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Im Rahmen eines GPS-Projektes ist an der Fachhochschule Offenburg ein Konzept für einen experimentellen Navigationsempfänger entstanden. Hierfür wurde der digitale Teil entwickelt und aufgebaut. Für die Realisierung der Schaltung sollten benutzerprogrammierbare Gate Arrays von Xilinx (LCAs) verwendet werden, die sich schon bei einer anderen Arbeit an der Fachhochschule bewährt hatten.
Nachfolgend möchte ich dem Leser einen Überblick über das GPS-System und die Entwicklung der LCAs geben.
Die Elektronikindustrie bietet für die Realisierung digitaler Logik eine Vielzahl integrierter Bausteine an, die ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit als auch Integrationsdichte ermöglichen.
Je nach Integrationsdichte unterscheidet man hierbei zwischen Standardlogik (TTL,CMOS,DTL...), programmierbarer Logik (PLA, GAL...), Gate Arrays und ASIC-Bausteinen. Mit steigender Integrationsdichte werden Systemeigenschaften verbessert, wie Leistungsverbrauch, Platzbedarf, und Zuverlässigkeit.
Jedoch steht ihr auch ein stark erhöhter Kosten- und Entwicklungsaufwand gegenüber, der den Einsatz hochintegrierter Bausteine in Einzelfertigung bzw. Kleinserien verhindert.
Xilinx bietet nun mit seiner LCA-Produktreihe (logic cell array) eine Alternative zu bestehender hochintegrierbarer Logik an, mit der es möglich sein soll, Vorteile der genannten Einzelproduktgruppen zu übernehmen, und deren Nachteile zu beseitigen.
Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde ein solcher LCA-Baustein (XC3020) eingesetzt. Anhand der gegebenen konkreten Anwendung konnte hierbei untersuch twerden, wie schnell sich ein solcher Baustein in bestehende Hardware eingliedern läßt, und welche Integrationsdichte er ermöglicht.
Im Folgenden sollen nun als Schwerpunkte das Einsatzgebiet, die Entwicklung und die Simulation des LCA bei vorliegender Aufgabenstellung aufgezeigt werden.
An der FH Offenburg arbeiten seit Ende 1989 in einem Team die Professoren Dr. Jansen, Dr. Schüssele, die wissenschaftlichen Mitarbeiter Bernd Reinke, Martin Jörger und die Diplomanden Hans Fiesel, Otmar Feißt an dem Entwurf eines Nachrichtenempfängers. Im Rahmen dieses Projekts, genannt GPS-Projekt (GPS = Global Positioning System), wurde im Herbst 1990 ein experimenteller Empfänger in Betrieb genommen. Nachdem die Testergebnisse gezeigt hatten,daß das Konzept der Anlage stimmte, ging es nun um die Miniaturisieriung, Integration und Optimierung der Schaltung. Außerdem sollte der bisher verwendete PC durch einen auf der Platine befindlichen Mikroprozessor ersetzt werden. Im Zusammenhang mit dem GPS-Projekt wurden bisher im Offenburger ASIC-Labor eine Analogschaltung auf einem B500, drei LCA Designs und diverse GAL's entwickelt.
Zur Zeit arbeiten mehrere Diplomanden an der zweiten Generation des Empfängers. Meine Aufgabe besteht darin, die dort noch in drei LCA's untergebrachte digitale Logik sowie einen Teil des bisherigen PC-Interface in einem IMS Gate Forrest zu integrieren. Außerdem muß die Logik von 8 Bit auf einen 16 Bit breiten Datenbus umgestellt und an die neue Peripherie des Mikroprozessors angepasst werden. Damit soll die jetzige Digital-Platine noch weiter verkleinert werden. Wesentlich ist dabei die Umsetzung der zahlreichen Zähler- und Registerstrukturen in einem Gate Forrest. Als Arbeitsmittel stehen Apollo Workstations mit Mentor Software zur Verfügung.
