Kaffeekasse – Erste Hardwareüberlegungen

In den Hardwareüberlegungen zur Kaffeekasse machen wir uns Gedanken, was der Hardware Teil des Projektes so alles können soll. Im Wesentlichen stelle ich mir ein Gerät vor, dass neben einer Kaffeekasse steht, dem man sagen kann, dass man sich einen Kaffee genommen hat. Es soll also die gute alte Kaffeeliste ablösen. Das Gerät muss natürlich wissen, wer gerade ein Kaffee genommen hat, denn es gibt ja keine Spalten mehr. Um dem Gerät mitzuteilen, wer man ist, habe mehrere Ideen:

• RFID-Tags
• Fingerabdruck Sensor
• NFC mit dem Smartphone
• Durch die Web App

Ich denke eine Eingabemöglichkeit direkt am Gerät sollte es geben und die Web App muss eh her und ist damit gesetzt. Außerdem finde ich die Lösung mit dem Fingerabdrucksensor sehr interessant, der soll also auch mit rein. Da nicht jeder seinen Fingerabdruck hinterlegen will werde ich direkt noch eine alternativ-Variante anbieten. Dabei werde ich mit den RFID-Tags starten. Ob sich später auch mal das Smartphone mit der Kasse nutzen lässt wird uns die Zeit zeigen. Vielleicht lässt sich das RFID Modul ja nutzen, funken schließlich auf gleichen Frequenzen.

Neben den Sensoren brauchen wir noch eine Möglichkeit, dem User mitzuteilen, ob seine Transaktion erfolgreich war. Dafür kann ich mir von einfachen Indikator-LEDs, über ein Display, bis hin zur Sprachausgabe alles vorstellen. Im ersten Schritt werde ich nur Indikator-LEDs verwendet. Ein späteres Upgrade ist schließlich immer denkbar und das MVP (Minimal Viable Product) soll natürlich möglichst schnell fertig werden.

Um die Ein- und Ausgabegeräte zu steuern brauchen wir auch noch einen Mikrocontroller. Im folgenden gehe ich die Hardware die ich zum start brauche ein mal durch.

Mikrocontroller für Kaffeekasse

Da mir sehr viele Ideen im Kopf schwirren brauche ich viele Möglichkeiten. Ein einfacher Arduino fällt da schon mal raus, da mindestens WLAN dazu muss. ESP8266 und ESP32 würden eventuell reichen, falls ich aber später noch ein Display einbaue, oder sonstiges dazu kommt, könnte es mit diesen Geräten schon dünn werden. Ich werde also auf Nummer sicher gehen und etwas Leistungsstärkeres mit Betriebssystem verwenden. Da kommt natürlich gleich Raspbarry Pi und BeagleBone in den Kopf. Ich werde mit einem Raspberry Pi Zero W starten. Der ist noch etwas günstiger und sollte für den Anwendungsfall ausreichen. Falls nicht gibt es eben später ein upgrade.

RFID-Tags

Damit wir RFID-Tags nutzen können, brauchen wir einen RFID Reader im Gerät. Dieser sollte in der Lage sein RFID Tags zu lesen und zu schreiben. Eine kurze Recherche zeigt, dass neben integrierten USB-Varianten, der RFID RC522 eine sehr gängige Variante auf einem PCB ist. Sehr gängig bedeutet, dass es viele Libraries, Dokumentation und Tutorials gibt. Das Modul gibt es auf verschiedenen PCB’s, ein paar sehr schön kleine habe ich auch gefunden. Ich habe allerdings noch eins hier liegen, das werde ich zuerst mal nutzen. Angesteuert wird das Modul über SPI, dazu später in der Umsetzung mehr. Das Board wird mit 3,3 V betrieben, nicht optimal für einen Raspberry Pi, der mit 5 V läuft, aber Logic-Level-Converter sind sehr günstig und klein.

Fingerabdruck Sensor

Auch bei den Fingerabdruck Sensoren findet man wieder jede Menge USB-Lösungen. Wir sind aber auf der Suche nach einem Board mit Sensor. Bei der Suche bin ich auf optische und kapazitive Sensoren gestoßen. Einige Varianten sind sehr dünn, was mir gut gefällt, allerdings haben die auch alle ihren Preis. Relativ weit verbreitet scheint ein optisches Modell zu sein, wobei verschiedene Modellbezeichnungen zu finden sind und bei vielen findet man gar keine Modellbezeichnung. Das Modul für das ich mich entschieden habe hört wahrscheinlich auf den Namen DY50. Dieser Sensor redet über UART mit dem Pi und wird auch mit 3,3 V betrieben. Wie sich zeigt gehören Fingerabdrucksensoren nicht zu den günstigsten Sensor-Vertretern, dieser ist aber für <10 € in China erhältlich.

Zusammenfassung der Hardware für die Kaffeekasse

Die Hardwareüberlegungen zur Kaffeekasse ergeben die erste Auswahl der Komponenten:

• Raspberry Pi Zero W + SD-Karte
• RFID-RC522 RFID Reader
• DY50 Fingerabdruck Sensor
• LED’s, Widerstände, Kabel, Steckverbinder

Das sollte für den Start ausreichen. Im nächsten Schritt werden alle Komponenten einzeln vom Pi angesprochen, um sehen ob und wie sie funktionieren.