Fakultät für Technik Technische Informatik Entwicklung einer Kombinierte Hard-/Software- Schnittstelle zur Anbindung von einfachen Sensoren und

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1 Fakultät für Technik Technische Informatik Entwicklung einer Kombinierte Hard-/Software- Schnittstelle zur Anbindung von einfachen Sensoren und Aktoren als Smarte-Geräte für die Industrie-4.0 Betreuer: Prof. Dr.-Ing.Thomas Greiner Name: Sorel Tiomeguim Matrikelnummer: SoSe

2 INHALTSVERZEICHNIS 1. Kurzbeschreibung Forschungsanlage 2. Projektziele 3. Entwurf 4. Implementierung 5. Integration und Test 6. Offene Arbeiten S.Tiomeguim 2

3 KURZBESCHREIBUNG FORSCHUNGSANLAGE S.Tiomeguim 3

4 KURZBESCHREIBUNG FORSCHUNGSANLAGE Ziele der Forschungsanlage Mini-Forschungsanlage für "Industrie 4.0 Versuchsanlage für neue Architekturen und Algorithmen Machbarkeitsstudien mit Fokus auf der Informationstechnik Demonstrator am Beispiel verfahrenstechnischer Modellprozesse Frei von Technologiealtlasten (Legacy Technologies) Unabhängig von Automatisierungstechnikherstellern Konsequente Nutzung von Informationstechnik z.b. IP-basierte Vernetzung, Mikrocontrollersteuerungen, Highlevel- Programmiersprachen, Cloud-Dienste) Dadurch Ausschöpfen des gesamten Potentials moderner Informationstechnik Durchführung interdisziplinäre Projekt- und Abschlussarbeiten aus den Bereichen Mechatronik, Elektrotechnik und Informatik Nutzung im kooperativen Promotionskolleg Pforzheim- Tübingen (EAES) Quelle: "Kooperatives Promotionskolleg Pforzheim-Tübingen (EAES)" S.Tiomeguim 4

5 KURZBESCHREIBUNG VERSUCHSANLAGE Eigenschaften der Forschungsanlage Rekonfigurierbare verfahrenstechnische Modellprozesse Flexibilität durch Kombination unterschiedlicher Verarbeitungsstufen in Form von Modulboxen Klein, handlich und transportabel (auf Tisch aufstellbar) Grundfläche einer Modulbox entspricht DinA4-Format Extrem billig im Vergleich zu anderen I4.0-Forschungsanlagen (DFKI,Fraunhofer) Modulboxen mit Basisfunktionen (pumpen, mischen, (leicht) erhitzen,filtrieren, Ventile steuern, etc.) Stecksystem: informationstechnisch, elektrisch, elektronisch, hydraulisch Adaptierung verschiedener smarter Sensoren & Aktuatoren Quelle: "Kooperatives Promotionskolleg Pforzheim-Tübingen (EAES)" S.Tiomeguim 5

6 Projektziele Integration der Motorcontrollerbaugruppe in der Forschungsanlage Jeder Modulbox verfügt über eine Ethernut 5 mit I2C Evaluierung von Motorcontrollerbaugruppen I2C-Treiber für Motorcontrollerbaugruppe entwickeln Das Treibermodul soll einfache Schnittstelle haben( init, transmit, receive) Kurz gefasst entwickle ich eine kombinierte Hard-/Software-Schnittstelle um aus einfachen Pumpen und Motoren smarte Geräte für die Industrie-4.0 zu machen. S.Tiomeguim 6

7 ENTWURF Master Ethernut 5 AT91 VDD Rp Rp I2C TWD TWCK I2C Motor Driver Slave1 I2C Temperatursensor Slave 2 S.Tiomeguim 7

8 ENTWURF Evaluierung von Motorcontrollerbaugruppen Eigenschaften I2C Interface Verstellbare Motordrehzahl und Drehrichtung Veränderbare Slave-adresse von der Hardware Default Adresse Adresse stellen I2C Connector S.Tiomeguim 8

9 ENTWURF Eingesetzte Zielhardware Ethernut 5 mit verschieden Merkmalen 32 Bit ARM9-Prozessor vom typ AT91 SAM XE 512 Auf eines Echtzeitbetriebssystem Nut/OS basiert Erweiterungsstecker mit 15 digitalen 3.3 V Ein-/Ausgängen, Sonderfunktionen wie Zähler, USART, SPI, I2C oder PWM Und noch mehr. Entwicklungsumgebung Anwendungen in Programmiersprache C mit Hilfe freier GNU-Tools(Eclipse CPP) Ethernut 5 AT91SAM9XE S.Tiomeguim 9

10 IMPLEMENTIERUNG Eine Schnittstelle, drei Funktionen init Peripherie aktivieren Master Mode aktivieren Clock konfigurieren Interrupts deaktivieren.. Transmit Parameter sla: Slave Adresse von Motorcontrollerbaugrupen oder Temperatursensor *txdata: zeigt auf die Daten zu Übertragen Receive txlen: Maximal Anzahl von Datenbytes zu übertragen Parameter Sla, internal_addr,*rxdata,rxlen S.Tiomeguim 10

11 IMPLEMENTIERUNG I2C-Kommunikation Zwei Arten von Kommunikation sind möglich Schreiben Ein Kommunikation findet immer statt zwischen ein Master und ein Slave. Der Master sendet: Eine Start-Condition Adresse von Slave Nur 7 Bit adressiert der 8.Bit steht für schreiben/lesen Daten Byte Stop-Condition Jeder Byte Übertragung müssen vom Empfänger quittiert werden. S.Tiomeguim 11

12 IMPLEMENTIERUNG Lesen Der Master sendet Eine Start-Condition Adresse von Slave mit Lesen/schreiben Bit Register Nummer wo die Daten ausgelesen werden Noch eine Start-Condition (Repeat Start) Adresse von Slave mit das lesen Bit Daten Byte aus dem Slave auslesen Stop-Condition S.Tiomeguim 12

13 Timing Diagram Daten schreiben Quelle: S.Tiomeguim 13

14 Timing Diagram Daten Lesen Quelle: S.Tiomeguim 14

15 INTEGRATION UND TEST Messung mit logic analyzer saleae txdata[] = {0x01} Transmit(0x0f,txdata,1) S.Tiomeguim 15

16 OFFENE ARBEITEN Weitere Tests Daten empfangen von Temperatursensor Dokumentation S.Tiomeguim 16

17 Vielen Dank! S.Tiomeguim 17

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