Ziel dieser Diplomarbeit war, eine Datenübertragung via Infrarot von einem PC mit Standard-IrDA-Schnittstelle zu einem Zielsystem mit einem Embedded-Prozessor 80C537 zu realisieren. Dazu musste eine Hard- und Software von uns erstellt werden.

Als erstes widmeten wir uns dem Studium der IrDA-Spezifikationen. Diese beschreiben den standardisierten Protokollstack zur Kommunikation zwischen einzelnen Geräten mit Infrarotschnittstellen. Eine Implementation dieses Protokolls auf Zielsystemseite ist nötig, damit mit einem Notebook mit IrDA-Schnittstelle kommuniziert werden kann. Nach einer ersten Woche Protokollstudium und einem Gespräch mit einem Mitarbeiter der Firma Counterpoint, welche professionelle IrDA-Stacks vertreibt, hat sich dann leider herausgestellt, dass die Implementation dieses Protokollstack zu zeitaufwendig ist. Dazu kommt, dass sich die vorhandenen Spezifikationen in sich zum Teil widersprechen.

Die jetzt vorliegende Version dieses lauffähigen Infrarot-Datenüber- tragungssystems basiert auf dem IrDA Physical Layer. Das implementierte Protokoll hat aber nichts mit dem standardisierten IrDA-Protokoll zu tun. Es ist eine Eigenkreation und basiert auf dem bekannten XMODEM-Protokoll.

Da die Aufgabenstellung keine klare Anwendung vorschreibt, haben wir uns selbst etwas ausgedacht. Wir haben uns entschlossen, ein fernsteuerbares Voltmeter zu realisieren, um zu zeigen, dass die eingesetzten Hardwarekomponenten und das von uns selbst entworfene Kommunikationsprotokoll funktionieren. Die Bedienung dieses Messsystems erfolgt vom PC aus. Eine Messung kann gestartet und gestoppt werden. Die Grösse eines Frames, die Messwerte und allfällige Übertragungsfehler werden angezeigt.

Als Softwareentwicklungswerkzeuge kamen für das Zielsystem die KEIL C51-Entwicklungsumgebung und für die Windows-Software Microsoft Visual C++ 5.0 zum Zug.

Das Technikum Winterthur (TWI) bezieht seine Heizenergie von der Fernwärmeversorgung der Stadt Winterthur. Die beiden getrennten Wasserkreisläufe sind über einen Wärmetauscher miteinander gekoppelt. Damit das TWI eine Auswertung des gesamten Heizsystems vornehmen kann, werden die Heizdaten des Wärmezählers, welche über eine serielle Schnittstelle verfügbar sind, durch ein eigenes System registriert. Das vorhandene System für die Heizdatenerfassung musste erneuert werden. Für die Datenaufbereitung wurde im Voraus ein PC-Interface entwickelt.

Das Ziel dieser Diplomarbeit war es nun, eine Software unter Windows NT zu entwickeln. Da einerseits die Daten selbstständig erfasst und archiviert werden müssen und andererseits ein Benutzer mit den vorhandenen Daten visuell arbeiten will, wurde eine Realisierung mit zwei Programmen gewählt.

Der Heizdaten-Manager erfasst die Heizdaten und speichert diese in einem Buffer. Ist der Buffer voll, werden die Datensätze in eine Datenbank abgelegt. Da pro Tag ca. 17000 Datensätze erfasst werden, reduziert der Heizdaten-Manager die Anzahl der Datensätze durch eine Mittelwertbildung über einen gewissen Zeitraum. Für jeden Tag entsteht so eine Datenbank. Damit immer alle Heizdaten erfasst werden, ist die Priorität des Heizdaten-Managers "Realtime". Die verschiedenen Teilaufgaben sind durch einzelne Threads realisiert worden. Das Programm ist eine Taskleistenapplikation.

Ein Benutzer arbeitet normalerweise mit dem Anzeige-Manager. Der Anzeige-Manager enthält verschiedene Ansichten für die Heizdatenauswertung. Das Prozessbild zeigt das Heizungssystem mit den aktuellen Heizdaten, welche über die Pipe vom Heizdaten-Manager geliefert werden. Die Heizdaten können tabellarisch oder grafisch betrachtet werden und es kann auch eine Heizkostenrechnung erstellt werden. Die verschiedenen Ansichten können ausgedruckt werden. Zusätzlich wurde ein Backup-Tool für die Sicherung der Heizdaten realisiert.

