Eingebettete elektronische Systeme zur Integration von Sensorik

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1 Eingebettete elektronische Systeme zur Integration von Sensorik 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen Zukunft und Wachstum durch Innovation und Kooperation Ilmenau, 31. März 2006 PD Dr.-Ing. habil. Hannes Töpfer IMMS ggmbh Tel.: Ehrenbergstraße 27 Fax.: D Ilmenau Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

2 Thematische Einordnung - Schaltungstechnik - System Design - Mechatronik - Modellierung, Simulation, Entwurf, Analyse, Test, Prototyp, Consulting, Dokumentation,... Problematik / Lastenheft des Auftraggebers Forschungsauftrag Industrieauftrag Verbundprojekt... Funkt.Element/ Schaltung Schaltkreis Baugruppe Funktionseinheit Gerät / Anlage komplette, komplexe, kundenspezifische Lösung/Serviceleistung interdisziplinär erarbeitet Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

3 Thematische Einordnung - Schaltungstechnik - System Design - Mechatronik - Modellierung, Simulation, Entwurf, Analyse, Test, Prototyp, Consulting, Dokumentation,... Problematik / Lastenheft des Auftraggebers Forschungsauftrag Industrieauftrag Verbundprojekt... Funkt.Element/ Schaltung Schaltkreis Baugruppe Funktionseinheit Gerät / Anlage komplette, komplexe, kundenspezifische Lösung/Serviceleistung interdisziplinär erarbeitet Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

4 Thematische Einordnung - Schaltungstechnik - System Design - Mechatronik - Modellierung, Simulation, Entwurf, Analyse, Test, Prototyp, Consulting, Dokumentation,... Problematik / Lastenheft des Auftraggebers Forschungsauftrag Industrieauftrag Verbundprojekt... Funkt.Element/ Schaltung Schaltkreis Baugruppe Funktionseinheit Gerät / Anlage komplette, komplexe, kundenspezifische Lösung/Serviceleistung interdisziplinär erarbeitet Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

5 Thematische Einordnung - Schaltungstechnik - System Design - Mechatronik - Modellierung, Simulation, Entwurf, Analyse, Test, Prototyp, Consulting, Dokumentation,... Problematik / Lastenheft des Auftraggebers Forschungsauftrag Industrieauftrag Verbundprojekt... Funkt.Element/ Schaltung Schaltkreis Baugruppe Funktionseinheit Gerät / Anlage komplette, komplexe, kundenspezifische Lösung/Serviceleistung interdisziplinär erarbeitet Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

6 System Design Entwicklung komplexer eingebetteter Systeme: zur Dezentralisierung von Intelligenz schwerpunktmäßige Konzentration der Forschung auf: - embedded Linux für Kommunikation Aktorik Sensorik - drahtlose Nahbereichsnetze - energieautarke Aspekte Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

7 Gliederung Signalverarbeitung digitalisierter Sensorsignale Remote Zugriff auf Sensordaten mit Smart Wireless Communication Devices Komplexe Systeme Sensorvernetzung Übertragung extrahierter Merkmale Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

8 Smarte Sensoren Sensitives Element Messgröße Feuchtigkeit Temperatur Druck... ADC Signalverarbeitung Digitale Signalverarbeitung Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

9 Digitale Signalverarbeitung typische Anwendungen : Temperaturkompensation Linearisierung Offset und Full- Scale Kalibrierung Eliminieren Temperaturdrift Korrektur der Nichtlinearität Anpassung der Ausgangswerte Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

10 Entwurfsablauf algorithmische Ebene MATLAB - Skript Simulink - Modell - Floating Point Simulink - Modell -Fixed Point Simulink - Modell - Xilinx BlockSet Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

11 Entwurfsablauf Logiksynthese Simulink Model Xilinx BlockSet VHDL (ModelSim) Synplify (Synthesis) Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

12 Realisierung IEEE1451- Sensorschnittstelle STIM (Smart Transducer Interface Module) = Bindeglied zwischen Sensor und Netzwerk mehrere Kanäle pro Sensor enthalten elektronische Datenblätter Signalverarbeitung in Kanälen möglich NCAP (Network Capable Application Processor) = Anschluss an übergeordnetes Bussystem (z.b. Ethernet) Applikationssoftware (Auslesen/Verwertung der Daten, Parametrisierung) Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

13 Hardware-Realisierung: linuxbasiertes eingebettetes System Hard- und Software entwickelt im IMMS seit 2000 Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

14 Gliederung Signalverarbeitung digitalisierter Sensorsignale Remote Zugriff auf Sensordaten mit Smart Wireless Communication Devices Komplexe Systeme Sensorvernetzung Übertragung extrahierter Merkmale Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

15 Smart Wireless Communication Devices mit ecos GSM/GPRS, GPS, Bluetooth Applikationsentwicklung Plattformen: NEC V850 SiRFstarIIe Zeevo ZV4xxx Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

16 Gliederung Signalverarbeitung digitalisierter Sensorsignale Remote Zugriff auf Sensordaten mit Smart Wireless Communication Devices Komplexe Systeme Sensorvernetzung Übertragung extrahierter Merkmale Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

17 Common Components Framework (CCFW ) C++ - Framework für Kommunikationsanwendungen Plattform für hardwareunabhängigeapplikationsentwicklung Datenerfassung (Sensorik, GPS) Kommunikation: abstrakt verschiedene Geräte (GSM, TCP/IP,...) Entwicklung im IMMS seit 2005 Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

18 Komplexe vernetzte Sensorsysteme Anwendung: Überwachung von sensiblen Frachtgütern - Datenerfassung - Datenprotokollierung - Datenübermittlung - Ferndiagnose - Fernkonfiguration Ferndiagnose Fahrzeugdaten Fahrzeugpositionsbestimmung Überwachte Größen 60 Eingangskontrolle Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

19 Komplexe vernetzte Sensorsysteme (studentisches Projekt) Messwerterfassung, -aufzeichnung und -übertragung (gemeinsames Projekt mit TU Ilmenau, FG KFT) Erfassung und lokale Speicherung von fahrdynamischen Parametern (z. B. Beschleunigung, Geschwindigkeit, Fahrzeuglage) in Echtzeit Hardware basiert auf FALCOM A4D-XXL (Schnittstellenkarte neuentwickelt) ecos-testfarm Software-Update-over-the-air Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

20 Gliederung Signalverarbeitung digitalisierter Sensorsignale Remote Zugriff auf Sensordaten mit Smart Wireless Communication Devices Komplexe Systeme Sensorvernetzung Übertragung extrahierter Merkmale Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

21 Drahtlose Sensornetzwerke Kompetenzaufbau Design-Kit von Crossbow 8 RFDs (Chipcon RF, AVR Controller) 8 Sensormodule (Temperatur, Beschleunigung, Magnetfeld, Licht, Schall, Speaker) serieller Programmer Ethernet Gateway Atmel JTAG ICE Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

22 Anwendung Sensornetzwerke Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

23 Gliederung Signalverarbeitung digitalisierter Sensorsignale Remote Zugriff auf Sensordaten mit Smart Wireless Communication Devices Komplexe Systeme Sensorvernetzung Übertragung extrahierter Merkmale Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

24 Einsatz zur visuellen Qualitätssicherung Kooperation mit GBS mbh Ilmenau Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März

25 Zusammenfassung Bisheriges Know-How in Vorverarbeitung Schnittstellenanbindung Kommunikation Systemintegration => Anwendungen im Gebäude-Bereich. Hannes Töpfer, 2. Konferenz Sensorik aus Thüringen, Ilmenau, 31. März