Dieses Projekt umfasste die embedded Softwareentwicklung für ein funkbasiertes Datenlogger-System nach IEEE 802.15.4 Standard mittels 6LoWPAN Protokoll, welches von der Internet Engineering Task Force (IETF) entwickelt wurde.

Besser kabellos als lose Kabel – das standardisierte Funknetzwerk ermöglicht eine einfache Handhabung der Sensor-Module sowie Kompatibilität für zukünftige Technologien. Sobald sich ein Funksensor in Reichweite des Netzwerks befindet wird er automatisch in dieses eingebunden. Dadurch kann das Netzwerk jederzeit auf einfache Art und Weise durch zusätzliche Module erweitert werden. Diese können im laufenden Betrieb aus dem Netzwerk entfernt und auch außerhalb dessen z.B. in einem Fahrzeug bzw. dessen Laderaum eingesetzt werden. Sobald der Datenlogger wieder in Funkreichweite ist, werden die Messwerte übertragen. Zusätzlich kann durch den Einsatz sogenannter Router-Module die Funkreichweite des Netzwerks für jeden Anwendungsfall angepasst bzw. vergrößert werden.

Zur Umsetzung dieser Anforderungen kommt das open-source Betriebssystem Contiki zum Einsatz, welches das 6LoWPAN Protokoll unterstützt. Dieses Protokoll wurde speziell für stromsparende Funknetzwerke konzipiert um eine lange Systemlaufzeit bei batteriebetriebenen Geräten zu ermöglichen. Das offene Betriebssystem Contiki bietet eine ganze Reihe an Features in Bezug auf das Internet der Dinge an und leistet somit einen großen Beitrag an der Weiterentwicklung und Verbreitung dieser innovativen und modernen Technologie.

Laufende Messung und weltweiter Zugriff – der Datenlogger misst Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck in regelmäßigen Zeitabständen und speichert die Messwerte innerhalb einer Datenbank. Die Datensätze können mittels IPv6 lokal bzw. weltweit abgerufen werden. Weiters können Systemeinstellungen wie z.B. Uhrzeit, Messintervall, usw. über das Webinterface durchgeführt werden.

Folgenden Tätigkeiten wurden im Zuge der Softwareentwicklung umgesetzt:

• Modellierung der Softwarearchitektur des Funkbasierten-Datenloggers
• Entwicklung eines High-Level-Network-Cycles
• Entwicklung eines Diagnoseprozesses zur Systemüberwachung
• Entwicklung einer low-memory-footprint Datenbank für 8-bit Mikrocontoller
• Entwicklung eines low-memory-footprint Dateisystems
• Entwicklung des Logger-Prozesses
• Entwicklung eines Battery-Monitoring-Prozesses
• Programmierung der Netzwerk Ressourcen
• Treiberentwicklung für Temperatur-, Feuchtigkeits- und Drucksensor
• Treiberentwicklung für Echtzeituhr
• Treiberentwicklung für Flash-Memory
• Treiberentwicklung für I²C Bus sowie SPI Schnittstelle

Anwendung findet der Datenlogger in der Industrie bei Messaufbauten die eine große Anzahl an Sensoren erfordern und eine Verkabelung nicht durchgeführt werden kann. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Haustechnik, vor allem zur Überwachung von Temperatur und Feuchtigkeit sowie zur Ferndiagnose von z.B. Störungen der Heizungsanlage. Im Smart-Home Bereich werden diese Sensoren sehr häufig eingesetzt um aktuelle und gespeicherte Messwerte via Handy, Tablet, Laptop oder PC jederzeit weltweit abrufen zu können.

Helligkeit und Distanz für jedes Pixel der Szene werden durch 3D-Time of Flight Kameras in Echtzeit ermittelt. Das System bestehet aus einem Photonic-Mixer-Device (PMD), welches vergleichbar mit dem Bildsensor einer Digitalkamera arbeitet. Die Besonderheit des 3D-Time of Flight (3D-ToF) Systems besteht darin, dass zusätzlich zu den Helligkeitswerten die Distanzen zwischen Kamera und Objekt für jedes Pixel synchron ermittelt werden. Die Szene wird hierfür durch eine modulierte Infrarotlichtquelle beleuchtet. Das IR-Licht wird auf die Objekte innerhalb der Szene abgestrahlt und anschließend zur Kamera zurück reflektiert. Jedes Pixel des PMD verfügt über eine integrierte Elektronik welche im Stande ist die Lichtlaufzeiten für jedes Pixel synchron zu ermitteln und somit die Distanzen zu bestimmen.

