Fachhochschule Karlsruhe Hochschule für Technik. Projektarbeit zur Vorlesung: Labor Informationstechnik Studiengang Mechatronik 7.

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1 Fachhochschule Karlsruhe Hochschule für Technik Projektarbeit zur Vorlesung: Labor Informationstechnik Studiengang Mechatronik 7. Semester Projektname: IP- Steuerung Projektteam: Chris Bittighofer Georg Schneider Betreuender Dozent: Prof. J. Walter Start

2 Team Chris Bittighofer Georg Schneider

3 Problemstellung Problemstellung: Es existieren nur wenige technische Lösungen mit welchen Stellglieder über TCP-IP, also das gängige Internet Protocol, bedient und abgefragt werden können. Existierende Lösungen sind meist zu teuer, um sie privat in großer Stückzahl einsetzen zu können. SS 2005

4 Stand der Technik Zur Steuerung von Geräten über das Internet Protocol (IP), gibt es schon mehrere Lösungen. Zur Umsetzung werden netzwerkfähige Mikrokontroller verwendet. Von manchen Herstellern werden auch so genannte TINI's (Tiny InterNet Interface) angeboten. Diese netzwerkfähigen Komponenten ermöglichen die sofortige Aufnahme der Signale und deren Weiterverarbeitung im selben Kontroller oder Modul. Für die Umsetzung gibt es verschiedene Varianten und auch Kontroller von verschiedenen Firmen. Die Lösungen gibt es zum Teil bereits fertig aufgebaut zu kaufen. Diese Lösungen sind aber sehr teuer. Links Allgemein 8Bit Power fürs Internet (Bericht zu DS80C400) Microcontroller with Built-In Ethernet (Bericht zur Umsetzung mit DS80C400) Networked Multimedia Applications (Multimediaanwendungen mit DS80C400) Internet Speaker (Audiostream mit DS80400) Networked Multimedia Applications. pdf Internet Speaker.pdf Beschreibung TCP/IP Protokoll Vorhandene Projekt zum Thema Spannungssteuerung Net-Remote (Informationstechnik SS2002)

5 IR-Steckdoseneinheit (Mikrocomputertechnik SS2004) Mikrokontroller mit Netzwerkfunktionalität Maxim Network Microcontroller DS80C400 (Netzwerk Microcontroller) ATMEL Wireless LAN Network Microcontroller (Zusatzkontroller für WLAN) ATMEL Network Microcontroller (Bauform THUMB schwer zu verbauen) DS80C400.pdf AT76C520.pdf AT91C140.pdf Network Microcontroller Umsetzung Maxim Network Microcontroller Evaluation-Kit (Beschreibung Microcontroller mit Evaluation- Kit) TINI Guide von MAXIM Maxim Network ON/OFF Switch mit DS80C400 (Beschreibung Umsetzung eines ON/OFF Switches mit DS80V400) ATMEL mega Controller als Embedded TCP/IP LAN Controller (Bauvorschlag eines TCP/IP LAN Controllers) Network Microcontroller Lösungen - Embedded TCP/IP (Lösung zum kauf bei ATMEL) oder - Embedded TCP/IP für Steuerung (Lösung mit Relaismodul)

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7 Aufgabenstellung Fachbereich Mechatronik und Naturwissenschaften Veranstaltungen: Dozent: Dokumentation: MT7D52 Labor Informationstechnik Prof. J. Walter Bittighofer Chris, Schneider Georg Datum der Abgabe: Semesterende Sommersemester IP-Steuerung - Aufgabenstellung: Entwicklung eines kompakten und preiswerten Systems, mit welchem Stellglieder in einem LAN (Local Area Network) gesteuert und abgefragt werden können. Die Steuerung sowie die Abfrage soll über TCP-IP (Internet Protocol) durchgeführt werden können.

8 Mindmap Hardware: Zur Umsetzung wird ein netzwerkfähiger Mikrokontroller verwendet, der in Verbindung mit einem Ethernet Transceiver und dem dazugehörigen XFMR-Modul an das Netzwerk angeschlossen werden kann. Zur Speichererweiterung wird ein externer Flash-Speicher und SRAM verbaut. Der Aufbau der Hardware soll in Modulbauweise erfolgen, d.h. alle Ports die nicht benötigt werden, aber für evtl. spätere Erweiterungen noch benötigt werden können, sollen nach außen geführt werden. Die Platine soll über verschiedene Statusanzeigen verfügen, wie für den Betriebszustand (Power, Link Speed, Link Status) und für das Signal (Receive Status). Software: Die Benutzeroberfläche soll in HTML gestaltet werden, um maximalen Komfort zu erreichen. Jeder Kanal soll über diese HTML-Oberfläche einzeln ein- und ausgeschaltete werden können. Des Weiteren sollen alle Kanäle zusammen ein- und ausgeschaltet werden können. Kosten: Um die Kosten so gering wie möglich zu halten, wird soweit wie möglich für den Prototypen auf Produkt-Samples zurückgegriffen.

