukt til gjenkjenning,<br />

<strong>og</strong> optiske sensorer ble brukt for overvåking innmatingshullet.<br />

Det ble benyttet servomotorer for å styre lukene på automaten.<br />

Til å gi ut kvittering valgte gruppen RFID løsning fordi det er det mest fremtidsrettede alternativet<br />

av de aktuelle løsningene. En vil med RFID-kort få lagret panten sin i en database sammen med<br />

kortnummeret. Databasen er tenkt å være tilgjengelig for en kafeteria eller lignende, slik at en kan<br />

benytte panten. Bedrifter bruker ofte RFID-kort til formål som adgangskontroll, disse kortene kan<br />

<strong>og</strong>så brukes til automaten.<br />

Styring av alle prosesser vil bli gjort av en enslig-mikrokontroller. Denne vil <strong>og</strong>så bli benyttet<br />

som I/O, <strong>og</strong> kommuniserer med datamaskinen via USB. Det vil bli brukt et display for å vise<br />

statusinformasjon fra automaten <strong>og</strong> tilbakemeldinger til bruker. En datamaskin vil behandle bilder<br />

fra kamera, lagre pant i database sammen med RFID-kortnummer <strong>og</strong> ellers være hjernen i<br />

automaten. C/C++ ble vurdert til å kunne gi størst anvendelighet til bildebehandling. Ethernet<br />

kobling åpner for LAN <strong>og</strong> internett. Lagring av kopper vil bli gjort i tradisjonelle søppelsekker.<br />

Disse festes til en ramme som gjør det enkelt å tømme automaten.<br />

21


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

5. Automatisk Papp- <strong>og</strong> Plast Sortering<br />

Denne delen av rapporten beskriver den rèelle automaten sin konstruksjon, sammensetning av<br />

komponenter <strong>og</strong> virkemåte. Virkemåten er forklart med skjematisk fremstilling av algoritmer <strong>og</strong><br />

forklarende tekst.<br />

For å få bedre oversyn over virkemåten til automaten er det i Figur 5.1 satt opp en prinsippskisse<br />

med forklaring.<br />

5.1 Prinsipp<br />

Figur 5.1: Prinsippskisse av systemet.<br />

Automaten bruker en strømforsyning som forsyner datamaskin, enslig mikrokontrollerbrett,<br />

optiske sensorer <strong>og</strong> ultralyd. Andre komponenter får strøm fra datamaskinen <strong>og</strong> mikrokontroller.<br />

22


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Datamaskinen <strong>og</strong> mikrokontroller kommuniserer med hverandre via USB. Hvis datamaskinen er<br />

koplet til internett kan en fjernstyre automaten, <strong>og</strong> dette kan <strong>og</strong>så gi mulighet for oppdatering av<br />

mikrokontroller <strong>og</strong> styring av alle enheter.<br />

Automaten må være koplet i et nettverk sammen med kassen i kafeteria/kantine eller eventuelle<br />

drikkeautomater i kafeteria/kantine, for å kunne bruke pant. Det er mulig å knytte alle denne typer<br />

automater opp mot en hoveddatabase, da kan brukerne benytte sin pant i alle kafeterier/kantiner<br />

som har systemet implementert.<br />

Fotosensorene står på inngangen for å oppdage om noe er på vei inn i automaten. Ultralyd er<br />

rettet mot objekter plassert i v-luken, <strong>og</strong> kamera er montert i taket av automaten, rettet ned på<br />

objektet. RFID <strong>og</strong> skjerm er brukeren sitt grensesnitt på fremsiden av automaten.<br />

Figur 5.2: Panteprosess i praksis.<br />

23


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Under normale forhold kan brukere av maskinen starte en ny panteprosess når skjermen viser et<br />

bilde av en kopp med teksten bunnen inn. Brukeren kan selv velge å legge inn en papp- eller<br />

plastkopp på lukene. Når koppen ligger på lukene blir avstanden til bunnen målt ved hjelp av en<br />

ultralydsensor. Når brukeren ikke lenger bryter inngangen, blir målt avstand sendt til<br />

datamaskinen <strong>og</strong> kameraet tar bilde av koppen. Godkjenningsprosessen gjennomføres, der formen<br />

til objektet må tilsvare en kopp. Ultralydmåling blir sammenlignet med avstandsmåling gjort av<br />

kamera, <strong>og</strong> sammenligningen av disse målingene avgjør type kopp.<br />

Når koppen blir godkjent enten som papp eller plast starter sorteringen av koppen. Dersom<br />

koppen ikke blir godkjent, får brukeren en feilmelding vist på skjermen med beskjed om å fjerne<br />

objektet. Automaten blir ventende til noen har fjernet objektet. Når koppen er fjernet kan<br />

brukeren fortsette panteprosessen eller avslutte panteprosessen ved å benytte RFID kort på<br />

avleser. Ved utført pant får bruker kreditt avhengig av volum på koppen. Kreditten legges til i<br />

databasen <strong>og</strong> knyttes opp mot den unike RFID-nøkkelen, som senere kan brukes i kafeteria.<br />

Prototypen har databasen i selve automaten. Denne er tilgjengelig for en kafeteria via LAN eller<br />

internett.<br />

Under sortering arbeider servoene i automaten. Servoene vil stanse om noe puttes inn i automaten<br />

under prosessen. Automaten vil håndtere slike situasjoner på samme måte som når et objekt ikke<br />

ble godkjent. Dette er gjort på bakgrunn av at noe annet enn papp <strong>og</strong> plast kan havne i automatens<br />

lagerrom. Brukerene blir altså straffet ved å ikke motta pant for koppen om de avbryter prosessen.<br />

5.2 Automatens utforming<br />

Rammebetingelsene gitt av oppdragsgiver dikterte størrelsen på automaten. Materialene<br />

automaten skulle konstrueres av, var valgfrie. Materialer som tre, plast <strong>og</strong> metall ble vurdert.<br />

Gruppen ønsket en mest mulig rigid konstruksjon <strong>og</strong> det ble dermed bestemt å lage en<br />

kabinettramme i metall. Gruppen innhentet tilbud fra et lokalt blikkenslagerfirma. I tilbudet<br />

inngikk et byggesett til kabinettramme i ferdig produserte aluminiumsprofiler. Gruppen var <strong>og</strong>så i<br />

kontakt med et enkeltmannsforetak representert ved Jonny Aarset. Aarset kunne levere<br />

kabinettramme sveiset i stål. Valget falt på rammen i stål siden den hadde en langt lavere pris enn<br />

tilbudet fra blikkenslagerfirma.<br />

24


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

5.2.1 Byggestruktur<br />

Automatens kabinettramme er konstruert av 20x20x2 mm firkantstål [vedlegg 18] . Festebraketter til<br />

montering av utstyr innvendig er laget av en kombinasjon av 20x20x2 mm firkantstål <strong>og</strong> 0.7 mm<br />

aluminiumsplater. Til innkapsling av kabinettet er det brukt 0.7 mm galvaniserte stålplater.<br />

Platene er belagt med folie for å bedre design <strong>og</strong> utseende.<br />

Automaten er konstruert slik at service skal være enklest mulig. PC, strømforsyning,<br />

mikrokontroller, kamera <strong>og</strong> lys er montert på en aluminiumsplate som utgjør taket i automaten.<br />

Taket kan enkelt løftes av dersom det skal utføres service på komponentene som er montert der.<br />

Det er konstruert braketter <strong>og</strong> festeanordninger til annen elektronikk i automaten på en slik måte<br />

at det skal være lett å demontere disse ved service eller ved bytte av deler. På prototypen er<br />

platene på front, sider <strong>og</strong> bak festet med kraftige magneter slik at de lett kan fjernes ved service<br />

eller videre utvikling.<br />

For å være tilpasset rullestolbrukere er hull for innmating plassert 1300 mm over bakkeplan. På<br />

innsiden av innmatingshullet er det plassert fotosensorer for å detektere om noe passerer hullet.<br />

