Die Aufgabe unserer Diplomarbeit bestand darin, den bestehenden Embedded-Web-Server zu erweitern, so dass dieser für eine industrietaugliche Anwendung eingesetzt werden kann.

• Der Webserver kann nicht nur übers Festnetz, sondern auch über das GSM-Netz erreicht werden.
• Die Konfiguration des Servers erfolgt nicht mehr über Matrixtastatur und LCD-Display, sondern via eine zusätzliche serielle Schnittstelle.
• Ein nichtflüchtiger Speicher (EEPROM) sorgt dafür, dass die Konfigurationsdaten bei einem "Power Off" nicht verloren gehen.
• Eine separate Baugruppe (IO-Modul) enthält je 16 digitale Ein- und Ausgänge, welche sowohl als 5V-I/Os als auch als 24V-I/Os benutzt werden können. Zusätzlich sind 8 der 16 Eingänge analog verwendbar.

Um diese Erweiterungen zu erreichen, mussten wir eine komplette Hardware entwickeln, sowie Änderungen und Ergänzungen in der bestehenden Software vornehmen. Die Hardware besteht aus vier Modulen (Printen), welche folgende wichtige Komponenten enthält:

• Minimodul mit Mikrokontroller C167CR, RAM und Flash-ROM
• Analogmodem MT3334SMI der Firma Multitech
• GSM-Modem A2D der Firma Falcom
• TCP/IP-Protokollstack S7600A von Seiko

Die Software übernimmt folgende Funktionen:

• Initialisierung und Timing des TCP/IP-Bausteins S7600A
• Initialisierung der beiden Modems
• Bereitstellung der WEB-Page, Ablauf des Serverbetriebs
• Benutzerauthentisierung zur Sicherung gegen unberechtigten Zugriff

Die Funktionsfähigkeit des gesamten Systems haben wir mit einer kleinen Anwendung geprüft, somit steht für spezifische Anwendungen auf dem System nichts mehr im Wege.

Aufbauend auf der Projektarbeit "Vernetzung von Mikrocontrollern über Ethernet" wurde in dieser Diplomarbeit ein Protokoll-Stack für die Anschaltung der Baugruppe MCB167-NET (C167 mit Ethernet-Baustein) über Ethernet und über ein Modem entwickelt. Folgende Protokolle wurden in einer für Embedded Systems angepassten Form implementiert:

• Das Point-to-Point Protocol (PPP)
• Das Transmission Control Protocol (TCP)
• Das User Datagram Protocol (UDP)

Zudem wurden die bereits bestehenden Protokolle (ARP, IP, ICMP) teilweise abgeändert und die Schnittstellen zu den neu dazukommenden Protokollen angepasst. Um die Funktionsfähigkeit der Protokolle zu veranschaulichen, wurde ein Webserver aufgesetzt. Das Grundkonzept des Webservers konnte aus einer vorausgehenden Projektarbeit übernommen werden. Die Schnittstellen und einige Funktionen mussten auch hier überarbeitet und angepasst werden. Mit einem Webbrowser ist es möglich, über den Embedded Webserver die Ausgänge auf dem Board zu steuern und zu kontrollieren. Über die Webpage kann zudem Datum und Zeit gesetzt und anschliessend über den Daytime-Dienst (TCP) abgefragt werden. Der Zugriff auf das Board ist entweder per Ethernet oder via analoges Modem möglich.

Die Protokolle wurden soweit implementiert, wie es für ein Embedded System sinnvoll ist und vom Zeitaufwand her möglich war. Da die Baugruppe vorwiegend als Server verwendet wird, sind Funktionen, die der Client benötigt, nicht komplett programmiert worden.

Zielsetzung dieser Diplomarbeit war es, auf der Basis des Kontrollerboards miniMODUL-167 und dem Powerline Interfaceboard PLM-PC-3, die Vernetzung von Embedded Mikrocomputer Systemen über Powerline zu realisieren. Ausserdem war es Teil der Arbeit, eine Einführung in die Powerline-Kommunikation (PLC) zu geben, das Funktionsprinzip mit den verschiedenen Übertragungsarten zu dokumentieren und eine Liste der bereits vorhandenen Powerline-Produkte zusammenzustellen. Folgendes wurde realisiert:

• Layer eins und zwei des Protokolls nach EHS-Norm (European Home Systems Network) ist beinahe vollständig implementiert und funktionstüchtig.
• Die nötigen Hardwareanpassungen und Erweiterungen zur Datenübermittlung zwischen dem Powerline-Modem und dem Mikrocomputer System wurden vorgenommen.
• Layer zwei verfügt über diverse Sicherungsmechanismen wie einer Frame Check Sequence (FCS) und einer Forward Error Correction (FEC), sowie über eine saubere Schnittstelle, die einen einfachen Aufbau der weiteren Layers ermöglicht.
• Bei Laborbedingungen (ähnlich der Netzstruktur eines Einfamilienhauses), wird eine qualitativ hochstehende und zuverlässige Datenübertragung gewährleistet.
• Eine Demonstrationsapplikation (Temperatur-Messsystems)
• Eine Testsoftware, die umfangreiche Tests zum Medium und zu den bestehenden Protokolllayern ermöglicht, wurde entwickelt.
• Eine umfangreiche Dokumentation zum Thema Powerline wurde verfasst, welche eine kurze Einführung ins Thema gibt und auf die Bereiche Übertragungsarten, Störungen und PLC-Produkte detaillierter eingeht.

Die Software musste von Grund auf entwickelt werden. Dabei waren die grössten Schwierigkeiten bei der Einhaltung der CENELEC-Regeln und dem damit zusammenhängenden komplexen Zeitmanagement zu bewältigen. Es steht nun ein PLC-System zur Verfügung, auf dem eine beliebige, im Rahmen der Möglichkeiten des Systems (2.4 kBps) liegende, PLC-Anwendung realisiert werden kann.

Während unserer Diplomarbeit wurde ein System realisiert, mit dem die Positionsdaten mobiler Objekte wie z.B. Autos mit Hilfe eines mobilen GPS-Empfängers geortet werden können. Die Positionsdaten werden in einem SMS via GSM-Funknetz an die Zentrale gesandt. Die Zentrale besteht aus einem PC, auf dem eine Java-Applikation (GPos) die ankommende Positionsdaten empfängt und sie auf einer Karte darstellt. Das Mobilsystem besteht aus einem Mikrokontroller C167, einem GPS- und einem GSM-Modul. Es werden zwei Modi zur Verfügung gestellt: Zum einen können die Positionsdaten periodisch versandt werden, zum anderen kann die Zentrale die Position eines Mobilsystems über das GSM-Funknetz abfragen. In beiden Modi ist es möglich, durch den Benutzer am Mobilsystem ausgelöste Notfall-Positionsdaten an die Zentrale zu schicken.

Wird das System in Betrieb genommen, so arbeiten die beiden Teilsysteme Zentrale und Mobilsystem völlig unabhängig. Das Mobilsystem wird in einem der oben erwähnten Modi betrieben und reagiert entsprechend auf Aktionen der Zentrale oder des Benutzers. Die Zentrale kann jederzeit eingehende Positionsdaten empfangen, sie in einer Datenbank ablegen und nach Bedarf die aktuellen Positionen aller beteiligten Mobilsysteme anzeigen. Die vorliegende Softwarelösung wurde auf 16 Mobilsysteme beschränkt.

Die Programmierung des Kontrollerboards ist in der Hochsprache C geschrieben und kann dank des modularen Aufbaus der einzelnen Programmteile gut erweitert oder modifiziert werden. Die Software der Zentrale wurde als Java-Applikation implementiert. Die Modularisierung wurde dort über Packages und Interfaces gelöst.

Die im Pflichtenheft geforderten Anforderungen konnten erfüllt werden. Das System arbeitet gemäss den Vorgaben korrekt. Eine abschliessende Testreihe wurde durchgeführt, analysiert und die Ergebnisse konnten als korrekt gewertet werden.

Die Diplomarbeit ist die Weiterführung unserer Projektarbeit Monitoring für Verbrennungsmotoren. Die Aufgabe bestand in der Entwicklung eines Boardcomputers, welcher Motoröl-, Kühlwasser-, Aussen- und Innentemperatur, Motordrehzahl, Motoröldruck, sowie die Batteriespannung eines Verbrennungsmotors auf einem Matrixdisplay mit 2*16 Zeichen anzeigt. Jede physikalische Grösse wird einzeln angezeigt, die Umschaltung erfolgt mit einem Drucktaster. Wird der Motor auf herkömmliche Art und Weise überwacht, so ist pro Grösse ein separates Analogmessinstrument erforderlich. Meist müssen diese Messinstrumente ins Armaturenbrett eingebaut werden, was schnell zu Platzproblemen führt. Ausserdem möchten Oldtimerfans das Verbohren des Armaturenbretts vermeiden, um das Fahrzeug im Originalzustand zu belassen. Bei Einbau des von uns entwickelten Boardcomputers müssen lediglich das Display und ein Taster in der Nähe des Armaturenbretts angebracht werden, womit der Installationsaufwand im Fahrgastraum minimiert wird.

