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

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

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!