Einreichung. Name, Klasse und Adresse der HTL: HTL Pinkafeld, 5BE, Meierhofplatz 1. Name/n des/r Einreichenden: Mörth Stefan, Radl Benedikt

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1 Einreichung Name, Klasse und Adresse der HTL: HTL Pinkafeld, 5BE, Meierhofplatz 1 Name/n des/r Einreichenden: Mörth Stefan, Radl Benedikt Name des betreuenden Professors: Dipl. Ing. Thomas Schlaudoschitz Einreichendes Fachgebiet (Industrie-, Kraftfahrzeug- oder Gebrauchs- & Gebäudetechnik): Gebrauchs- & Gebäudetechnik Thema der Projektarbeit Netzwerkfähige Messstation zur Evaluierung von Winddaten 1

2 Eidesstattliche Erklärung Ich erkläre eidesstattlich, dass ich die Arbeit selbständig angefertigt, keine anderen Hilfsmittel als die angegebenen Hilfsmittel benutzt und alle aus ungedruckten Quellen, gedruckter Literatur oder aus dem Internet im Wortlaut oder im wesentlichen Inhalt übernommenen Formulierungen und Konzepte gemäß den Richtlinien wissenschaftlicher Arbeiten zitiert, durch Fußnoten gekennzeichnet bzw. mit genauer Quellenangabe kenntlich gemacht habe. Durch meine Signatur berechtige ich die Bosch Gruppe, die Einreichung zeitlich und räumlich unbeschränkt entweder selbst oder durch von ihr beauftragte Dritte unter Nennung der Urheber in Druckwerken, Internet, auf elektronischen Datenträgern sowie in der darauf bezogenen Werbung zu veröffentlichen. Datum Unterschrift der/des Schülerin/s Mörth Stefan, Radl Benedikt 2

3 Netzwerkfähige Messstation zur Evaluierung von Winddaten Die Tischlerei Seidel überlegt den Einsatz eines Windkraftrades zur Energieversorgung des Standortes. Zur Evaluation, ob über die Dauer eines ganzen Jahres genug Wind für einen wirtschaftlich nutzvollen Einsatz vorhanden ist, musste eine Messstation realisiert werden. Ziel der Diplomarbeit war es, ein Windmesssystem zu entwickeln, welches die Windgeschwindigkeit sowie Windrichtung über ein Jahr misst, die Daten speichert und über ein lokales Netzwerk (LAN) überträgt. Die Daten, die über das lokale Netzwerk geschickt werden, sollen in einem Excel Dokument ausgewertet und visualisiert werden. Die ausgewerteten Daten sollen als Entscheidungshilfe für den Bau einen Windkraftwerkes dienen. 3

4 Inhaltsverzeichnis S.6: S.7: S.8: S.9: S.10: S.11: S.12: S.13: S.14: S.15: S.16: S.17: S.18: S.19: S.20: S.21: Zielsetzung Umsetzung Sensoren Platinen Hauptplatine Mikrokontroller SPI-Bussystem AD-Konverter LAN-Platine SPI-Speicher Computer Programm Gehäuse EXCEL-Auswertung Verwendete Software Zusammenfassung Literarisches Verzeichnis 4

5 Zielsetzung Evaluation der Windstärke über ein Jahr um herauszufinden ob ein Bau einer Windkraftanlage sinnvoll wäre Entwicklung eines Systems für die Auswertung der Windstärke und Windrichtung und Übertragung der Messwerte über ein lokales Netzwerk (LAN) Winterfeste Gestaltung der Messstation damit ganzjähriger Betrieb möglich ist (Heizungssteuerung des Windstärkesensors) Steuerung der Vorgänge und Übertragung der Daten mittels Mikrocontroller (P89LPC935) Entwicklung eines Windows Programms für den Empfang und die Auswertung der Daten, sowie der Speicherung und Visualisierung in einem EXCEL-Dokument Realisierung einer zweiten Übertragungsmöglichkeit der Messdaten via USB 5

6 Umsetzung: Aus räumlichen Gründen wurde die Diplomarbeit auf drei Standorte aufgeteilt. Das untere Blockschaltbild soll den räumlichen Aufbau und die Verbindungen der Standorte veranschaulichen. 6

7 Sensoren Für die Auswertung der Windgeschwindigkeit und der Windstärke wurden Sensoren verwendet. Für die Windstärke wird ein fertiger Sensor verwendet. Der Windrichtungssensor wurde selber entwickelt, entworfen und gebaut. Windstärkesensor Windrichtungssensor 7