Innenfor sensorene sitter en lukeinnretning der koppene skal plasseres. Lukene består av to plater<br />

montert i en v-form. De to lukene kan roteres individuelt ved hjelp av en servomotor på hver luke.<br />

Avhengig av hvilken type kopp det er vil lukene åpne seg til hver sin side for lagring av papp eller<br />

plast.<br />

Et feilmoment som kan inntreffe ved en slik lukeløsning er at søl <strong>og</strong> rester fra koppene kan samle<br />

seg på lukene <strong>og</strong> medføre at koppene henger fast. For å hindre dette er lukene konstruert på en<br />

slik måte at de enkelt kan skiftes ut eller rengjøres.<br />

25


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

5.2.2 Enheter<br />

Automaten er utstyrt med enheter som tar seg av ulike deler av pantingen. Fra styring av sortering<br />

til lesing av brukeren sitt RFID kort. Under følger en beskrivelse av alle enhetene som er installert<br />

i automaten. Datablad for alle enhetene under er å finne i vedlegg.<br />

RFID leser<br />

Automaten er utstyrt med en RFID leser. Denne kan lese brikker, kort <strong>og</strong> lignende, som har<br />

frekvensområde 125kHz. Det finnes leserer med andre frekvenser eller hele frekvensområder.<br />

De passive RFID-kortene som er brukt er kun lesbare. De har ingen batterier, men bruker Faraday<br />

sitt prinsipp for magnetisk induksjon til strømforsyning [6,7] . En finner en mikrochip på kortet, det<br />

er denne som inneholder den unike koden. Amplitude shift keying (ASK) er mest vanlig for<br />

digital radiofrekvens overføring [8] . Dataene blir overført ved at kortet får spolen på leseren til å<br />

endre spenning (amplitude).<br />

Leseren mottar en 10 sifferet unik kode, som identifiserer kortet. Manchester koding [9] blir brukt<br />

til å kommunisere. I tillegg kommer checksum som hjelper å garantere at data er riktig mottatt,<br />

start- <strong>og</strong> sluttbit. En finner <strong>og</strong>så carriage return (CR) <strong>og</strong> linefeed (LF) [10] .<br />

Ultralyd sensor<br />

Ultralydsensorer benytter lyd <strong>og</strong> er idèelle for måling av ujevne overflater, væsker, klare objekter<br />

<strong>og</strong> objekter som oppbevares i skitne omgivelser. Om det er noe innenfor måleområdet blir denne<br />

lyden reflektert <strong>og</strong> sendt tilbake til sensoren, et ekko. Tiden dette tar måler sensoren <strong>og</strong> bruker<br />

tiden <strong>og</strong> hastigheten for å bestemme avstand [11] .<br />

Ultralydsensoren har hovedsakelig to funksjoner i automaten. Sensoren skal detektere om et<br />

objekt ligger i v-luken <strong>og</strong> måle avstanden til objektet.<br />

Optisk sensor<br />

Automaten benytter en optisk sensortype på innsiden av innmatingshullet. En fokusert rød lystråle<br />

går ut av sensoren, treffer en reflektor <strong>og</strong> kommer tilbake til sensoren. Dette karakteriserer en<br />

retroreflektiv sensor. Om lyset blir brutt endrer sensoren tilstand. Når lyset treffer sensoren<br />

26


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

benyttes den fotoelektriske effekten [12] . Et metall i sensoren frigir elektroner når det blir truffet av<br />

det røde lyset med bølgelende på 650 nm. Metalltypen er ikke oppgitt. Germanium <strong>og</strong> Silisium er<br />

eksempler på metaller som kan frigi elektroner når de blir truffet av lys med bølgelengde nær rødt<br />

lys [13] . Dette metallet blir ikke like mye påvirket av vanlig lys, som ved rødt lys. Sensoren<br />

kommer ferdig innkapslet fra leverandør, <strong>og</strong> trenger derfor ikke å være spesielt skjermet fra<br />

vanlig lys. Sensoren fungerer som en fototransistor [14] , der basen blir styrt av rødt lys.<br />

Det er brukt to slike optiske sensorer i automaten. Disse er rettet slik at de former et kryss ved<br />

innmatingshullet. En hånd eller kopp som blir ført inn i automaten vil da bryte en eller begge<br />

disse lysstrålene <strong>og</strong> bli detektert. Dette brukes til å koble ut alle bevegelige deler så lenge<br />

lysstrålen er brutt for å unngå klemfare. I tillegg forteller det automaten at det muligens er matet<br />

inn en kopp.<br />

Kamera<br />

Et kamera er en enhet som avbilder lys. Det avbilder form <strong>og</strong> fargene som objektene i<br />

opptakstiden reflekterer fra seg. Et kamera er en sensor som kan fortelle veldig mye, men krever<br />

mye prosessorkraft for å skille ut ting som er på bildet. Kameraet kan lagre f.eks. 640x480 punkt<br />

hvor hvert punkt kan ha mange forskjellige farger.<br />

Display<br />

Automaten er utstyrt med et Nokia 6100 LCD display som har en oppløsning på 128x128 punkt.<br />

Displayet er lite, har farger <strong>og</strong> er enkelt i bruk. Informasjon til brukeren vises på display ved hjelp<br />

av tekst <strong>og</strong> figurer.<br />

Servoer<br />

Servoene har tilkobling for pluss/minus DC inn, med maks spenning på 6V, <strong>og</strong> et kontrollsignal.<br />

For å kontrollere servoene som er brukt i automaten trenger en et kontinuerlig kontrollsignal.<br />

Kontrollsignalet gir beskjed til servoen om å stille seg inn på et gitt antall grader. Signalet som<br />

benyttes må ha en bestemt periode der en har l<strong>og</strong>isk høy bare i en liten del av perioden. Perioden<br />

på signalet er ikke kritisk så lenge det ligger mellom cirka 20 – 40 ms, det vesentlige er lengden<br />

på pulsen i høy tilstand. L<strong>og</strong>isk høy i cirka 1ms gir ekstrem utslag ene veien, <strong>og</strong> l<strong>og</strong>isk høy i 2ms<br />

gir ekstrem utslag motsatt vei.<br />

27


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Mikrokontroller<br />

En mikrokontroller er en liten PC i form av en intregrert krets som består av en egen prosessor, et<br />

minne <strong>og</strong> inn/ut ganger som det er mulig å pr<strong>og</strong>rammere.<br />

Det er brukt en Arduino Mega2560 i automaten. Den har en rekke digitale <strong>og</strong> anal<strong>og</strong>e inn- <strong>og</strong><br />

utganger koblet opp mot en ATmega2560 mikrokontroller brikke. Disse opererer innenfor 0-5<br />

volt <strong>og</strong> har en oppløsning på 1024 [15] . En finner <strong>og</strong>så digitale pulsbreddemodulasjon (PWM)<br />

porter, som kan blandt annet generere anal<strong>og</strong> spenning [16] <strong>og</strong> passer fint til servoer.<br />

Mikrokontrolleren kan pr<strong>og</strong>rammeres ved hjelp av gratis pr<strong>og</strong>rammet Arduino IDE. Brettet er<br />

utstyrt med en ATmega8U2 chip for å kunne bruke USB som kommunikasjon [17] . En kan laste<br />

opp pr<strong>og</strong>ram, lese <strong>og</strong> skrive via USB.<br />

Datamaskin<br />

En oppgaverettet datamaskin er installert i automaten for å ta hånd om de tyngste jobbene.<br />