Seit einiger Zeit wird an der Fachhochschule in Offenburg ein Entwicklungsprojekt verfolgt, an dessen Ende ein GPS Empfänger stehen soll. Dabei handelt es sich um einen Satellitenempfänger, mit dem weltweit eine genaue dreidimensionale Standortbestimmung durchgeführt werden kann. Für diesen Empfänger sollte ein Großteil der Analogschaltung, bestehend aus ZF Verstärker, Costas Loop Synchrondemodulator und Pegeldetektor, in das Transistorarray B500a von AEG intgriert werden. Das Chipdesign wurde im Labor für ASIC Design an der FH Offenburg während des Wintersemesters 1990/91 erstellt. Gefertigt wurde der Chip von der Firma AEG in Ulm, wobei die Fertigungszeit des ASIC 6 Wochen betragen hat.
Die Fachhochschule Offenburg bietet seit dem Wintersemester 1990/91 den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik das Wahlpflichtfach ASIC-Design an. Schon kurz nach der Errichtung des ASIC-Design-Centers im Frühjahr 1990 ermöglicht sie damit künftigen Ingenieuren eine Ausbildung in einem Bereich, der in der modernen Schaltungsentwicklung nicht mehr wegzudenken ist.
An investigation is underway regarding the usefulness of altazimuth-mounting telescopes' incorporation of laser gyros for pointing and fiber gyros with extremely small random-walk coefficient for telescope inertial stabilization during tracking. A star tracker is expected to help stabilize long-term gyro bias. Gyro and telescope specifications have been derived by means of computer simulations and systems analyses.
Digitaler Phasenreglerkreis mit numerisch gesteuertem Oszillator als LCA-Microcontroller Kombination
(1992)
Am Beispiel einer Schrittmotor-Indexerschaltung wird der effektive Einsatz von konfigurierbaren Logic Cell Arrays in Zusammenwirkung mit einem Mikrokontroller demonstriert, wobei die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des LCAs den Bereich der Schaltung übernimmt und im Regelkreis die arithmetrische Berechnung durchführt. Die Konfiguration des LCA aus dem EPROM des Controllers führt zu einer ungewöhnlichen Flexibilität des Entwurfs und ermöglicht zahlreiche andere Anwendungen mit dieser Architektur.
Die Fachhochschule Offenburg bietet den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik seit Ende 1990 das Wahlfach "Entwicklung integrierter Anwenderschaltkreise (ASIC)" an. Ziel des Wahlfachs ist es, den Studenten Grundkenntnisse im Entwurf eines ASIC's zu vermitteln, und wie im folgenden Beitrag aufgezeigt, die Möglichkeit zu bieten, den gesamten Entwurfszyklus von der Schaltungsentwicklung bis hin zur Fertigungsmaske zu durchlaufen.
Mit zunehmend komplexer werdenden Schaltungen wachsen auch die Anforderungen an die Entwicklung einer entsprechenden Leiterplatte. Mit der BOARD-Station von MENTOR-Graphics können professionelle Leiterplatten entwickelt werden.
Im Rahmen dreier Entwicklungsprojekte an der Fachhochschule Offenburg wurden mehrere aufwendige Layoutentwürfe mit der BOARD-Station in verschiedenen Diplomarbeiten durchgeführt. Im Folgenden wird über die dabei gewonnenen Erfahrungen berichtet.
Erstellen von Hardmakros und Aufbau einer Zellbibliothek unter Verwendung des ES2-Library-Kits
(1993)
Es wird eine Anleitung zur Erstellung von Hardmakros mit der Mentor-Graphics-Software gegeben. Die Hardmakros werden mit Standardzellen aus der ES2-Bibliothek der Firma EUROCHIP aufgebaut. Die Hardmakros werden in eine eigenständige Bibliothek abgelegt und können in neuen Chip-Designs verwendet werden.
Für die Implementation in ASIC's wurde ein kompakter Mikroprozessor-Kernel als Standardzellen-Makro entworfen. Durch konsequenten Einsatz von Hochsprachen und CAE-Werkzeugen (VHDL, Synthese) konnte ein vollständiges Design in nur vier Monaten durchgeführt werden. Der Prozessor wird in einem Testchip erprobt.