Der Zweck meiner Diplomarbeit bestand darin, das im MC-Labor vorhandene Doppelliftmodell über einen CAN-Bus an zu steuern. CAN steht für "Controller Area Network" und ist als serielles Bussystem ein sehr leistungsstarker und störungsunempfindlicher Feldbus. Heutzutage wird er vor allem in der Autoindustrie und vermehrt auch in anderen Gebieten eingesetzt. Der Lift besteht aus zwei Liftschächten mit je fünf Etagen, wobei die Bedienungseinheit der Kabinen mit je einer Konsole modelliert werden. Wie bei einem reellen Lift verfügt das Modell über alle relevanten Elemente wie Anzeigen, Taster Türverriegelung, Kontrollkontakte und Positionsschalter.

Zur Realisierung verwendete ich das MCB-517AC Evaluationsboard mit einem SAE 81C90 CAN-Kontroller von Siemens als Master-Steuerungseinheit und acht SLIOchip-150 von PHYTEC als Slave-Knoten, welche die verschiedenen Sensoren und Aktoren des Liftes bedienen. Die Steuerung wurde mit dem Softwarepaket Keil PK 51 entwickelt und ausschliesslich in der Programmiersprache C geschrieben.

Der Lift ist fertig verdrahtet und an die Slave CAN-Kontroller angeschlossen. Mit dem PCAN-Dongle, einem Master CAN-Knoten zur Anschaltung des CAN-Busses an die parallele Schnittstelle des PC's, war es möglich, die einzelnen SLIO's anzusteuern und deren Funktionen erfolgreich zu testen. Die softwaremässige Initialisierung der CAN-Knoten und des Kontrollers, sowie die Ablaufsteuerung wurden designed und implementiert. Noch fehlt aber eine intelligente Liftzuordnung nach einem Tastendruck auf einem der Stockwerke. Bei der Ansteuerung der SLIO's stiess ich auf etliche Probleme mit der Kommunikation und konnte daher aus Zeitgründen das Programm nicht lauffähig machen.

Ein grosses Bedürfnis jedes Transportunternehmens ist, die ständige Kontrolle über Ladung, Standort und gefahrene Kilometer eines jeden Fahrzeuges zu haben, um dadurch ihre Fahrzeugflotte optimal einsetzen zu können und Leerfahrten zu vermeiden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit haben wir ein solches Flottenmanagement System für die Schweiz entwickelt. Es besteht aus zwei Teilen: Der Basis-Station und der mobilen Einheit.

In jedem Fahrzeug des Transportunternehmens ist eine mobile Einheit installiert. Mittels dem Global Positioning System (GPS) werden laufend die Position, die Geschwindigkeit und die Fahrtrichtung ermittelt. Diese Daten werden nach bestimmten Kriterien gesammelt und gespeichert. In regelmässigen Abständen holt die Basis-Station diese Daten via digitalem Mobilfunknetz (Natel D) ab. Bei einem Unfall wird automatisch die Leitstelle (Basis-Station) verständigt. Dank den übermittelten Positionsdaten kann diese rasch Hilfe organisieren und ein Ersatzfahrzeug aufbieten. Bei Diebstahl eines Fahrzeuges wird dies ebenfalls der Leitstelle gemeldet. Sie hat dann die Möglichkeit das Fahrzeug aufzuspüren, "real time" zu verfolgen und entsprechende Massnahmen einzuleiten.

Die Basis-Station stellt die Positionsdaten aller Fahrzeuge übersichtlich dar und speichert sie für den späteren Gebrauch (Kilometerabrechnung, Streckenoptimierung). Sie steuert und überwacht die gesamte Fahrzeugflotte eines Unternehmens und reagiert auf Notfallsituationen. Dadurch kann sie ihre Fahrzeugflotte optimal einsetzen und auslasten.