Datamaskinen har vanlige inn- <strong>og</strong> utganger som en PC, men kjører uten skjerm <strong>og</strong> grafisk<br />

grensesnitt. Dette er gjort for å bruke mindre ressurser <strong>og</strong> strøm. En USB 2.0 minnepinne er brukt<br />

som oppstart <strong>og</strong> lagringsmedium (harddrive).<br />

Powersupply<br />

Automaten er utstyrt med en strømforsyning av typen som blir brukt i stasjonære datamaskiner.<br />

Disse forsyningene kan levere høy effekt til en lav pris. Strømforsyningene tåler 115/230V på<br />

primærsiden <strong>og</strong> leverer 5V <strong>og</strong> 12V på sekundærsiden.<br />

LSA+ profil<br />

Alt av sensorutsyr, driftspenning <strong>og</strong> jordingspunkt er koplet til LSA+ braketter for å sikre en<br />

ryddig <strong>og</strong> oversiktlig tilkobling.<br />

28


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

5.3 Styringsteknikk<br />

Automaten skal sortere ved å åpne til den ene eller andre siden etter at objekt har blitt godkjent.<br />

Dette gir et sett med inn- <strong>og</strong> utganger som styres <strong>og</strong> leses av en mikrokontroller som<br />

kommuniserer med en datamaskin. Mikrokontroller <strong>og</strong> datamaskin er pr<strong>og</strong>rammert ved hjelp av<br />

ulike pr<strong>og</strong>rammeringsspråk.<br />

5.3.1 Inn- <strong>og</strong> utganger<br />

Tabell 5.1 viser listen over inn- <strong>og</strong> utganger som er tilkoplet mikrokontrollerbrettet<br />

Tabell 5.1 Oversikt over innganger <strong>og</strong> utganger<br />

I/O Type Variabelnavn Beskrivelse<br />

Input Integer opticSensors Tilstanden til de optiske inngangsensorene. 1<br />

når brutt, 0 når ikke brutt.<br />

Input Integer doorOpen Tilstanden til dør. 1 når lukket, 0 når åpen.<br />

Input Integer ultrasonicSensor Leser ultralyd sensorens anal<strong>og</strong>e verdi.<br />

Output Integer cameraLight Aktiverer lys i automaten når kamera skal<br />

5.3.2 Kommunikasjon<br />

brukes.<br />

Mikrokontrolleren <strong>og</strong> kameraet er koblet til datamaskinen med USB. Datamaskinen har ethernet<br />

kobling som kan nyttes til LAN <strong>og</strong> internett med tanke på fjernstyring, vedlikehold <strong>og</strong> lesing av<br />

pant fra database.<br />

5.3.3 Pr<strong>og</strong>ramvare <strong>og</strong> pr<strong>og</strong>rammeringsspråk<br />

Automaten benytter forskjellige pr<strong>og</strong>rammer til forskjellige prosesser. Pr<strong>og</strong>ramvaren som skulle<br />

benyttes ble vurdert utfra pris <strong>og</strong> muligheter. All pr<strong>og</strong>ramvare som er benyttet i prosjektet er åpen<br />

29


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

kildekode <strong>og</strong> gratis. Sensorer <strong>og</strong> servoer er koblet til en mikrokontroller som er koblet til en<br />

datamaskin. I datamaskinen er det opprettet en database for å holde orden på pant <strong>og</strong> RFID kort.<br />

Alt dette kan styres, leses <strong>og</strong> oppdateres ved hjelp av følgende pr<strong>og</strong>ramvarer:<br />

Operativsystem<br />

Linux er et fleksibelt operativsystem med mange avarter. Datamaskinen kjører en Linux-variant<br />

av typen Ubuntu Server. Dette er et operativsystem som arbeides med gjennom kommandolinje.<br />

Ved hjelp av kommandolinjen kan en eksekvere pr<strong>og</strong>rammer, åpne mapper, sette opp <strong>og</strong> styre<br />

tjenester. Denne måten å bruke en datamaskin på er vanlig på servere for å spare utgifter på<br />

skjermer <strong>og</strong> ressurser på datamaskinen. Det er veldig vanlig å bruke fjernstyring for å utføre disse<br />

oppgavene.<br />

MySQL database<br />

Datamaskinen har databasepr<strong>og</strong>rammet MySQL installert. I databasepr<strong>og</strong>rammet lagres ID<br />

nummerene til RFID kortene som blir brukt på automaten. Disse nummerene er primærnøkkelen i<br />

to enkle tabeller, account <strong>og</strong> balance, som innholder info om henholdsvis bruker <strong>og</strong> pant. Det er<br />

vanlig å holde personopplysninger adskilt fra andre opplysninger [18] , derfor 2 tabeller. Nye kort<br />

blir lagret med standard navn lik ‘NULL’ som gir celle uten verdi. Dette skjer automatisk når et<br />

nytt kort blir brukt. En kan senere legge til navn eller andre opplysninger, om en vil det, enkelt fra<br />

kommandolinjen. Databasen blir oppdatert når RFID kort blir benyttet, slik at pant blir samlet til<br />

kortnummeret i databasen. Denne er tilgjengelig via LAN <strong>og</strong> internett <strong>og</strong> ligger på automatens<br />

datamaskin. Dette passer fint til en bedrift der panten kun nyttes i kafeterien, men i et større bilde<br />

kan en med fordel ha database på en egen datamaskin som er plassert en helt annen plass.<br />

Bildebehandling<br />

Maskinen bruker OpenCV for å håndtere bilder. OpenCV er et Open Source Computer Vision<br />

Library, det vil si et åpent multiplattform-bibliotek med funksjoner for å lette arbeidet med<br />

bildebehandling. Biblioteket er utviklet av Intel <strong>og</strong> er laget for real time applikasjoner [19] .<br />

OpenCV blir levert med funksjoner for å lære maskinen å kjenne igjen objekter som kan brukes i<br />

real time. Det inneholder mange kjente matematiske algoritmer, transformasjoner <strong>og</strong> filtre.<br />

30


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

C++<br />

Pr<strong>og</strong>rammet for kameragjenkjenning i automaten er skrevet i C++ <strong>og</strong> er et objektorientert<br />

pr<strong>og</strong>rammeringsspråk. Det ble valgt å bruke C++ siden OpenCV har best støtte for dette språket.<br />

Arduino IDE <strong>og</strong> Wiring<br />

Mikrokontrolleren på Arduino Mega 2560 kan pr<strong>og</strong>rammeres med Arduino IDE. Arduino IDE’en<br />

er skrevet i Java, <strong>og</strong> er en avart av pr<strong>og</strong>rameringsspråket Processing sin IDE.<br />

Pr<strong>og</strong>rammeringsspråket som benyttes av brukeren i Arduino IDE er basert på Wiring som kan<br />

ligne på en forenklet versjon av C/C++ [20] .<br />

Kode som blir skrevet i Arduino IDE må inneholde funksjonene setup() <strong>og</strong> loop(). Setup kjøres en<br />

gang ved oppstart, loop kjøres om <strong>og</strong> om igjen helt til en skrur av eller restarter enheten.<br />

Selve opplastingen av pr<strong>og</strong>ram skjer ved hjelp av avrdude [21] . Når pr<strong>og</strong>rammet lastes opp legges<br />

det blandt annet til en main() funksjon for å gjøre det til et fullverdig C++ pr<strong>og</strong>ram slik at det kan<br />

kompileres ved hjelp av GNU toolchain [22,23] <strong>og</strong> AVR libc [24] .<br />

