Informationstechnik WS 2008/2009 Abschlusspräsentation Projekt:

Hochschule KarlsruheTechnik und WirtschaftUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCESUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES dymolog

Folie Nr.:

Informationstechnik WS 2008/2009

Abschlusspräsentation

Projekt:

dymologTeilnehmer:

Burghard Bolle

Elisabeth Ernst

Maximilian Heller

Sandor Paoli

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Folie Nr.:

Einleitung

Problemstellung:

An der Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft, Fachbereich: Mechatronik, besteht keine Möglichkeit die Dynamik eines Fahrzeugs mit einem nachrüstbarem System zu erfassen. Zur Erhöhung der Fahrsicherheit und für die Navigation müssen zahlreiche Messaufgaben gelöst werden. Zur Untersuchung von Kurvenradien auf Stecken, Bestimmung der Bremsverzögerung und der Anfahrbeschleunigung sowie zahlreiche andere Messaufgaben im Fahrzeugbereich werden Messwerte der Größen Drehrate, Beschleunigung (X-,Y-, Z-Achse) und Richtung benötigt.

Aufgabenstellung:

Für die Erfassung der Fahrzeugdynamik ist die Bestimmung der Bremsverzögerung, der Anfahrbeschleunigung sowie zahlreiche andere Messaufgaben notwendig. Messwerte wie Drehrate, Beschleunigung (X-,Y-, Z-Achse) und Richtung werden ebenfalls benötigt. Im Rahmen des Dachprojektes "dymolog" soll die Richtungs- und Drehratenbestimmung realisiert werden. Mittels Mikrocontroller aufbereitete Daten werden per USB zur Verfügung gestellt.

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

3


Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Lagekontrolle und –stabilisierung im Militarybereich:

Die Kreiselsteuerung dient dazu, unerwünschte Einflüsse wie die Abdrift durch Wind oder Unregelmäßigkeiten im Antrieb zu kompensieren, um die programmierte Flugbahn einzuhalten. Sie ist heute meist Teil eines inertialen Navigationssystems (INS).

Bildstabilisierung bei Kameras:

Aufwendige Mechanik, rechnerintensive Bildanalyse und -korrektur oder Verkürzung der Belichtungszeiten (verstärktes Rauschen) können umgangen werden, wenn die Kamera in der Lage ist, die Wackelbewegungen separat misst und dann relativ einfach aus den Bilddaten herauszurechnen.

Software

Applikationen für Drehratensensoren:

HID

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Folie Nr.:

Luftfahrtinstrumentierung:

Der künstliche Horizont wird benötigt bei der Stabilisierung von Kameras und Zieleinrichtungen, bei Fahrwerk- sowie Fahrzeugstabilisierung. Der künstliche Horizont auch Horizontkreisel, oder offiziell Fluglageanzeiger genannt, wird als Flugüberwachungsgerät zur Bestimmung der Lage des Luftfahrzeugs zur Erdoberfläche eingesetzt. Er bietet eine direkte, bildliche Darstellung der Lage in Relation zur Erdoberfläche, indem er die Fluglage um die Längsachse (engl. roll or bank attitude) und um die Querachse (engl. pitch attitude) anzeigt. Alle anderen Instrumente im Flugzeug können nur indirekt zur Bestimmung der Fluglage verwendet werden.

Kfz-Navigation:

Die Daten von Drehratensensoren werden bei integrierten Systemen sowohl für die Fahrzeugstabilität, als auch für die Navigation verwendet. Anders als bei nicht integrierten Systemen bricht die Navigation in Tunnels nicht ab.

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

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Folie Nr.:

Applikationen für Beschleunigungssensoren:Durchführung von Automobiltests: Beschleunigungsmeßgeräte die ebenfalls mit Hilfe von MEMS-Accelerometern die Beschleunigungswerte in einer oder mehreren Achsen messen und auswerten können.Da bei der Geschwindigkeitsbestimmung mit Hilfe von Accelerometern mit endlicher Genauigkeit leicht durch die Integration der Messgröße über der Zeit große Messfehler entstehen, ist hier häufig noch das mechanische Preiselerrad anzutreffen.

ABS/ESP – Systeme:

Im integrierten Steuergerät befinden sich ein Drehratensensor und einer oder mehrere Beschleunigungssensoren auf MEMS-Basis (Micro-Electro-Mechanical-Sensor). Die in sehr schneller Folge gemessenen Sensorgrößen werden hier intern ausgewertet und nur teilweise über den CAN-Bus im Fahrzeug weitergegeben.

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

Applikationen für Beschleunigungssensoren:

Speedbox:

Die Speedbox kann Beschleunigungen in zwei Achsen mit bis zu 4g messen und die gemessenen Werte über mehrere Schnittstellen (CAN,NMEA,RS232) zur Verfügung stellen. Zur Verringerung des Integrationsfehlers wird hier ein hochpräzises und schnelles GPS-Modul eingesetzt.

Ein einfacheres Modell der Gattung findet sich häufig in der Szene der 1/4-Meile-Rennen. Das G-techPro RR besitzt einen 3-Achsen Accelerometerchip und kann nach Eingabe des Fahrzeuggewichtes die Radleistung des Fahrzeuges errechnen. Mitgeliefert wird neben dem Gerät eine PC-Software zur Visualisierung und Auswertung der aufgezeichneten Werte.