In einem weiterführenden Projekt könnte das Austauschen von Meldungen in unser System integriert werden. Die Leitstelle hätte somit die Möglichkeit, den Fahrer über einen neuen Auftrag oder eine Routenänderung zu informieren. Bei Unklarheiten könnte der Fahrer Rücksprache mit der Leitstelle nehmen. Das Einsatzgebiet müsste auf Europa ausgedehnt werden.

Thema der Diplomarbeit ist das mobile Identifikationssystem MOBY der Firma Siemens. Die Arbeit dazu gliedert sich in einen theoretischen, sowie in einen praktischen Teil.

Die grundlegende Idee eines Identifikationssystem ist es, Daten in mobilen Trägern zu speichern. Dadurch können Objekte, an denen sich diese Datenspeicher befinden, identifiziert werden. Der Anwendungsbereich liegt in der Logistik, in der Produktion, sowie in der Verkehrsleittechnik. Im theoretische Teil wurden einige Systeme miteinander verglichen und wissenswertes über das Prinzip der kontaktlosen Datenübertragung zusammengetragen. Im zweiten Teil erfolgte der Aufbau eines Demonstrationsmodells, welches später im Fach Automatisierungstechnik am Technikum Winterthur als Laborversuch dienen soll. Um eine möglichst praxisbezogene Anwendung zu realisieren, wurde eine Produktionsstrasse simuliert, wie sie in der Industrie eingesetzt wird. Dabei werden Datenträger, die an einem zu bearbeitenden Werkstück befestigt sind, von einer Lesestation gelesen. Diese Daten werden zur Bearbeitung an weiteren Arbeitsstationen verwendet, was eine flexible Produktion ermöglicht.

Das Thema unserer Arbeit lautet USB - Universal Serial Bus.Die grössten Computerfirmen Amerikas haben sich ein Herz gefasst und gemeinsam einen neuen Standard geschaffen, um die veraltete serielle PC-Schnittstelle abzulösen. Compaq, DEC, IBM, INTEL, Microsoft, NEC und andere mehr, heissen die Firmen, die den USB lanciert haben und ihr gemeinsames Ziel ist klar:Der USB wird in Zukunft alle Geräte mit niedriger bis mittlerer Datenrate auf dem Schreibtisch mit dem PC verbinden. Dazu gehören Disk, CD-ROM-Laufwerk, Maus, Scanner, Tastatur und Telefon, sowie Joystick und Datenhandschuh.

Der USB ist zur Zeit unserer Diplomarbeit "state of the art". Vorerst noch etwas zögerlich, doch immer massiver wird PC-Peripherie für den USB entwickelt.Obschon der Begriff USB in der gesamten Fachwelt die Runde macht, weiss eigentlich ausser ein paar Entwicklern niemand so genau, was der USB überhaupt ist.Wir haben uns die Aufgabe gestellt, in den Dschungel des USB vorzudringen und eine Gasse zu schlagen. Unser Ziel war es, den Bus zu verstehen und das gesammelte Wissen niederzuschreiben.Unsere Arbeit sollte aber nicht nur theoretisch bleiben. Wir wollten auch ein eigenes USB-Peripheriegerät in Hard- und Software entwickeln.

Es hat sich gezeigt, dass der USB kein einfaches Thema ist. Bücher sind praktisch keine erhältlich und niemand kann wirklich kompetent Auskunft erteilen.Doch wir sind der Meinung, wir haben unsere Aufgabe gut gemeistert. Wir haben einerseits die Grundlagen des USB in eine Form gebracht, die einem Studenten unserer Schule einen effizienten Einstieg ins Thema ermöglicht.Andererseits haben wir ein USB PC Peripheriegerät in Form einer Bedienkonsole entwickelt, welche Daten im sogenannten "Bulk Transfer Modus" überträgt. Unser USB Gerät tut seinen Dienst zuverlässig und wird in Zukunft auch tatsächlich in der Praxis zum Einsatz kommen.

Das Ziel unserer Arbeit ist die Realisation einer Objektverfolgung. Ein autonomes Modellbauauto soll in einem bestimmten Abstand einem farbigen Objekt folgen können. Eine Demoanwendung soll zeigen, in welchem Umfeld das System für weitere Verwendungszwecke eingesetzt werden kann.