5.4 Algoritmer<br />

Før en går løs på pr<strong>og</strong>rammering, er det i de fleste tilfeller lurt å begynne med en algoritme for å<br />

danne seg et bilde om hvordan pr<strong>og</strong>rammet burde være. En algoritme for et pr<strong>og</strong>ram er en<br />

skjematisk fremstilling av pr<strong>og</strong>rammet. En algoritme kan formuleres med få prosesser eller i<br />

dypere detalj der flere tilstander i pr<strong>og</strong>rammet er dokumentert. Det vil si at i en enkel algoritme<br />

belyses prinsippet kort <strong>og</strong> konsist, mens i en mer detaljert algoritme kommer mer, eller hele<br />

gangen i pr<strong>og</strong>rammet frem. En algoritme i seg selv inneholder ingen kode, men en beskrivelse av<br />

pr<strong>og</strong>rammet i form av prosesser som kjøres etter at visse betingelser har inntruffet.<br />

31


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

5.4.1 Datamaskin<br />

Syklusen til hovedpr<strong>og</strong>rammet kan fremstilles på måten vist i Figur 5.3.<br />

Figur 5.3: Algoritme for datapr<strong>og</strong>ram.<br />

32


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Det var planlagt å bruke et bildebibliotek til å gjenkjenne forskjellige objekter, men det viste seg å<br />

ta for lang tid siden et objekt idèelt sett trenger mange bilder pr. objekt. En slik løsning ville <strong>og</strong>så<br />

kreve mer ressurser enn valgte løsning, <strong>og</strong> det ble derfor fokusert på formgjenkjenning av kopper.<br />

Automaten kan ta i mot andre objekter enn bare kopper ved å legge inn formgjenkjenning til de<br />

forskjellige objektene i pr<strong>og</strong>rammet. Figur 5.4 illustrer hvordan formgjenkjenningen arbeider.<br />

Figur 5.4: Bildeanalyse. Rød strek indikerer midten av bildet, rosa er ultralydmåling <strong>og</strong> de<br />

grønne er område koppen skal ligge innenfor.<br />

Pr<strong>og</strong>rammet på datamaskinen tar et bilde med webkamera. Når pr<strong>og</strong>rammet analyserer bildene<br />

konverterer det bildet først til svart-hvit <strong>og</strong> deretter til ren konturfremheving. En sitter da igjen<br />

med de kraftigste linjene på bildet.<br />

Pr<strong>og</strong>rammet begynner å lete etter vertikale linjer fra venstre på bildet med utgangspunkt fra<br />

ultralydmålingen. X-koordinaten fra området med mest uthevet vertikal linje blir lagret som bunn<br />

av kopp. Pr<strong>og</strong>rammet leter så etter mest uthevede vertikale linje fra høgre til venstre. X-<br />

koordinaten til funnet punkt blir lagret som topp av kopp.<br />

33


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Området mellom de vertikale grønne linjene er hvor koppen antatt skal ligge. Høyden mellom den<br />

blå <strong>og</strong> røde linje tilsvarer koppens lengde. Siden en kopp aldri er bredere enn høyden sin er dette<br />

markert som leteområdet. Koppens ene sidekant antas å ligge mellom der. Derfor skanner<br />

pr<strong>og</strong>rammet fra den øverste blå linjen nedover til den røde linjen <strong>og</strong> kartlegger formene. Det leter<br />

så etter hjørner for å finne hvor koppen har bunn- <strong>og</strong> toppdiameter. Høyeste hjørne funnet antas å<br />

være nærheten av toppunktet <strong>og</strong> derfor koppens ytterpunkt, største diameter. Tilsvarende blir gjort<br />

for nedre del av den røde linjen, men her plukker pr<strong>og</strong>rammet ut største diameter fra nederste del<br />

av bildet. Samme prosedyre blir kjørt for nederste bit av bildet for å finne den andre sidekanten.<br />

Til slutt blir vinkelen på koppen <strong>og</strong> volumet regnet ut. For at et objekt skal bli godkjent som kopp<br />

må følgende kriterier være oppfulgt:<br />

• Toppunktet sin X-koordinat må være vesentlig større enn bunnpunktet sin.<br />

• Nederste diameter må være mindre enn øverste, for å verifisere at bunn ligger inn.<br />

• Skråvinkel på kopp må ligge mellom 5 <strong>og</strong> 20 grader.<br />

Sammen med ultralydsensoren kan kameraet finne ut om bunnen er innpresset som betyr at det er<br />

en pappkopp. Dette skjer ved at ultralydsensoren måler en avstand til bunnen av koppen, samtidig<br />

som kameraet måler avstand til enden av siden. Forskjellen i disse målingene vil altså fortelle om<br />

bunnen er innpresset eller flat.<br />

5.4.2 Mikrokontroller<br />

Mikrokontrolleren i automaten har som oppgave å håndtere alle tenkelige scenario vedrørende<br />

automatens normale operasjoner. Hovedpr<strong>og</strong>rammet består av en tilstandsmaskin. Gjennom<br />

tilstandsmaskinen blir ulike operasjoner håndtert basert på brukerens handlinger.<br />

Mikrokontrolleren overvåker innmatingen, styrer lukene <strong>og</strong> aktiverer lys samtidig som den sender<br />

ulike beskjeder til datamaskinen som er nødvendige for dens <strong>og</strong> kameraets operasjoner. En<br />

gjennomgang av mikrokontrolleralgoritmen Figur 5.5 kommer under.<br />

34


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Figur 5.5: Algoritme for mikrokontroller.<br />

Ved oppstart av automaten lukker lukene seg automatisk <strong>og</strong> teksten “Klar” vises på skjermen. Når<br />

hovedpr<strong>og</strong>rammet kjøres vises et bilde av en kopp med beskjeden “bunnen inn” på skjermen.<br />

Servoene som styrer lukene blir koplet ut for å hindre at de arbeider unødvendig etter at lukene er<br />

35


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

lukket. Når automaten er klar til bruk kan en begynne panteprosessen eller benytte RFID kort på<br />

leseren for å se sin nåværende saldo.<br />

Det er tatt forbehold om at noe kan skyve lukene ut av stilling. Lukene lukkes med dette når<br />

inngangen ikke lenger er brutt. I det noe er på vei inn i automaten slår lyset seg på <strong>og</strong> blir slått av<br />

dersom ingenting er plassert i automaten <strong>og</strong> når hånden er fjernet fra inngangen. På inngangen er<br />

det lagt inn en kort forsinkelse på grunn av at de optiske inngangssensorene ikke alltid registrerer<br />

de gjennomsiktige plastkoppene. Forsinkelsen gjør det mulig å plassere koppen på lukene<br />

samtidig som at inngangen blir registrert som brutt.<br />

Under vanlige forhold plasseres en kopp på lukene <strong>og</strong> lyset i automaten aktiveres. Meldingen<br />

“CAMERA ON” blir sent til datamaskinen som aktiverer kameraet. Når objektet er plassert <strong>og</strong><br />

hånden er fjernet fra inngangen forblir lyset på. Når inngangen ikke lenger er brutt <strong>og</strong><br />

ultralydsensoren måler en stabil måling som er kortere en lengden av lukene, blir beskjeden<br />

“PICTURE” <strong>og</strong> avstanden målt av ultralydsensoren, sendt til datamaskinen. Fra datamaskinen<br />

mottar mikrokontrolleren hvilken materialtype det er, en vinkel som baseres på diameteren til<br />

koppen <strong>og</strong> panten som nå er samlet.<br />

Dersom koppen ikke ble godkjent vises beskjeden "Fjern objekt" på skjermen. Automaten venter<br />

nå på at inngangen blir brutt <strong>og</strong> at innholdet på lukene blir fjernet. Lyset slås av når objektet<br />

fjernes, <strong>og</strong> et bilde av en “hake” vises på skjermen med teksten “din pant”. Pantesummen som<br />

vises er gjeldende for denne brukerens panteprosess. Dersom materialtypen er papp eller plast<br />

starter automaten selve sorteringprosessen. På bakgrunn av koppens diameter åpner lukene med<br />

en vinkel nødvendig for at et objekt med denne koppens diameter skal slippe gjennom. Dette er<br />

gjort for å redusere tiden det tar å åpne <strong>og</strong> lukke luken. En sikkerhetsprosedyre kobler alltid ut<br />

servoene hvis noe kommer inn i automaten når lukene er i bevegelse. Ved fullført sortering, blir<br />

beskjeden “APPROVED” sent til datamaskinen <strong>og</strong> koppens pant blir lagret. Skjermen oppdateres<br />

med nåverende pant <strong>og</strong> lyset slås av.<br />

Brukeren har nå valget om å pante flere kopper eller å avslutte videre panteprosess. Ved<br />

fortsettelse er praksisen den samme. For å avslutte benytter brukeren et RFID kort på avleseren.<br />