9 Projektplanung (GANTT-Diagramm) - Sommer Semester - Tätigkeiten März Kalenderwochen April Mai Juni 01. Problemstellung formulieren 02. Aufgabenstellung formulieren 03. Anforderungsliste 04. Black Box 05. Funktionsstruktur 06. Morphologie 07. Nutzwertanalyse 08. Internet- Dokumentation 09. Struktogramm 10. Blockschaltplan 11. Schaltplan (*.scm) 12. Leiterplatten- Layout (*.pcb) 13. Leiterplattenherstellung 14. Leiterplattenbestückung 15. Endmontage Hardware 16. Programmierung 17. Gerätetest 18. Verbesserungen und Weiterentwicklung

10 Anforderungsliste Hochschule für Technik Karlsruhe (FH) Fachbereich Mechatronik und Naturwissenschaften Prof. J. Walter Anforderungsliste für - IP-Steuerung - Labor Informationstechnik MT7 Chris Bittighofer Georg Schneider Auftragsnummer: SS 2005 Organisations- Daten Prozess- Daten Nr. Name: Art Phase Anforderungen F01 J/N Physikalisch-Technische Funktion Modulbauweise (nicht verwendete Anschlüsse auf PINS) F02 J/N netzwerkfähiger Mikrokontroller F03 J/N Galvanische Trennung zwischen Modul und Netzwerk F04 J/N 10BaseT Ethernet Anschluss F05 J/N RS232 Anschluss F06 J/N Benutzerinterface in HTML F07 J/N Steuerung über TCP/IP F08 J/N Nach Initialisierung alle Kanäle aus Mindest- Erfüllung Wert - Daten SOLL- Erfüllung Ideal- Erfüllung Maßeinheit F09 F mögliche zu Steuernde Spannung 5 5 bis 12 bis 230 V F10 F gängige Betriebsspannung 5 5 bis 12 5 V F11 F geringe Stromaufnahme < ma F12 F ausreichende Anzahl der Kanäle pro Modul Stk. F13 F kleine Baugröße 100*50 75*50 50*25 mm*mm F14 W Steuerung über WLAN Technologie (Herstellbarkeit) T01 J/N Leiterplattenentflechtung mit Eagle T02 J/N Mikrokontrollerprogrammierung mit Keil- Software

11 T03 J/N HTML programmierung mit Frontpage T04 J/N Bauteilbestückung von Hand T05 W W01 F Lebensdauer Verwendung von Norm- und Zukaufteilen W02 F Abgabetermin Wirtschaftlichkeit 20. Juni Juni Jahre 10 Jahre T/M/J 20. Juni Juni 2005 W03 F Herstellkosten < W04 J/N Erweiterbar W05 J/N nicht verwendete Anschlüsse auf PINS M01 J/N einfache Bedienung Mensch-Produkt- Beziehungen M02 F Statusanzeige Betriebszustand LED's LED's Display M03 F Statusanzeige Netzwerktätigkeit LED's LED's Display T/M/J Anforderungsarten: J/N - Unbedingt; F - tolerierte Forderungen; W - Wunsch; Konstruktionsphase: P - Prinzip; K - Konzept; E - Entwurf; A Ausarbeitung Namenskürzel der Mitarbeiter: CB = Chris Bittighofer; GS = Georg Schneider Erste Ausgabe vom Ausgabe: Version: 1 Bearbeiter: CB, GS Blatt 1 von 1 Anforderungsliste.doc

12 Black-Box BlackBox.ppt

13 Funktionsstruktur Allgemeine Funktionen (nach Roth): Allgemeine Operatoren Allgemeine Größen Leiten Speichern Wandeln Verknüpfen Stoff Stoff Leiten Stoff Speichern Stoff Wandeln Stoff und Stoff verknüpfen Stoff und Energie verknüpfen Stoff und Nachricht verknüpfen Energie Energie Leiten Energie Speichern Energie Wandeln Energie und Energie verknüpfen Energie und Nachricht verknüpfen Energie und Stoff verknüpfen Nachricht (Signal) Nachricht Leiten Nachricht Speichern Nachricht wandeln Nachricht und Nachricht verknüpfen Nachricht und Stoff verknüpfen Nachricht und Energie verknüpfen Funktionsstruktur.ppt

14 Morphologie Aufgrund des hohen Entwicklungsaufwandes der Schaltplans und des Layouts der zu fertigenden Platine und der enormen Einschränkung der zu verwendbaren Teile wird der übliche Entwicklungsweg an dieser stelle verlassen und bei der Ausarbeitung wieder aufgenommen.