Das Fahrzeug wird von einem 68HC11-Prozessor mit Erweiterungsboard (Handyboard) gesteuert. Das Handyboard kommuniziert mit seiner Umgebung via CAN-Bus. Weiter steht eine schwenkbare Kamera und ein Vision System zur Verfügung. Das Vision System verfügt bereits über Funktionen, welche z.B. Position und Grösse eines Objektes bestimmen können. Kamera und Vision System besitzen serielle Schnittstellen für die Kommunikation.

Zunächst wurde ein CAN-Modul entwickelt, dass die Konvertierung von seriellem Datenstrom zu CAN-Datenstrom und umgekehrt erlaubt. Dies war nötig, damit das Handyboard mit Kamera und Vision System kommunizieren konnte. Zu diesem Zweck wurde ein 68HC705-Mikrokontroller verwendet, der bereits über eine Hardware-CAN-Schnittstelle verfügt. Die serielle Schnittstelle haben wir softwaremässig implementiert.In einem weiteren Schritt wurde eine Strategie zur Objektverfolgung entwickelt und auf dem Fahrzeug realisiert. Dies beinhaltete insbesondere die Regelung der Kamera, der Fahrzeuglenkung und des Fahrzeugantriebes. Die Objektdaten werden vom Vision System ans Handyboard gesendet. Dieses muss daraus die notwendigen Stellgrössen errechnen.

Für die Programmierung des CAN-Moduls benützten wir die HIWARE-Entwicklungsumgebung, während die gesamte Regelsoftware auf dem Handyboard in Interactive C entwickelt wurde.Die Programmierung auf dem Handyboard erwies sich als problematisch, da keine Debuggingmöglichkeit vorhanden ist. Ausserdem wurde die Leistungsfähigkeit des Regelsystems durch den Handyboard Prozessor eingeschränkt.

Das vorgegebene Ziel der Objektverfolgung wurde erreicht. Das Fahrzeug ist in der Lage, einem Objekt in einer vorgegebenen Distanz zu folgen.

Im Verfahrenstechnik-Labor der Abteilung für Chemie steht eine SulzerDestillationskolonne, welche aufgrund veralteter Steuerung, sowiepraktisch inexistenter Messdatenerfassung nicht optimal für den Schulbetrieb genützt werden kann.Ziel dieser Diplomarbeit war es, die alten Hardware-Regler durch eine bedienungsfreundliche Softwarelösungauf PC-Basis zu ersetzen. Diese Arbeit sollte zudem die Grundlage für den nächsten Ausbauschritt, nämlichdie Portierung der gesamten Anlagensteuerung und Regelung auf PC, bieten.Zur Programmierung der Regelung und Visualisierung des Prozesses verwendeten wir das Softwarepaket"LabVIEW 5.0" von National Instruments. Als Hardwareschnittstelle zwischen PC und Anlage dienten dieneu eingeführten FieldPoint Module derselben Firma.

Nach dem Erlernen von LabVIEW und der Inbetriebnahme der FieldPoint Module, begannen wir mit demgründlichen Studium der Anlagendokumentation. In einer interdisziplinären Zusammenarbeit mit einemFachmann der Chemie nahmen wir dann die Anlage Schritt für Schritt in Betrieb und entwickeltendadurch das für die Steuerung und Regelung enorm wichtige Prozessverständnis.

Die Hauptschwierigkeiten lagen bei der Realisierung der Messdatenerfassung mit den FieldPoint Modulenund darin, dass die Anlage etliche Defekte aufwies, welche eine Serie von aufwendigen Messungen nötigmachten, um diese zu eruieren und anschliessend beheben zu können.Die sechs Regelkreise (Dampf, Kühlwasser, Vakuum, Feed, Destillat und Blasenniveau) wurden inkl.Sicherheitsfunktionen vollständig auf PC implementiert. Der Benutzer hat nun die Möglichkeitsämtliche Regelparameter sowie Sollwerte am Bildschirm zu ändern. Die Visualisierung wichtigerProzessdaten funktioniert und kann auch ortsunabhängig über eine Homepage im Internet abgerufen werden.