Kortets ID blir sendt til datamaskinen <strong>og</strong> panten som er samlet gjennom panteprosessen blir lagt<br />

til brukerens konto som er tilknyttet kortets nummer. Når panteprosessen er avsluttet vises koppen<br />

36


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

med teksten “bunnen inn” på skjermen. Dersom brukeren forlater maskinen uten å ha avsluttet<br />

panteprosessen, vil andre kunne benytte sitt kort å få panten på sin konto.<br />

5.5 Automatspesifikasjoner<br />

I Tabell 5.2 er det satt opp spesifikasjonene til APPS automaten.<br />

Tabell 5.2 Automatspesifikasjoner<br />

Strømforbruk 0.20A<br />

Pantehastighet 30 kopper/min<br />

Lagringsplass 250 liter<br />

Støynivå 50dB<br />

Automaten er pr<strong>og</strong>rammert til å sette de fleste komponentene i hviletilstand når de ikke er i bruk.<br />

Kamera, lys <strong>og</strong> servoer blir bare aktivert ved behov, dette er gjort for å spare strøm. En<br />

strømmåler målte hvilestrømen til automaten å være 0,20 Ampere. Når automaten var i bruk ble<br />

0,24 Ampere høyeste måling.<br />

For at folk skal bruke automaten er det viktig at panting skjer raskt. Hvis en skal mate automaten<br />

med mange kopper er det viktig at brukeren ikke må vente lenge mellom hver kopp. Våre<br />

målinger viste 30 kopper pr minutt.<br />

Det er satt av 250 liter lagringsplass i automaten. Lagringsplassen er delt i to kammer, et til papp<br />

<strong>og</strong> et til plast. Rammer gjør det enkelt å feste vanlige svarte søppelsekker til hvert kammer.<br />

Siden automaten er tenkt å kunne bli plassert i et kontor eller annen arbeidsplass, er det ønskelig<br />

at den ikke lager lyd, eller i det minste lyd under grensen for støy på arbeidsplassen. I forskrift om<br />

vern mot støy på arbeidsplassen [25] kap. 2 paragraf 7 kan en finne en grenseverdi for støy til å<br />

være 55dB for det som kalles gruppe I.<br />

“gruppe I: arbeidsforhold hvor det stilles store krav til vedvarende konsentrasjon eller behov for å<br />

føre uanstrengt samtale <strong>og</strong> i spise- <strong>og</strong> hvilerom, “<br />

Støy fra maskinen ble målt til en maksverdi på 50dB.<br />

37


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

6. HMS<br />

Automaten bidrar til kildesortering <strong>og</strong> gjenvinning, noe som er bra for miljøet. Denne typen<br />

automat har klemfare <strong>og</strong> det er tatt hensyn til dette i software ved stopping av bevegelige deler<br />

som beskrevet i punkt 5.4.2.<br />

Maskindirektivet<br />

Maskindirektivet er et produkt av EU. I Norge er dette regulert gjennom ”forskrift om<br />

maskiner” [26] . Ansvaret for reglene faller på miljø-, arbeid-, justis- <strong>og</strong> politidepartementet.<br />

Forskrift om maskiner gjaldt for oss som produsenter av maskinen utfra paragraf 3.<br />

§ 3. Hvem forskriften retter seg mot<br />

Forskriften retter seg mot produsenter, deres representanter, importører, leverandører<br />

<strong>og</strong> andre forhandlere av maskiner <strong>og</strong> produkter som omfattes av denne forskriften.<br />

Forskriften gjelder <strong>og</strong>så tekniske kontrollorganer når disse utfører EF-typeprøvinger i<br />

henhold til forskriften, jf. § 4.<br />

Forskriften gjelder for virksomheter som ikke sysselsetter arbeidstakere.<br />

Fra paragraf 5 <strong>og</strong> forskriftens vedlegg 1 finner en krav til sikkerhet <strong>og</strong>så ved selve konstruksjonen<br />

av automaten. Det stilles krav i vedlegget at produsenten selv, eller en representant, skal utføre<br />

risikovurdering <strong>og</strong> innføre tiltak for å unngå fare for liv <strong>og</strong> helse under produksjonen.<br />

Risikovurdering er en prosess som må utføres flere ganger underveis.<br />

§ 5. Konstruksjon <strong>og</strong> bygging av maskiner<br />

Maskiner som konstrueres <strong>og</strong> bygges for å settes i omsetning <strong>og</strong> tas i bruk for første<br />

gang innenfor EØS-området, skal oppfylle kravene til vern mot skade på liv <strong>og</strong> helse i<br />

vedlegg I.<br />

Gruppen lager automaten for Repant ASA <strong>og</strong> skal ikke markedsføre eller omsette denne. Likevel<br />

er det verdt å nevne forbudet om å selge maskiner som ikke oppfyller forskrift om maskiner.<br />

38


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

§ 6. Forbud mot markedsføring <strong>og</strong> omsetning<br />

Maskiner skal ikke markedsføres, omsettes eller tas i bruk dersom:<br />

a) de ikke oppfyller de aktuelle kravene i forskriften, eller<br />

b) de utgjør en fare for helse <strong>og</strong> sikkerhet for personer samt husdyr <strong>og</strong> eiendom selv om<br />

maskinen er forsvarlig installert, vedlikeholdt <strong>og</strong> brukt som forutsatt under<br />

påregnelige forhold.<br />

Delvis ferdigstilte maskiner skal ikke settes i omsetning eller tas i bruk for første gang før kravene<br />

i denne forskriften er oppfylt.<br />

Når panteautomaten skulle produseres ville gruppen ta hensyn til disse forskriftene, slik at<br />

automaten enklere skulle kunne bli CE-merket. I praksis betydde dette at gruppen valgte<br />

komponenter som var CE-merket <strong>og</strong> laget maskintegninger mest mulig i samsvar med forskriftens<br />

vedlegg 7, teknisk dokumentasjon for automaten.<br />

39


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

7. Drøfting <strong>og</strong> utvidelser<br />

Ved videreutvikling av automaten er det mye som kan være interessant å ta tak i. Under følger en<br />

liste over potensialer.<br />

Festing av dørene<br />

For lettere håndtering av prototypen ble det bestemt at dørene kun skulle festes med magneter.<br />

Dette er en fordel for Repant <strong>og</strong> alle som ønsker å se innsiden av automaten når den skal vises<br />

frem. På et eventuellt sluttprodukt kan sidene være naglet fast i rammen <strong>og</strong> døra fremme kan ha<br />

hengsler <strong>og</strong> en låsemekanisme.<br />

Pante stabler med kopper<br />

Ved å kunne pante en stabel med like kopper vil en kunne spare mye plass i oppbevaringsrommet,<br />

samtidig som en sparer mye tid i forhold til om en skulle pantet en <strong>og</strong> en kopp. Dette var en<br />

utvidelse som ble oppdaget etterhvert, men som det ikke var nok tid til å implementere i<br />

automaten.<br />

Større skjerm<br />

En skjerm på mellom 4 <strong>og</strong> 5 tommer hadde gitt mulighet for en mer omfattende HMI. En slik<br />

skjerm til lav nok pris ble ikke funnet. En lav totalpris ble i dette tilfellet prioritert.<br />

