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Smart Mail Box

Schatz, du hast Post! Intelligenter Briefkasten 1.0 [TEIL 1/2]

The writing on it
Return to sender, address unknown
No such number, no such zone

Return To Sender, Elvis Presley

Heute gibt es eine Weltpremiere! Wir stellen heute einen vernetzten Briefkasten vor, der selbständig merkt, ob er leer ist oder nicht. Das Beste ist: Der smarte Briefkasten ist an das Hausnetz angebunden und kann sich somit mitteilen (Email, akustisch, optisch, etc.) bzw. auch andere Aktionen auslösen (lassen). Das Ganze ist ein ziemlich früher Prototyp, den es in dieser exakten Ausführung/Bauweise bis dato nirgends anderswo gibt. Und wenn doch bereits eine vergleichbare Lösung existiert – werde ich einfach behaupten, dass diese von uns geklaut wurde. 🙂 Wir planen nicht das Projekt kommerziell zu verwerten, deshalb darf alles 100%-tig frei genutzt, weiterentwickelt und sogar patentiert werden. Was auch immer: Zum Wohle der Menschheit!

Idee und Zielgruppe

„Warum brauche ich das? Warum sollte man etwas Derartiges bauen? Warum tut ihr das?“ – fragst du? Nun ja – die gleiche Frage könnte Menschen stellen, die auf Berggipfel klettern. Diese antworten mit einem Seitenblick zum Bergriesen einfach nur: „Weil er da ist.“ Wir tun dies mit ähnlicher Begründung.
Die Wunschvorstellung vom perfekten Briefkasten ist nicht unrealistisch oder abwegig: Zum Einen sollte man schon von außen erkennen können, ob der Kasten Post enthält oder nicht – um nicht sinnlos den Schlüssel herauszuholen, die Tür zu öffnen und dann enttäuscht feststellen zu müssen, dass der Behälter leer ist. Zum Anderen wäre es nett, wenn der Briefkasten uns proaktiv zu sich riefe, unmittelbar nachdem er befüllt wurde – Per Mail, Push-Nachricht, SMS oder eine andere (elektronische) Mitteilung. Dies mag für junge, vitale Burschen nicht von Bedeutung sein, da diese ohne Probleme mehrmals in einer Stunde zum Briefkasten laufen können, um die lang-ersehnte Post herauszuholen. Menschen mit Behinderungen bzw. motorisch eingeschränkten Personen ist es nicht so einfach möglich/ratsam. Sich mehrfach am Tag ohne anschließenden Erfolg zum Postbehälter zu quälen sollte hier vermieden werden.

Vorteile gegenüber der „Einwurf-Klappe-Lösung“

Im Gegensatz zu anderen „intelligenten“ Briefkästen basiert unsere Lösung nicht auf einem (elektronischen) Kontakt im Einwurfschacht. Wie zum Beispiel u. a. in dieser Lektüre beschrieben. Lösungen, die lediglich auf die Bewegungen an der Einwurföffnung reagieren – können zwar einen Einwurf registrieren, sind aber nicht in der Lage festzustellen, ob tatsächlich Postgut im Inneren gelandet ist. Fehl-Alarme sind daher die Folge.
Wir machen es anders: Im Grunde nutzen wir die Schwerkraft, um die Post in einer „Trichter-Konstruktion“ auf den Boden des Briefkastens gleiten. Im Auge des Trichters sitzt ein Sensor, der prüft, ob der Abstand zur Abdeckung des Kastens durch das eingeworfene Postgut kleiner geworden ist. Wir können also immer sagen, ob der Post-Behälter tatsächlich befüllt ist oder nicht – Bewegungen am Einwurf-Schlitz alleine Lösen keinen (Fehl-)Alarm mehr aus!