15 Vorteile-Nachteile-Katalog - nicht ausgearbeitet -

16 Lösungsalternativen - nicht ausgearbeitet -

17 Ranking - nicht ausgearbeitet -

18 Verfahrensmatrix Nutzwertanalyse - nicht ausgearbeitet -

19 Ergebnis der Nutzwertanalyse - nicht ausgearbeitet -

20 Ausgewählte Lösung Spannungsversorgung (IP-Steuerung Power-Supply V1.0): Kontrollerplatine (IP-Steuerung Controller V1.0): TOP BOTTOM Bearbeitung: Teilnehmer: Betreut durch: Gruppe IP-Steuerung Chris Bittighofer, Georg Schneider Prof. J. Walter

21 Ausarbeitung Struktogramm Blockschaltbild Portbelegungsplan Schaltplan Layout Quellcode Bedienungsanleitung

22 Struktogramm Noch nicht ausgearbeitet

23 Blockschaltbild Die Blockschaltbilder der einzelnen Bauteile befinden sich in der Datei Blockschaltbild.ppt Blockschaltbild.ppt

24 Portbelegungsplan Aufgelistet sind nur die PORTS, welche von dem Bediener mit Hilfe der nach außen geführten PINS angesteuert werden können. Eingabeeinheit Port Belegung Bemerkung P3.0 IN1 serielle Schnittstelle RS232 RX RST RESET_IN* low active reset über RESET IC als reset auf DS80C400 Ausgabeeinheit Port Belegung Bemerkung P3.1 OUT1 serielle Schnittstelle RS232 TX P5.2 P2 schaltbarer Ausgang P5.3 P3 schaltbarer Ausgang P5.4 P4 schaltbarer Ausgang P5.5 P5 schaltbarer Ausgang P5.6 P6 schaltbarer Ausgang P5.7 P7 schaltbarer Ausgang 4

25 Schaltplan Die Schaltplan-Dateien werden nur auf Anfrage zur Verfügung gestellt.

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28 Layout Die Layout-Dateien werden nur auf Anfrage zur Verfügung gestellt IP-Steuerung-PowerSupply: IP-Steuerung-Controller:

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30 Quellcode Noch nicht ausgearbeitet

31 Bedienungsanleitung Bedienungsanleitung PowerSupply Bedienungsanleitung Controllerplatine (noch nicht verfügbar)

32 Verbesserungen und Weiterentwicklungen Fertigstellen der Controllerplatine: - evtl. Abändern des Layouts - evtl. Änderungen am Schaltplan - fertigstellen der Software - Inbetriebnahme der Steckdosenleiste von IKS - Einbau des Systems in Gehäuse - erstellen der Bedienungsanleitung

33 Linkliste Microcontroller: Dallas Semiconductor/MAXIM Elektronik-Bauteile: WebShop Spoerle Elektronik-Bauteile: Bürklin Leiterplattenersteller: PCB-Pool

34 Anhang Microcontroller: DS80C400 Flash-Memory: AM29LV040B SRAM: M68AW511 Ethernet Transeiver: STE100P

35 Protokolle Jede Projektsitzung wird protokolliert! Protokoll vom Protokoll vom Protokoll vom Protokoll vom Protokoll vom Protokoll vom Datum: Uhrzeit: 14:00 Ort: Teilnehmer: Besprechungspunkte: FH- Karlsruhe Raum LI022 Georg Schneider, Chris Bittighofer Protokollführer: Chris Bittighofer TOP 1: Projektumfang TOP 2: Materialbeschaffung TOP 3: Aufgabenstellung Ergebnisse/ Notizen :

36 TOP 1: TOP 2: TOP 3: Projektziel Mindestanforderung: Steuerung einer LED über LAN, Schalten eines Signals (12V, 5V) über Relais. Wunsch Steuerungsfunktion über WLAN. Informationen über Kontroller und Materialbeschaffung bei Hr. Beck, hat bereits Versuche auf diesem Gebiet durchgeführt. Aufgabenstellung mit Definition des Projektziels geklärt. Aufgaben für nächsten Besprechungstermin: Aufgabenpunkt 1. Aufgabenstellung 2. Mindmap 3. Projektplan (grob) 4. Anforderungsliste 5. Black Box Verantwortlicher Termin Bittighofer, Schneider Bittighofer, Schneider Bittighofer, Schneider Bittighofer, Schneider Bittighofer, Schneider Protokoll vom Datum: Uhrzeit: 14:00 Ort: Teilnehmer: Besprechungspunkte: FH- Karlsruhe Raum LI022 Georg Schneider, Chris Bittighofer Protokollführer: Georg Schneider TOP 1: Web bis Black Box TOP 2: Umsetzung mit DS80C400 TOP 3: Power over Ethernet