Egenutviklet papp- <strong>og</strong> plastsensor<br />

I forprosjektfasen ble det utført forsøk for å fastslå om det var mulig å kunne utvikle en egen<br />

sensor som kunne detektere papp <strong>og</strong> plast. Forsøket ble gjort med bakgrunn i at forskjellige stoff<br />

vil kunne gi forskjellig kapasitans, <strong>og</strong> at denne forskjellen er målbar på et objekt som skal pantes i<br />

automaten. Som en kan se i punkt 3.4.1, viser forsøket som ble gjort at dette er mulig.<br />

Avstandmåler med lengre rekkevidde<br />

Når ultralydsensoren til automaten ble bestilt var det oppgitt lang nok rekkevidde. Det viste seg at<br />

sensorens virkelige rekkevidde stemte overens med et eldre datablad, ca 250mm. Det som var<br />

40


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

ønsket var 350mm. Det viste seg <strong>og</strong>så at det fantes sensorer som hadde sensorikken vendt 90<br />

grader slik at den kunne vært montert sidelengs <strong>og</strong> tatt mindre plass i lengderetningen.<br />

Lage plass til enda større/lengre objekter<br />

Med annen ultralydsensor <strong>og</strong> et annet kamera/linse ville automaten hatt plass til større <strong>og</strong> lengre<br />

objekter.<br />

Lage et eget kammer for flasker, bokser <strong>og</strong> annet som gir pant<br />

Hvis bibliotek med bilder av flasker <strong>og</strong> bokser hadde blitt lagret på datamaskinen <strong>og</strong> automaten<br />

noe tilpasset, ville det åpnet for flere sorteringsmuligheter. Lagringskapasiteten i automaten ville<br />

derimot vært uendret.<br />

Bruke flere bilde behandlingstyper<br />

Datamaskinen benytter Canny edge detection. Svart hvitt bilde der hvitt er kanter. Med mer<br />

bildebehandlig, f. eks Sobel operator, Scharr operator, Prewitt operator eller annet, ville<br />

mulighetene vært større for å skille ut kopp <strong>og</strong> koppens form i bildet. Maskinen har en fleksibel<br />

utforming, <strong>og</strong> kan pr<strong>og</strong>rammeres til å ta i mot annen returemballasje enn bare kopper.<br />

Låse lukene i hvilestilling<br />

Lukene er holdt oppe ved hjelp av magneter. En kan med fordel erstatte disse med en styrt sperre<br />

som kan låse lukene. En slik innretning for å låse lukene ble ikke prioritert. Å låse lukene kunne<br />

bidratt til økt sikkerhet ved at en ikke kunne presset ned lukene uten å måtte ødelegge noe.<br />

Implementere makulering/komprimeringsenhet<br />

Det viste seg å være stort potensiale i makulering. Derimot ble dette sett på som en stort sett<br />

mekanisk oppgave samtidig som automaten kunne blitt farlig. Å ødelegge koppene ville gjort det<br />

umulig å pante de på nytt.<br />

Brukt noe annet enn servoer<br />

Servoer har fungert til sin hensikt <strong>og</strong> vært meget anvendelige. Andre alternativer som for<br />

eksempel aktuatorer kunne vært brukt. De har mindre komponenter <strong>og</strong> kan være mer slitesterke.<br />

41


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Varsling når det er fullt<br />

Ved å bruke kamera til automatisk varsling når maskinen behøver tømming, kan det spares penger<br />

på hvor ofte maskinen må tømmes. Automatisk SMS eller e-post til vedlikeholder kan tenkes å<br />

være en enkel varsling.<br />

8. Konklusjon<br />

Prototypen oppfyller alle rammebetingelsene utenom “Det er ønskelig å samle koppene på en slik<br />

måte at de tar minst mulig plass”. Protoypen kan sortere kopper. Ukjente objekter fører til<br />

varsling på display, slik at bruker kan fjerne det. Den skiller mellom papp- <strong>og</strong> plastkopper ved å<br />

se på bunnen av koppen. For å bruke automaten kobler en til strøm <strong>og</strong> ethernet ledning, utenom<br />

disse ledningene kan den stå for seg selv. Automaten lager lite støy. Vedlikehold gjøres enkelt<br />

ved å ta av fronten, som er festet med magneter.<br />

Forsøket under punkt 3.5 viser at stabling er den mest plassbesparende løsningen, men en ønsker<br />

å ødelegge koppen så den ikke kan pantes på nytt. Makulering er det prosjektgruppen har mest tro<br />

på, <strong>og</strong> anbefaler eventuelle videre utviklerer å ta tak i dette. En må passe på å makulere papp <strong>og</strong><br />

plast hver for seg slik at rester i makuleringsmaskin ikke kan blande seg inn på feil side.<br />

Automaten har rom for en slik enhet over søppelsekkene. Løsning for makulator er drøftet, men<br />

ikke konstruert. Grunnlaget for dette er at makulator er i hovedsak en mekanisk innretning som<br />

krever lite automasjon, <strong>og</strong> kan samtidig gjøre automaten farlig å bruke. Beslutning om å utelate<br />

dette ble tatt sammen med oppdragsgiver.<br />

Dielektrikum testing for å skille fysisk mellom plast <strong>og</strong> papp er mulig. En må da, utfra våre tester,<br />

måle tykkelse òg kapasitans hver gang. For å implementere en slik sensor i maskin må en finne en<br />

løsning for å måle tykkelse òg kapasitans med de krav kapasitansmåling stiller.<br />

Det å ha flere mulige prosjektutvidelser å velge mellom, ga prosjektet en god arbeidsflyt ved at<br />

gruppemedlemmene alltid hadde arbeid selv når vi ventet på bestillte deler. Ikke alle de aktuelle<br />

utvidelsene ble gjennomført, men i tilegg til hovedmålet <strong>og</strong> rammebetingelsene, fikk gruppen<br />

implementert kvittering i form av RFID <strong>og</strong> informasjon til bruker ved hjelp av display.<br />

42


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Prosjektet er et bevis på at å ha en oppdragsgiver på andre siden av landet er fullt mulig.<br />

Videokonferanse <strong>og</strong> ukentlig e-post gjorde til at kommunikasjonen gikk greit. Samarbeidet med<br />

Repant ASA har vært godt. Prosjektgruppen ble møtt med mer <strong>og</strong> mer åpenhet <strong>og</strong> full støtte fra<br />

oppdragsgiveren. Det har ikke vært noen hindringer i økonomi takket være Repant ASA.<br />

Begrensningen for innmatingshullet på 1300 mm er fortsatt høyt for rullestolbrukere. Selv om<br />

dette er kravet fra oppdragsgiver, kan det tenkes at rullestolbrukere vil ha vanskeligheter med å<br />

benytte automater med innmating i denne høyden.<br />

9. Prosjektadministrasjon<br />

9.1 Organisering<br />

Figur 9.1: Organisjasjonskart.<br />

43


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

9.2 Prosjektgruppen<br />

Prosjektgruppen bestod av fire avgangsstudenter ved Høgskolen i <strong>S<strong>og</strong>n</strong> <strong>og</strong> <strong>Fjordane</strong>. Rune<br />

Sagevik ble valgt til prosjektleder.<br />

• Rune Sagevik (prosjektleder)<br />

• Vegard Hammerseth<br />

• Espen S. Huseklepp<br />

• Johannes Møgster<br />

9.3 Styringsgruppen<br />

Styringsgruppen bestod av representanter fra oppdragsgiver <strong>og</strong> lærerer ved høgskolen. Repant<br />