Hardware

Zum Aufbau des voll-funktionalen Prototypen nutzen wir zum Teil einfache Pappe – später kann die Umsetzung einfach in (fast) jeden final genutzten Briefkasten unabhängig von Form und Größe übertragen werden. Als Elektronik nutzen wir Tinkerforge-Bauteile: Sogenannte „Bricks“ & „Bricklets“. Tinkerforge ist eine Open-Source-Hardware-Plattform von verschiedenen aufeinander steckbaren Mikrocontrollerbausteinen (Bricks), die verschiedene Module (Bricklets) ansteuern können. Die Hardware lässt sich mithilfe von APIs (API Bindings) in einer Vielzahl von Programmiersprachen steuern. Die Komponenten-Liste sieht wie folgt aus:

  • Papp-Karton („Versandkartonage“): Für das Prototyp Gehäuse (3 EUR)
  • Paketband (glatt): Für die Prototyp-Gehäuse-Konstruktion (2 EUR)
  • Master-Brick: Übernimmt die Kommunikation/Übersetzung zwischen PC und Sensor (30 EUR)
  • Distance-Sensor-Bricklet: Misst den Abstand und kommuniziert mit dem Master-Brick (13 EUR)
  • Bricklet-Kabel: Verbindung zwischen Master-Brick und Sensor Bricklet (3 EUR)
  • USB-Verbindungskabel: Verbindung zwischen Master-Brick und PC (3 EUR)
  • 4×7-LCD-Anzeige (optional, 9 EUR)
  • Windows-PC mit Visual Studio (Express C#): Zur C#-Programmierung der Logik (unbezahlbar…)
    Gesamtkosten Hardware: 63 EUR
Master Brick
Distance-Sensor-Bricklet
4×7-LCD-Anzeige (optional)

Software

Software-seitig benötigen wir folgende, frei erhältliche Komponenten:

Brick Deamon
Der Brick Daemon ist ein Service, der als eine Brücke zwischen Bricks/Bricklets und den API Bindings für die verschiedenen Programmiersprachen fungiert. Der Daemon leitet Daten zwischen der USB-Verbindung und den TCP/IP-Sockets hin und her. Bei der Benutzung der API-Bindings wird eine TCP/IP-Verbindung zum Brick Daemon hergestellt. Dieses Konzept erlaubt es Bindings für nahezu jede Programmiersprache ohne Abhängigkeiten zu erstellen. Dadurch ist es möglich Bricks und Bricklets über eingebettete Geräte wie Smartphones zu programmieren, die nur spezifische Programmiersprachen unterstützten. Zusätzlich ist es möglich den PC auf dem der Brick Daemon läuft von dem PC auf dem der Benutzercode läuft zu trennen. Dadurch ist das Steuern über ein Smartphone oder auch über das Internet möglich. (Quelle: Tinkerforge Dokumentation)
Brick Viewer
Der Brick Viewer bietet eine graphische Oberfläche um Bricks und Bricklets zu testen, initial einzustellen oder mit aktueller Firmware zu flashen.
API Bindings
Von Tinkerforge zur Verfügung gestellte Bibliotheken – in unserem Fall .dll-Files für C#
C# Code
Individuell geschriebener Code, der dem Kasten Leben einhaucht. Eine Visual-Studio-Solution ist als Download verfügbar. Prinzipiell können bei Tinkerforge über bereitgestelle Bindings über 16 verschiedene Sprachen je nach Vorlieben zur Programmierung verwendet werden: Von C/C++ bis Visual Basic.net ist ziemlich alles mit Rang und Namen dabei. Wir haben uns für C# entschieden.

Umsetzung

  1. Als Briefkasten-Korpus nutzen wir einen simplen Papp-Versandkarton.
  2. Mit Klebeband und Teppichmesser richten wir im oberen Bereich einen Einwurfschlitz ein.
  3. Im Inneren verbinden wir die 4×7-LCD-Anzeigemit dem Master-Brick.
  4. Im Inneren verbinden wir den Sensor mit dem Master-Brick und führen das USB-Kabel über ein Loch im seitlichen Gehäuse nach außen.
  5. Den Sensor nach oben gerichtet platzieren wir genau im Zentrum auf dem Boden der Box.
  6. Von den Seitlichen Wänden kleben wir Pappe-Stücke konusartig in Form eines Trichters am Sensor fest. Die Trichterseiten können zusätzlich mit Paketband beklebt werden, um die Reibung zu reduzieren
  7. Im vorderen Bereich richten wir mit Klebeband und Messer eine Wartungsklappe, die etwa ein Viertel der Gesamthöhe ausmacht
  8. Im hinteren Bereich richten wir mit Klebeband und Messer eine Entnahme-Klappe ein, die etwa die Hälfte der Gesamthöhe ausmacht