A polarization mode dispersion measurement set-up based on a Mach-Zehnder Interferometer was realized. Measurements were carried out on short high-birefringent fibers and on long standard telecommunication single-mode fibers. In order to ensure high accurate results, special emphasis was placed on the evaluation of the interference pattern. The procedure will be described in detail and practical measurement results will be presented.
The prototype of an optical gyro encoder (OGE) has been successfully tested on the NTT telescope in September '93. The OGE consists of a ring laser gyro and a fiber optic gyro with their input axis parallel. The gyro outptu signals are compensated for earth rotation and misalignment and are subsequently integrated to get the angles. An adaptive digital control loop locks the fiber optic gyro to the laser gyro data. Thus the combined output has the precision of the laser gyro and the low noise of the fiber optic gyro. Specifically, the bias stability is better than 2 X 10-3 deg/h, the scale factor accuracy better than 1 ppm, the random walk coefficient better than 5 X 10-4 deg/(root)h and the resolution better than 3 X 10-4 arcsec. The OGE has been mounted in the altitude and in the azimuthy axis of the telescope. The data were compared with the telescope disk encoder data. The test data show that the pointing accuracy is about 1 arcsec and the tracking accuracy 0.1 arcsec over a time of 30 seconds. This accuracy is sufficient for the very large telescope, for instance.
This paper treats the Brillouin backscattering in a single mode optical fiber and its implications on the Brillouin Ring Laser Gyroscope (BRLG). The BRLG consists of a fiber ring cavity in which stimulated Brillouin scattering is induced and provides two resonant counterpropagating backscattered waves. If this cavity is rotating around its axis, the backscattered waves get different resonant frequencies because of the Sagnac effect. The frequency difference is proportional to the rotation rate (Omega) by inducing a frequency offset between the counterpropagating waves. Some reported Brillouin spectra exhibit several peaks, which means that one pump wave provides at least two backscattered waves with distinguishable frequencies. In order to understand this multi-backscattering and to take advantage of it for the BRLG, we present results of a simulation of the Brillouin backscattering in a single mode optical fiber.
An der Fachhochschule Offenburg wurde im Sept. 93 das Projekt eines implantierbaren 16 Bit Mikroprozessor-Kernels FHOP ins Leben gerufen. Ausgehend von dem in einem Testchip erfolgreich erprobten umstrukturierten Entwurf wurde durch gezielten Einsatz von strukturiertem Routen unter Nutzung der Fähigkeiten zum hierarchischen Arbeiten in der MENTOR-IC-Station eine erheblich verkleinerte und flächenmäßig optimierte Struktur abgeleitet, die sich mit 4 Quadratmilimetern Fläche durchaus mit kommerziellen Mikroprozessor-Kerneln vergleichen läßt.
FHOP-Mikroprozessor-Kernel
(1995)
Die Geschäftsleitung und Führungskräfte von Eller Repro+Druck beschlossen im Juli 1994 die Teilnahme am damls noch neuen EU-Öko-Audit. Die Durchführung des Audits ist für 1996 geplant. Zwei Diplomanden der FH Offenburg wurde die Möglichkeit gegeben, als externe Berater für Eller Repro+Druck ihre Diplomarbeit über die Vorbereitung zum Öko-Audit zu schreiben. Der Betrieb (170 Mitarbeiter) verfügt über elektronische Bildverarbeitung auf Scitex- und Mac-Schiene, derzeit noch konventionelle Plattenkopie und -entwicklung, fünf Offsetrotationen sowie Weiterverarbeitung mit Sammelheftern und Falzmaschinen. Der Referent berichtet über die Erfahrungen, die sein Unternehmen bis zum Herbst 1995 mit der Vorbereitung zum Öko-Audit gemacht hat, und gibt Praxistips. Zusammen mit den Beratern wurden eine Aufnahme der betrieblichen Situation durchgeführt, Maßnahmen geplant und zum Teil durchgeführt.