ASA administrerende direktør Gudmund Larsen <strong>og</strong> pr<strong>og</strong>ramutvikler Lars Møgster. Olav Sande <strong>og</strong><br />

Marcin Fojcik var faglige rettledere. Joar Sande fungerte som prosjektansvarlig.<br />

• Repant ASA<br />

o Gudmund Larsen (adm. Dir)<br />

o Lars Møgster (software engineer)<br />

• Joar Sande (prosjekt ansvarlig)<br />

• Marcin Fojcik (veileder)<br />

• Olav Sande (veileder)<br />

9.4 Historikk<br />

Like etter 4. semester var avsluttet, startet dette hovedprosjektet i det små. Prosjektgruppa holdt<br />

første samling i Juni 2010, i håp om å komme så tidlig i gang med prosjektet som mulig. Første<br />

sak var å søke etter potensiell oppdragsgiver. E-post med informasjon, kontaktinfo <strong>og</strong> ønske om<br />

samarbeid, ble sendt til flere lokale bedrifter <strong>og</strong> noen nasjonale. Ikke alle bedriftene svarte på<br />

henvendelsen, men de som svarte var positive <strong>og</strong> takket for interessen. Enkelte av bedriftene ville<br />

<strong>og</strong>så møte oss, for å legge fram forslag til prosjekt som kunne være aktuelle for oss.<br />

Det var i starten aktuelt å gjennomføre forprosjektet til hovedprosjektet i faget prosjektstyring<br />

med prosjekt høsten 2010, men gruppen nådde ikke en beslutning om valg av prosjekt på det<br />

tidspunktet. Prosjektet gruppa gjennomførte i dette faget la derimot grunnlaget for<br />

prosjektstrukturen som ble brukt i hovedprosjektet. Først i Januar 2011 ble den endelige<br />

44


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

beslutningen om prosjekt tatt. Valget ble tatt på bakgrunn av budsjett <strong>og</strong> omfang. Repant ASA<br />

skilte seg ut med tanke på budsjett, <strong>og</strong> at prosjektet bedriften kunne tilby ville gi gruppa mulighet<br />

til å utvikle en prototype av et nytt produkt. Repant ASA så for seg at en eventuell prototype<br />

kunne settes i masseproduksjon av dem.<br />

9.5 Møter<br />

Statusmøter<br />

Det ble holdt møter med rettledere <strong>og</strong> PA ved større milepæler. Slik kunne vi holde dem oppdatert<br />

om framgangen til prosjektet.<br />

Gruppemøter<br />

Prosjektgruppen hadde møter med bare gruppemedlemmer for å prøve å bedre arbeidsfordeling<br />

<strong>og</strong> reflektere.<br />

Skypemøter<br />

Skype er en enkel <strong>og</strong> grei pr<strong>og</strong>ramvare som lar deg ringe med video. Gruppen holdt flere møter i<br />

forprosjektperioden sammen med Repant ASA ved Lars Møgster <strong>og</strong> Gudmund Larsen. Her fikk<br />

gruppen vise fram skisser <strong>og</strong> annet arbeid. Dette ble møtt med mange innspill <strong>og</strong> hyggelig<br />

entusiasme fra Repant.<br />

9.6 Måloppnåelse<br />

Hovedmålet som ble opparbeidet i forprosjektperioden er møtt. Det er blitt konstruert en<br />

prototype som tar i mot <strong>og</strong> sorterer papp- <strong>og</strong> plastkopper, kalkulerer en pant <strong>og</strong> lagrer panten i en<br />

database sammen med til et RFID kort. Prototypen er bygget i en størrelse som kan passe bra inn i<br />

et kontorlandskap eller lignende.<br />

Delmålene kan utdypes punktvis<br />

45


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Innkjøp av deler<br />

Alle deler er ført opp. For å unngå at forsinkelser skulle hindre prosjektet ble delene bestilt like<br />

etter forprosjektperioden.<br />

Pr<strong>og</strong>rammering<br />

Prosjektgruppen har stått for all pr<strong>og</strong>rammering selv. Koden for styring av RFID leseren,<br />

åpne/lukke funksjonen, display m.m. er skrevet i språket Wiring. Koden for kamera <strong>og</strong> RFID er<br />

skrevet i C++.<br />

Konstruering<br />

Rammen ble sveist av innleid arbeider. Noe metall kunne bestilles ferdig formet. Resten valgte<br />

gruppen å forme selv.<br />

CAD-tegning<br />

CAD tegning av kabinettramme er laget.<br />

Montering<br />

Automaten er montert av prosjektgruppen i henhold til maskintegningene.<br />

Testing<br />

Automaten har gjennomgått diverse tester. Disse viste at hastigheten var rundt 30 kopper i<br />

minuttet. Mandag 9.mai: test 1 gav 24 kopper på et minutt.<br />

Powerpoint presentasjon<br />

Denne er laget <strong>og</strong> blir brukt til å vise frem prosjektet 27. Mai.<br />

3D modell<br />

I forprosjektet ble flere 3D modeller laget. Valgt løsning ble tegnet videre på i starten av<br />

hovedprosjektet.<br />

Presentasjon m/plakat<br />

Det ble laget en plakat med størrelsen 600x800mm <strong>og</strong> printet ut på fotopapir.<br />

46


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Ferdigstille nettside<br />

Nettside var noe av det første som ble gjort, sommeren 2010.<br />

10. Økonomi <strong>og</strong> ressurser<br />

Repant ASA stillte med en økonomisk ramme på 20,000NOK <strong>og</strong> ga <strong>og</strong>så prosjektgruppen tilbud<br />

om å handle deler hos dem. Deler fra Repant som passet vår løsning var ofte det rimeligste<br />

alternativet.<br />

Fullstendig budsjett med alle detaljer er bare tilgjengelig for de med innsynsrett. Under følger en<br />

oversikt over utgifter <strong>og</strong> total kostnad for prosjektet.<br />

Tabell 10.1 Budsjett<br />

Utgift Pris [NOK] Kommentar<br />

Kabinettramme 500,25 Ferdig sveiset ramme<br />

Deler 6 461,99<br />

Profilering <strong>og</strong> design 2 358,95<br />

Sum prototype 9 321,19<br />

Forbruk 1 253,50 Skruer, elektroder etc.<br />

Testing 201,20 Kopper m.m.<br />

Tap 928,00 3 servoer<br />

Total hovedprosjekt 11 703,89<br />

Estimert kostnad 10 617,00 Utarbeidet i forprosjekt<br />

- i forhold til estimert -1 086,89<br />

Tilgjengelig budsjett 20 000,00 Fra Repant ASA<br />

- i forhold til budsjett +8 296,11<br />

I løpet av prosjektet gikk det med to servoer. Tre nye ble bestillt der en var reserve. Rammen ble<br />

sveiset av innleid arbeider. Denne fikk vi levert med topp, bunn <strong>og</strong> sider ferdig sveiset. Deler som<br />