Mit Hilfe des C#-Codes messen wir nun die aktuelle Distanz mit dem Distanz-Sensor zwischen Sensor-Ausgang und dem Box-Deckel. Sobald dieser bekannte, normierte Standard-Abstand durch „Fremdkörper“ im Behälter kleiner wird, wissen wir, dass etwas im Briefkasten ist. An dieser Stelle ist der Fantasie keine Grenze gesetzt. Man kann auf vielfältige Arten und Weisen darauf reagieren: In unserem Fall nutzen wir FHEM (FHEMist ein in perl geschriebener, GPL lizensierter Server für die Heimautomatisierung; dazu in einem anderen Post mehr – versprochen!), um eine akustische Sprachnachricht zu generieren. Sinnvoll wäre z.B. auch eine Mail-Nachricht an die Hausbewohner. Um den Code übersichtlich zu halten, verzichten wir hier an dieser Stelle darauf, sondern zeigen optisch mit Hilfe der 4×7-LCD-Anzeige, dass der Behälter entnommen werden kann.

Das war der Erste Teil – wir freuen uns auf Feedback! Im zweiten Teil zum intelligenten Briefkasten besprechen wir den C#-Code genauer; erläutern die aktuellen Einschränkungen und natürlich auch die Maßnahmen, um diese auszuräumen. Somit steht künftig der Version 2.0 nicht viel im Wege!

Comments (5)

  1. Schatz, du hast Post! Intelligenter Briefkasten 1.0 [TEIL 2/2] | smarthomebau.de Samstag, 13UTCSat, 13 Dec 2014 23:28:11 +0000 13. Dezember 2014 at 23:28 Antworten

    […] im ersten Teil des Posts haben wir den ersten Prototypen des Smarten Briefkastens vorgestellt. Das Ganze war – dem […]

  2. Intelligenter Briefkasten: Version 1.5 – “RED-Edition” | smarthomebau.de Dienstag, 20UTCTue, 20 Jan 2015 20:37:29 +0000 20. Januar 2015 at 20:37 Antworten

    […] ist bisher geschehen? In früheren Beiträgen (Teil 1) haben wir über die generelle Idee, Zielgruppe, den Aufbau sowie den Programm-Code des smarten […]

  3. Intelligenter Briefkasten: Version 2.0 – „Arduino-Edition“ | smarthomebau.de Donnerstag, 09UTCThu, 09 Jun 2016 11:16:39 +0000 9. Juni 2016 at 11:16 Antworten

    […] Den „Intelligenten Briefkasten“. Wir haben schon mehrfach sowohl über die Idee dahinter berichtet, als auch die ersten Versuchsaufbauten mit Tinkerforge-Bausteinen […]

  4. dorothee Dienstag, 26UTCTue, 26 Jul 2016 21:35:27 +0000 26. Juli 2016 at 21:35 Antworten

    Danke das hört sich gut an! Ich bin Laie ( Frau) habe das Prinzip verstanden , hoffe ich. Bei mir wird post geklaut ! Könnte man da in die Türe eine Kameralinsen integrieren
    Und es ebenfalls Ans cebntrum
    Leiten und mit den anderen koppeln? Bitte antwortet oder könnten wir phonen??ist eloquenter
    Lgl
    Dorothée

    1. smarthomebau.de Dienstag, 26UTCTue, 26 Jul 2016 21:58:08 +0000 26. Juli 2016 at 21:58 Antworten

      Post-Diebe?! Vielleicht hilft es ja den Briefkasten hier unter Strom zu setzen… 🙂

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