Nach dem Nachweis der Funktionalität des an der Fachhochschule Offenburg entwickelten Mikroprozessorkernels FHOP (First Homemade Operational Processor), wird eine Anwendung des Kernels in einem Applikationschip beschrieben.
Der Thermologger-ASIC soll mit Hilfe eines Temperatursensors die Umgebungstemperatur bei technischen Prozessen in regelmäßigen Zeitabständen erfassen und abspeichern. Die Meßwerte werden bei Bedarf ber eine serielle Schnittstelle des Thermologger-ASICs an einen PC übertragen und ausgewertet. Zur Verringerung der Leistungsaufnahme wird zwischen zwei Temperaturmessungen in einen Power-Down-Mode geschaltet.
Der ASIC soll später in einer Chipkarte integriert werden.
Im Frühjahr 1995 entstand die Idee, einen Lottozahlengenerator als Demonstrations- und Studienobjekt, für die Anwendung komplexer digitaler Entwurfsmethoden, zu entwerfen. Mit Hilfe der Schaltung ist es möglich, 6 verschiedene Zahlen zufällig aus 49 Zahlen zu ermitteln. Bei der Ziehung der einzelnen Zahlen werden verschiedene Töne und Melodien erzeugt. Die Schaltung ist so konzipiert, daß eine einfache Bedienung möglich ist. Der Chip wurde als Standardzellen-Entwurf mit einer Fläche von ca. 7 um² geroutet.
Als Fortsetzung des FHOP-Projektes wurde an der Fachhochschule Offenburg auf Basis des bestehenden Mikroprozessorkerns im Rahmen einer Diplomarbeit ein Mikrocontroller in ES2-0.7 μm-Technologie entworfen. Der Controller wurde modular aufgebaut mit den Komponenten: FHOP-Mikroprozessor, Buscontroller, Waitstate-Chipselect-Einheit, 16x16 Bit Multiplizierer, 2KB ROM, 256 Byte RAM, Watchdog, PIO mit 16 konfigurierbaren Ports, SIO, 2 Timer und ein Interruptcontroller für 8 Interrputquellen.
Der Chip benötigt bei einer Komplexität von ca. 65400 Transistoren eine Siliziumfläche von etwa 27 mm². Er wurde im September 1996 zur Fertigung gegeben und mittlerweile erfolgreich getestet. Das interne ROM des Mikrocontrollers enthält das BIOS sowie ein Testprogramm. Zur Erstellung der Software steht eine komplette Entwicklungsumgebung zur Verfügung. Sämtliche Komponenten stehen im FHOP-Design-Kit in Kürze zur Verfügung.
Im Institut für angewandte Forschung (IAF) der FH Offenburg wird derzeit eine Chipkarte entwickelt, mit der Temperaturzeitreihen über längere Zeiträume aufgezeichnet werden können. Die zur Datenerfassung erforderlichen Systemkomponenten sind auf nur einem Halbleiterchip zusammengefaßt, wodurch sich bei großen Produktionsstückzahlen ein sehr niedriger Herstellpreis erzielen läßt. Die 'Thermologger' genannte Chipkarte kann zudem mit Standard-Chipkartenlesern und einer dedizierten Software auf jedem PC konfiguriert, gelesen und ausgewertet werden.