Wir entwickelten einen Prozessor- sowie einen Analogprint. Die Layouts beider Leiterplatten wurden von uns erstellt. Der Analogprint wurde komplett "inhouse" gefertigt, die Herstellung der Prozessorprint-Leiterplatte mussten wir aufgrund der vielen Durchkontaktierungen und dünnen Leiterbahnen auswärts geben. Der Analogprint bereitet die Sensor-Signale auf, stellt die Speisung für das ganze System und die Schnittstelle für das Display zur Verfügung. Der Prozessorprint beinhaltet alle für ein Embedded-System notwendigen Komponenten und ist für Analog-Digital Wandlung, Filterung, Umrechnung und Ausgabe der Signale zuständig. Dieser Print kann von der ZHW als universelles EPROM-Board weiterverwendet werden. Das Softwarekonzept der Projektarbeit wurde vollständig geändert. Die Erfassung, Umrechnung, Filterung und Ausgabe der Messwerte erfolgt in definierten Zeitfenstern, gesteuert durch Interrupts. Das System ist in einem Fahrzeug eingebaut und

Die Kommerzialisierung des Internets hat zu einem enormen Wachstum an Datenbeständen beigetragen. Seit dem Jahre 1994 stehen im Internet riesige Datenbanken online zur Verfügung. Dokumente und Bücher aus Bibliotheken, Gemälde und Tondokumente wurden digitalisiert und katalogisiert. In Anlehnung an den Gedanken des Internets, ist es das Ziel, dass diese Dokumente für jedermann zum Abruf bereitstehen sollen.

Diese Diplomarbeit soll einen Beitrag leisten, grosse Mengen von Daten kostengünstig zur Verfügung stellen zu können. Dies wollen wir erreichen, indem wir einem Massenspeicher die Fähigkeit verleihen, via Internet kommunizieren zu können.

Das Konzept sieht vor ein Embedded System zu entwerfen, das grössere Mengen von anfallenden Daten speichern kann im Sinne eines Network Attached Storage (NAT) Systems.

Das System soll die Fähigkeit besitzen, Daten selbstständig zusammentragen zu können, so dass es beispielsweise als Remote Backup Lösung eingesetzt werden kann. Das Device soll zu gegebener Zeit via analogem Telefon-Netz zu einem Datenserver Verbindung aufnehmen und bereitstehende Daten abholen und speichern. Weitere Einsatzmöglichkeiten für das Device bestehen z.B. darin, einen low cost web server zu realisieren.

In dieser Diplomarbeit muss die dazu benötigte Hardware entwickelt und Software geschrieben werden, um die Funktionsfähigkeit aller Komponenten aufzuzeigen.

Wir benutzen einen DS80C320 (8051 Derivat) als CPU. Angeschlossen daran sind 32KByte RAM (Datenspeicher), max. 64KByte ROM (Programmspeicher) und zwei Input/Output-Bausteine 8255 (PIO, Parallel I/O). Über einen PIO werden Festplatten angesteuert (ATA Technologie), über den anderen zwei Modems und ein Keypad. Über einen seriellen I2C-Bus sind direkt am Mikrocontroller noch ein LCD-Display, EEPROM und Real Time Clock angeschlossen.

Die Firma Elag Elektronik AG hat sich seit längerer Zeit mit der Produktelinie "Optimess" einen Namen gemacht. "Optimess" ist ein berührungsloser Laser - Distanzsensor, dessen Messung auf dem Prinzip der Triangulation basiert.

Bis jetzt sind diese Sensoren nur mit einem klassischen Spannungs- oder Stromausgang ausgerüstet worden.

Ziel dieser Arbeit war, den Sensor auch mit einer CAN-Bus-Schnittstelle zu versehen. Der CAN-Bus wurde ursprünglich für die Automobilindustrie entwickelt, findet aber auch immer grössere Verbreitung als Industrie-Feldbus.

Die Schnittstelle wurde mit Hilfe eines modernen Fujitsu 16-Bit-Mikrokontrollers realisiert. Der Controller übernimmt die gesamte Steuerung der Messung, Linearisierung des Messkopfs sowie die Übertragung via CAN Bus.

Zusätzlich wurde auch das höhere, standardisierte Protokoll CANopen implementiert, das eine breite, universelle, standardisierte Funktionalität bietet und zudem am weitesten verbreitet ist.

Eckdaten:

• Messung bis 8kHz
• Messgenauigkeit +/- 0.025%
• Messabstand in diesem Fall: 100mm
• Messbereich in diesem Fall: 16mm
• variable Average-Filterung
• Overflow/ Underflow/ Invalid - Anzeige