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Blackbox:

Software

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Blockschaltbild:

Software

HIDdymolog Sensormodul

µCUSB I2C (SMB)

SPI

Accelorometer (3D)

Drehraten- sensor

Accelorometer (2D)

Digital- kompass

Daten- speicher

AUX

debug 4 Wire

2 Wire2 Wire

2 Wire

10 Wire

Batterie- anschluß

PCUSB

Software

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Komponenten:

Triaxialer Beschleunigungssensor SMB380

• Orientierung im 3-dimensionalem Raum zu Beginn der Messdatenaufnahme

• Setzen eines Nullpunktes als Referenz für weiteren Sensoren

• Erfassung der Lage zur z-Ebene während der Messdatenaufnahme

•Verwendeter Range: +/- 2g

• typische Empfindlichkeit: 256 LSB/g

Software

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Komponenten:

Winkel- und biaxialer Beschleunigungssensor

ADIS 16209

• Feststellen der Beschleunigung und Lage in der Ebene, Rotation in der Senkrechten

• typ. Auflösungen: 0,244 mg/LSB 0,025°/LSB

• Genauigkeit vertikaler Rotation: +/-0,25°

Software

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Komponenten:Drehratensensor ADIS 16255• Messung der Drehrate • Auflösung: 0,07326°/s/LSB, bei einem dynamic range von +/- 320°/s• Integrierte Daten der Drehrate in Form von relativer Winkelinformationen vorhandenSoftware

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Komponenten:Biaxialer Digitalkompass HMC6352• Festlegung des Nordens als Nullpunkt für die

Drehratenerfassung• Auflösung von 0,5° und einer Genauigkeit von 2,5°RMS

C8051F342 SiLabs Mikroprozessor• SMBus/I2C• SPI Serial Interface• 64 kB on-chip Flash memory•4352 Bytes on-chip RAM (256 + 4 kB)

Software

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. TechnikFertigung der Platine im Rahmen des Labors für Mikrosysteme 2.

• Prozessor in-system

• programmierbar und debuggbar

Software

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

Portbelegungsplan:

Port Belegung Bemerkung

0.0 2 Taster 1

0.1 1 Taster 2

0.2 32 SPI-Schnittstelle SCK

0.3 31 SPI-Schnittstelle MISO

0.4 30 SPI-Schnittstelle MOSI

0.5 29 SPI-Schnittstelle NSS

0.6 28 Chip Select ADIS16209

0.7 27 Reset ADIS16209

1.0 26 Chip Select ADIS16255

1.1 25 Reset ADIS16255

1.2 24 SMB SDA

1.3 23 SMB SCL

1.4 22 Write Protect

1.5 21 Interrupt SMB380

1.6-2.7 20 AUX

HID

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Folie Nr.:

Write-FunktionSPI_Write

Übergibt: Gerät, Adresse, Wert

Keinen Rückgabewert

Auswahl des Geräts, nur eines kann aktiv

sein

Write bit setzenÜbergabe Adresse

Warten auf TransferendeRücksetzen Interruptflag

Schreibe DatenSPIODAT=value

Geräte= OFF

Delay (stalltime)100µs


Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

SPI - Schnittstelle:

HID

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

SPI - Schnittstelle:

HID

Read-FunktionSPI_Read

Übergibt: Gerät, Adresse

Rückgabewert: Wert

Initialisierungreturn_value


sein

Close FrameSPIODAT=0x00

Open FrameSPIODAT=0x3E

MSB u. LSBZu SPIODATGeräte= OFF

Rückgabe:Return_value


Adresse zum Lesen senden

Geräte= OFF


sein




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Folie Nr.:

SMBus/I2C-Schnittstelle:

• Zwei-Draht-Bus

•SDA = serial data

•SCL=serial clock

•Erstes Byte einer Übertragung bestimmt das Ziel Device

•Nach jedem Byte erwartet der Sender ein Acknowledge-Bit

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

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Folie Nr.:

SMB/I2C - Schnittstelle:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

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void SMB_REGWrite(unsigned char addrsmb, unsigned char value){while (SMB_BUSY); SMB_BUSY = 1; TARGET = 0x71; SMB_RW = WRITE; SMB_SENDWORDADDRhi = 1; SMB_RANDOMREAD = 0; SMB_ACKPOLL = 1; WORD_ADDRhi = addrsmb; SMB_SINGLEBYTE_OUT = value; pSMB_DATA_OUT = &SMB_SINGLEBYTE_OUT; SMB_DATA_LEN = 1; STA = 1;}


Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

Interruptserviceroutine SMBus:

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

Dymolog Windows-Software:

•Weiterentwicklung des SiLabs – Demoprogrammes: HID_Blinky

•Programmiert in Visual C++ 8.0

•Nutzung der dll: slabhiddevice.dll

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Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

Dymolog Windows-Software:

•Neuentwicklung

•Programmiert in C# mit .NET Framework 3.5

•keine Nutzung der slabhiddevice.dll

•Wertetabelle, Momentanwerte, zeitliche Abbildung Messwerte 22


Folie Nr.:

Einleitung

Aufbau

Stand d. Technik

Software

HID

Ausblick:

• Applikation auf andere Projekte durch weiterentwickelte Software

• Verbesserte Echtzeitfähigkeit durch Verwendung des integrierten Speichers

• Perfektionierung des Systems durch Verwendung von GPS-Daten

• Akkubetrieb möglich

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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