Eine Szene liefert zwei Bilder – das schwarz/weiß Bild zeigt die Szene, das Farbbild gibt Aufschluss über die Distanzen zwischen Kamera und den Objekten für jedes Pixel. Hierbei werden weit entfernte Pixel in der Farbe blau und nahe gelegene Pixel rot dargestellt. Die Darstellung des Farbbildes zeigt nicht die Temperatur der Objekte – sie ist nicht mit jener einer Thermokamera zu verwechseln.

Anwendung finden diese Systeme im Bereich der Automobilsensorik zur Erkennung von Hindernissen oder z.B. in der Industrie zur Qualitätskontrolle. Sehr effizient und schnell werden Bestückungskontrollen sowie dreidimensionale Echtzeit-Objektvermessungen durchgeführt.

Im Zuge der Master-Thesis wurde eine Forschungsarbeit zur Evaluierung von Störeinflüssen (Absorptions- und Reflexionsverhalten von unterschiedlichen Materialoberflächen) sowie die Software-Entwicklung einer automatisierten qualitativen und quantitativen Auswertung von  Messabweichungen durchgeführt.

Ausrichtung von bewegten Objekten ist das Kernthema dieses Projekts bei dem Flaschen mit Sichtfensterspalt in Echtzeit so gedreht werden, dass der Spalt immer in die gewünschte Richtung zeigt. Ziel war die Entwicklung einer elektronischen Steuerung welche diese Anforderung in Echtzeit realisiert. Das System besteht aus drei Komponenten, welche Mess- und Steuerdaten über ein Bussystem auf zuverlässige Art und Weise untereinander austauschen. Die Hautpaufgaben dieser Komponenten werden im folgenden Text beschrieben.

1. Eine Industriekamera bildet die einlaufende Flasche ab und ermittelt die aktuelle Lage des Sichtfensterspalts. Diese Daten werden anschließend über eine Ethernet Verbindung zur SPS gesendet.

2. Die speicherprogrammierbare Steuerung empfängt die Daten der Kamera und berechnet daraus den erforderlichen Drehwinkel um die Flasche korrekt auszurichten. Das Ergebnis wird im Anschluss über ein CAN-Bussystem zur Servomotorsteuerung übertragen.

3. Mittels der Servomotorsteuerung wird eine rasche und präzise Drehung der bewegten Flasche durchgeführt.

Anwendung finden Ausrichtungssysteme dieser Art vor allem in der Qualitätssicherung sowie der Produktion und Verpackung der herstellenden Industrie. Hauptaufgabe ist das Vermessen von Kanten, Winkel, Radien, sowie weiteren Merkmalen welches sowohl bei ruhenden als auch bewegten Objekten in Echtzeit durchgeführt wird.

Elektronik spielend erlernen lautet das Motto und vor allem für Elektronik-Einsteiger bieten Roboter für Lehrzwecke eine der am Besten geeigneten Möglichkeiten hierfür. Für dieses Projekt wurde ein Controller-Prototyp entwickelt, welcher bis zu sechs Servomotoren aus dem Bereich der Modellbautechnik ansteuert. Dies erfolgt durch Pulsweitenmodulation welche von der Mikrocontroller Peripherie (PWM-Unit) in Echtzeit durchgeführt wird. Zusätzlich wird der Versorgungsstrom eines jeden Servomotors in Echtzeit mittels Analog/Digital-Konverter überwacht. Hierdurch kann z.B. der Anpressdruck von Greifern bei druckempfindlichen Objekten angepasst bzw. eine Kollision des Roboterarms mit Objekten im Arbeitsbereich erkannt werden. Eine automatisierte Notabschaltung bei Überlast bzw. Kollision verhindert eine Beschädigung der mechanischen Komponenten des Roboters.

Technik zum Greifen benötigt intelligente Software. Hierfür wurde eine Anwendungssoftware entwickelt, die es dem Benutzer ermöglicht die Servomotoren von Hand zu steuern. Die Positionen und Verfahrwege werden gespeichert und können jederzeit vollautomatisch reproduziert werden. Zur Steuerung des Roboters mittels PC oder Laptop wurde ein Protokoll entwickelt, das Positionsdaten, Steuerdaten und Alarmmeldungen zwischen Controller und Anwendungssoftware zuverlässig überträgt. Das Bild zeigt den Greifarm eines Roboters für Lehrzwecke im Betrieb.