37 TOP 4: benötigte Komponenten, Bauform TOP 5: Aufgabenstellung Ergebnisse/ Notizen : TOP 1: TOP 2: TOP 3: TOP 4: TOP 5: Web bis Black Box fertiggestellt, Super! Umsetzung des Projektes mit MAXIM DS80C400 Power over Ethernet statt WLAN verwenden, da so das Netzteil zur Spannungsversorgung des Moduls gespart werden knann. Weitere IC's die benötigt werden sind 3 Spannungswandler und ein externer Flash Speicher. Da die Bauform der Bauteile sehr klein ist, wird die Platine außer Haus gefertigt. Aufgabenstellung präzisiert, statt einfacher LED soll nun des Schild "Aufnahme läuft" eingeschaltet werden können. Aufgaben für nächsten Besprechungstermin: Aufgabenpunkt 1. Blockschaltbild 2. Teile von Schaltplan / Layout 3. Funktionsstruktur Verantwortlicher Termin Bittighofer, Schneider Bittighofer, Schneider Bittighofer, Schneider Protokoll vom Datum: Uhrzeit: 14:00 Ort: FH- Karlsruhe Raum LI022 Protokollführer: Chris Bittighofer

38 Teilnehmer: Georg Schneider, Chris Bittighofer Besprechungspunkte: TOP 1: Verwendete Bauteile TOP 2: Power over Ethernet TOP 3: Weitere Vorgehensweise TOP 4: Blockschaltbild TOP 5: Firmenkontakt Ergebnisse/ Notizen : TOP 1: TOP 2: TOP 3: TOP 4: TOP 5: Evtl. Bauteile verwenden, die Herr Beck auf Lager hat, wenn nicht Firmen direkt anschreiben per . Nachfoschung ob aktuelles LAN in HIT-Labor PoE unterstützt Ab Morphologie auf üblichem Entwicklungsweg aussteigen, und bei Ausarbeitung wieder einsteigen, da Platinenentwicklung sehr aufwendig. Blockschaltbild der Spannungen OK. iks-aqua in Karlsad hat Schaltbare Steckdosenleiste Entwickelt, evtl. Exemplar anfordern und umbauen Aufgaben für nächsten Besprechungstermin: Aufgabenpunkt 1. Blockschaltbild der Busse 2. Schaltplan / Layout fertigstellen 3. Alle teile besorgen Verantwortlicher Termin Bittighofer, Schneider Bittighofer, Schneider Bittighofer, Schneider Protokoll vom

39 Datum: Uhrzeit: 14:00 FH- Karlsruhe Raum Ort: Protokollführer: Georg LI022 Schneider Teilnehmer: Georg Schneider, Chris Bittighofer Besprechungspunkte: TOP 1: Schaltplan / Layout TOP 2: Blockschaltbild TOP 3: Software Ergebnisse/ Notizen : TOP 1: Mit Herrn Beck über Herstellung sprechen, feste Vereinbarung treffen. TOP 2: OK TOP 3: Software parallel zur Leiterplattenherstellung programmieren. Aufgaben für nächsten Besprechungstermin: Aufgabenpunkt Verantwortlicher Termin 1. Schaltplan / Layout kontrollieren Bittighofer, Schneider Leiterplattenherstellung Bittighofer, Schneider Portbelegungsplan / Struktogramm Bittighofer, Schneider Protokoll vom Datum: Uhrzeit: 14:00 FH- Karlsruhe Raum Ort: Protokollführer: Georg LI022 Schneider

40 Teilnehmer: Besprechungspunkte: Georg Schneider, Chris Bittighofer TOP 1: Platine TOP 2: Software TOP 3: Steckdosenleiste Ergebnisse/ Notizen : TOP 1: TOP 2: TOP 3: Platinen sind hergestellt, Rechnung mit Herrn Beck klären Software wird evtl. nicht fertiggestellt, da Zeitrahmen zu knapp Steckdosenleiste entgegengenommen, durch einfaches Ansteuern der PINS am Sub-D 9pol. Stecker können einzelne Steckdosen geschaltet werden. Aufgaben für nächsten Besprechungstermin: Aufgabenpunkt Verantwortlicher Termin 1. Platine Bestücken Bittighofer, Schneider Inbetriebnahme Bittighofer, Schneider Web fertigstellen Bittighofer, Schneider Protokollvorlage