47


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

skulle brukes ble vurdert i forprosjektet. Sammen med forventede utgifter utgjorde dette de<br />

estimerte kostnadene. Disse var trygt under budsjettet. Det viste seg <strong>og</strong>så når prosjektet var betalt<br />

at dette var et godt estimat.<br />

Det var planlagt å jobbe med hovedprosjektet mandager, onsdager, fredager <strong>og</strong> litt flexitid<br />

utenom. Gantt skjema ble brukt til å holde oversikt over tidsfrister, oppgaver <strong>og</strong> dikterte et<br />

totalforbruk på 450 timer for hver deltaker. Det var tatt hensyn til forelesninger <strong>og</strong> kurs som hver<br />

enkelt prosjektdeltaker skulle delta på.<br />

Se vedlegg 14 for Ganttskjema.<br />

11. Nettside<br />

Domenet hovedprosjekt.com ble kjøpt like etter 4. semester <strong>og</strong> det ble satt opp en Wordpress side<br />

på domenet. Wordpress er et open kildekode publiseringsverktøy som er enkelt <strong>og</strong> sette opp,<br />

vedlikeholde <strong>og</strong> bruke [27] . Helt siden nettsiden var på nett har alle gruppemedlemmene prøvd å<br />

holde siden oppdatert med relevant informasjon fra prosjektet.<br />

Fra gruppen tok på seg oppdraget for den nevnte arbeidsgiveren har informasjonutvekslingen på<br />

siden måttet være fortrolig. Dette for at konkurrentene til oppdragsgiveren ikke skal kunne<br />

komme de i forkjøpet på et eventuelt nytt marked.<br />

I slutten av prosjektet ble det flyttet over en statisk versjon av siden til<br />

http://prosjekt.hisf.no/~11apps/<br />

48


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Figur- <strong>og</strong> tabelliste<br />

Figurer<br />

Tabeller<br />

3.1: Dielektrikum verdier utfra kapasitansmålinger med X antall ark.<br />

3.2: Innmating med vertikal sylinder.<br />

3.3: Liggende innmating, X-krybbe.<br />

3.4: Liggende innmating, V-form.<br />

5.1: Sammenheng av systemet.<br />

5.2: Panteprosess i praksis.<br />

5.3: Algoritme for datapr<strong>og</strong>ram.<br />

5.4: Bildeanalyse. Rød strek indikerer midten av bildet, rosa er ultralydmåling <strong>og</strong> de<br />

grønne er område koppen skal ligge innenfor.<br />

5.5: Algoritme for mikrokontroller.<br />

10.1: Organisjasjonskart.<br />

3.1: Dielektrikum konstanter<br />

5.1: Oversikt over innganger <strong>og</strong> utganger<br />

10.1: Budsjett<br />

49


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Referanseliste<br />

1. John Haugan, 2007, Formler <strong>og</strong> tabeller,NKI forlaget, s.148 dielektrikum konstanter.<br />

2. Wikipedia artikkel om polyeten, 14.02.2011<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/Polyethylene<br />

3. Wikipedia artikkel om dielektrikum konstant, 14.02.2011<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_constant<br />

4. Oppslagsverk frå Clipper controls om dielektriske konstanter. 14.02.2011<br />

https://www.clippercontrols.com/pages/dielectric-constant-values#P<br />

5. Dinel, Ultrasonic level meters ULM - 55<br />

http://www.sensormatic.it/catal<strong>og</strong>hi/din/ulm-55.pdf<br />

6. P. Kumar, H.W. Reinitz, J. Simunovic, K.P. Sandeep, <strong>og</strong> P.D. Franzon, 2009, Artikkel,<br />

Overview of RFID Technol<strong>og</strong>y and Its Applications in the Food Industry,Institute of Food<br />

Technol<strong>og</strong>ists, s.102<br />

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1750-3841.2009.01323.x/pdf<br />

7. Wikipedia artikkel om elektromagnetisk induction, 13.05.2011<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction<br />

8. Klaus Finkenzeller, 2010, RFID Handbook: Fundamentals and Applications in<br />

Contactless Smart Cards, Radio Frequency Identification and Near-Field Communication,<br />

Wiley, s.49<br />

http://www.go<strong>og</strong>le.com/books?hl=no&lr=&id=gtAQm4DCbP0C&oi=fnd&pg=PR5&dq=r<br />

fid&ots=1MZsevGU_l&sig=vMBa_ub1t8tSEKZlcjH8Q6XI2hY#v=onepage&q&f=false<br />

9. Wikipedia artikkel om manchester koding, 16.05.2011<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code<br />

10. ID Innovations, 2005, ID SERIES DATASHEET, ID-12.<br />

Vedlegg RFID leser datablad, Data outputs.<br />

11. John P. Bentley, 2005, Principles of measurement systems, Pearson education, s. 447.<br />

12. Wikipedia artikkel om den foto-elektriske effekten. 13.05.2011<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/Photo-electric_effect<br />

13. John P. Bentley, 2005, Principles of measurement systems, Pearson education, s.408<br />

14. Robert Boylestad, 2009, Electronic devices and circuit theory, Pearson education s. 856<br />

50


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

15. Arduino, 2011, Arduino Mega 2560.<br />

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560<br />

16. Ørjan G. Martinsen, 2006, PC-basert instrumentering <strong>og</strong> mikrokontrollere, Gyldendal<br />

Akademisk, s. 214.<br />

17. Wikipedia artikkel om Arduino, Arduino board models. 13.05.2011<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/Arduino<br />

18. Kjell Toft Hansen <strong>og</strong> Tore Mallaug, 2008, Databaser, Gyldendal Akademisk, s. 276.<br />

19. OpenCV Wiki, 16.05.2011<br />

http://opencv.willowgarage.com/wiki/<br />

20. Wikipedia artikkel om Arduino 13.05.2011<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/Arduino<br />

21. AVRDUDE, 2007, A pr<strong>og</strong>ram for download/uploading AVR microcontroller flash and<br />

eeprom.<br />

http://nongnu.uib.no/avrdude/avrdude-doc-5.5.pdf<br />

22. Wikipedia artikkel om GNU toolchain 13.05.2011<br />

http://en.wikipedia.org/wiki/GNU_toolchain<br />

23. Ørjan G. Martinsen, 2006, PC-basert instrumentering <strong>og</strong> mikrokontrollere, Gyldendal<br />

Akademisk, s.211.<br />

24. Hjemmeside til AVR libc project 13.05.2011<br />

http://www.nongnu.org/avr-libc/<br />

25. Forskrift om vern mot støy på arbeidsplassen<br />

http://www.lovdata.no/cgi-wift/ldles?doc=/sf/sf/sf-20060426-0456.html<br />

26. Forskrift om maskiner<br />

http://www.lovdata.no/cgi-wift/ldles?doc=/sf/sf/sf-20090520-0544.html)<br />

27. Nettside til wordpress, 20.05.11<br />

wordpress.org<br />

51


Panteautomaten APPS - HO2-300 Hovedprosjekt<br />

Vedlegg<br />

Fullstendig vedleggsliste for prosjektet. Enkelte vedlegg finnes bare på vedlagte cd.<br />

1. RFID ID-12 leser <strong>og</strong> brett. Datablad.<br />

2. Ultralydsensor UM18-11116. Datablad.<br />

3. Sick photoelectric optic sensor WLG4S-3. Datablad.<br />

4. Kamera L<strong>og</strong>itech C310. Datablad.<br />

5. Display Color-LCD-Shield. Datablad. (bare på cd)<br />

6. Servoer 9150MG. Datablad. (bare på cd)<br />

7. Ardunio mega 2560. Skjema. (bare på cd)<br />

8. Datamaskin. Hovedkort ASUS AT5NM10-I. Brukerveiledning (bare på cd)<br />

9. RAM-KVR800D2N5_2G. Datablad (bare på cd)<br />

10. Powersupply. PSU GPS-350EB-101A. Datablad.<br />

11. LSA. (bare på cd)<br />

12. Led lys. Datablad. (bare på cd)<br />

13. Brukerveiledning.<br />

14. Gantskjema.<br />

15. Koblingsskjema. (bare på cd)<br />

16. Forprosjektrapport.<br />

17. Timeliste.<br />

18. Autocadtegninger med mål.<br />

19. Pr<strong>og</strong>ramkode. (bare på cd)<br />

20. Møtereferater. (bare på cd)<br />

21. Statusrapporter. (bare på cd)<br />

22. 3D Skisser. (bare på cd)<br />

52

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!