8 Platinen Für die Auswertung der Sensoren und die Speicherung der Daten, sowie die Übertragung über ein lokales Netzwerk, entschieden wir uns, geeignete Platinen zu erstellen. Letztlich verwendeten wir 2 Platinen, eine Hauptplatine und ein Platine für den LAN-Chip, sowie den Speicher. Beide Platinen mit der Anbindung an das Lokale Netzwerk (LAN) 8

9 Hauptplatine Versorgung und Steckplatz des Mikrocontrollers Hardware für die Auswertung der Sensoren SPI Anbindung für die Ansteuerung des Speichers sowie des LAN-Chips Heizungssteuerung des Windstärkesensors 9

10 Mikrokontroller Die Auswertung der Sensoren, sowie die Speicherung der Daten und die Übertragung über ein lokales Netzwerk wird mit einem Mikrocontroller abgewickelt. Es wurde der Mikrokontrollerstick P89LPC935 verwendet. SPI AD-Konverter Timer UART 10

11 SPI-Bussystem Serial Peripheral Interface (SPI) Das Serial Peripheral Interface (SPI) ist ein Bus-System zur synchronen, seriellen Datenübertragung zwischen einem Master und einem oder mehreren Slaves. Es sind theoretisch beliebig viele Slaves möglich. Die Übertragung funktioniert im Vollduplex, d.h. die Daten fließen gleichzeitig in beide Richtungen. Verwendete SPI Komponenten LAN-Chip: ENC28J60 Speicher: AT25DF081-SSHN-B Mikrokontroller: P89LPC935 SPI-Slave LAN-Chip SPI SPI-Master SPI Mikrokontroller SPI-Slave Speicher SPI 11

12 Analog-Digitalkonverter Da die Sensoren für die Auswertung der Windstärke und Windrichtung keine passenden Signale für unseren Mikrocontroller liefern, mussten diese für die AD-Konverter des Mikrocontrollers angepasst werden und zwar in eine analoge Spannung von 0 3.3V Auswertungshardware AD Mikrokontroller 12

13 LAN-Platine LAN-Chip mit vorgeschriebener Beschaltung SPI Anbindung für die Ansteuerung des Speichers sowie des LAN-Chips SPI Speicher mit vorgeschriebener Beschaltung TRJ0011 Netzwerk-Buchse Die LAN-Platine wurde entwickelt um die Speicherung der Messdaten zu realisieren und die Übertragung über das Lokale Netzwerk zu ermöglichen. Die Platine wird über die SPI-Anbindung des Mikrocontrollers gesteuert, da der LAN-Chip und der Speicher über den SPI-Bus kommunizieren. 13

14 SPI-Speicher Zur Speicherung der Daten wird ein 8 MBit, Serial Flash Speicher verwendet. Der Speicher behält seine Daten auch bei einem Stromausfall, dies ist für einen längeren Einsatz wichtig. Die Datenübertragung zwischen Mikrocontroller und externen Speicher erfolgt über eine SPI-Schnittstelle. Der Speicher ist für Datensätze ausgelegt. Jeder Datensatz besteht aus der Windgeschwindigkeit, der Windrichtung, der Temperatur und dem Zeitpunkt der Messung. Datensätze 14

15 Computerprogramm Um die Daten am Computer zu empfangen wurde ein Programm in VisualC++ (CLI) entwickelt. Das Programm empfängt die Daten, wertet diese aus und speichert diese anschließend in einem Excel- Dokument, indem die Daten visualisiert werden. 15

16 Gehäuse Um das Gerät für unseren Kunden gebrauchstauglich zu gestalten und um die gebaute Hardware vor äußeren Einflüssen zu schützen, wurde ein Gehäuse angefertigt. 16

17 EXCEL-Auswertung Da die Messdaten auch geeignet visualisiert werden sollen, wurde eine EXCEL- Anbindung eingerichtet. Im Excel-Dokument wird für jede Windrichtung ein eigenes Diagramm erstellt und die Mittelwerte davon berechnet. Ein Ausschnitt der Visualisierung ist unterhalb zu sehen. 17

18 Verwendete Software Microsoft Visual C Eagle Keil µvision3 Microsoft Office Excel 2007 Flash Magic Circuit CAM HTerm Wireshark 18

19 Zusammenfassung Nicht jeder Standort in Österreich ist zum Erzeugen von Strom durch Windkraft geeignet. Damit dies ermittelt werden kann, haben wir uns zur Erarbeitung dieser Diplomarbeit entschieden. Im Moment ist das System gerade bei Radl Benedikt in Betrieb und wird auf etwaige Fehler überprüft, um in einer Woche bei unserem Kunden in Betrieb zu gehen. 19

20 Literarisches Verzeichnis

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