Bei modernen Lokomotiven mit Drehstrom-Asynchronmotoren und mit bis zu 7 Megawatt Leistung, neigt das Antriebssystem bei nicht ausreichendem Kraftschluß zwischen Treibradsatz und Schiene zum 'Durchdrehen'. Bei diesem Vorgang wird nahezu die gesamte Energie zur Beschleunigung des Radsatzes eingesetzt, was zu mechanischen Schäden an den Rädern und Schienen führen kann. Beim Bremsen ist dies ähnlich, die Räder gleiten auf den Schienen, wenn zuviel Bremskraft gefordert wird. Die übertragbaren Zug- und Bremskräfte werden primär durch die Radsatzlast und den Kraftschlußbeiwert bestimmt, wobei der Verlauf der Kraftschlußkennlinie als Funktion des Schlupfs oder der Schlupfgeschwindigkeit im wesentlichen durch den Schienenzustand (naß oder trocken) bestimmt wird. Eine hohe Kraftschlußnutzung wird dann erreicht, wenn man laufend denjenigen Schlupfwert einstellt, der zum jeweiligen Kraftschlußmaximum führt. Hierzu werden in der Praxis verschiedene Konzepte und Methoden eingesetzt, es ist bis heute jedoch keine Methode bekannt, den Verlauf der Kraftschlußkennlinie meßtechnisch laufend zu erfassen oder rechentechnisch zu bestimmen. Bei der hier vorgestellten Vorgehensweise wurde der mechanische Antrieb zusammen mit dem Rad-Schiene-Kontakt als Zustandsraumodell beschrieben. Die Betrachtungen beruhen dann auf einer Frequenzganguntersuchung des eingeführten linearen Zustandsraummodells. Aufgrund der Linearisierung gelten die Ergebnisse der Frequenzgangsberechnung nur für den jeweiligen Betriebspunkt der Kraftschlußkennlinie, also für eine bestimmte Steigung. Variiert man nun die Steigung, so läßt sich der Einfluß der nichtlinearen Kraftschlußkennlinien ermitteln. Zur Messung von Frequenzgängen eignen sich insbesondere Verfahren der Orthogonalen Korrelation. Die technische Realisierung wird skizziert. Die Meßinformation ist dann die Basis für eine Regelung, die ein permanentes optimales Fahren im Kraftschlußmaximum zuläßt und zwar beim Beschleunigen und beim Bremsen. Das beschriebene Meß- und Regelungsverfahren ist derzeit in der Schweiz in der Betriebserprobung.
Die hochfrequente, feldnumerische Analyse mit der Finite-Differenzen Methode erfordert die Diskretisierung der zu untersuchenden Struktur in einem nichtäquidistanten Gitter. Vorschriften zur Diskretisierung kreiszylindrischer Strukturen wie sie z.B. bei Durchkontaktierungen auftreten, werden untersucht und eine optimierte Lösung vorgestellt.
Virtual-Reality-Darstellung elektromagnetischer Felder in dreidimensionalen Mikrowellenstrukturen
(2000)
Untersuchungen haben gezeigt, daß der Mensch ein Vielfaches an Informationen in Form von visuellen Eindrücken, im Gegensatz zur textuellen Darstellung, verarbeiten kann. Mit Hilfe des numerischen Feld-Simulationsprogramms F3D können Mikrowellenstrukturen auf die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern untersucht werden. Das Programm F3D2VRML stellt die Ergebnisse in einer dreidimensionalen Virtual-Reality-Darstellung (VR) dar.
Damit ist es dem Betrachter möglich, mehr Informationen aufzunehmen, da die Informationen mit Formen und Farben im dreidimensionalen Raum visualisiert werden.
Die Verarbeitung analoger Signale durch digitale Techniken ist durch die enorme Leistungsfähigkeit der Prozessoren zwischenzeitlich zum Standard geworden. Eine hinreichende Genauigkeit der digitalen Verarbeitung kann durch Wahl der notwendigen Wortbreite relativ einfach bewerkstelligt werden, wobei der Aufwand mit zunehmender Wortbreite linear, teilweise auch quadratisch steigt. Zum Flaschenhals in der Verarbeitung wird aber häufig die Wandlung der analog vorliegenden Signale in digitale Signale, ebenso die Rückwandlung der digitalen Signale in analoge Spannungs- oder Stromverläufe. Der Aufwand für diese teils analogen, teils digitalen Systeme steigt oft exponentiell mit der geforderten Genauigkeit bzw. Auflösung der Systeme und erfordert in konventioneller Technik bei hoher Auflösung aufwendige Maßnahmen auf dem Chip. Oversampling- und Rauschfärbungs-Methoden sind in der Verarbeitung von Audio-Signalen schon seit langem probate Mittel, um die Auflösung mit moderatem Aufwand zu erhöhen. Derartige Techniken werden zwischenzeitlich auch gerne im Bereich der Antriebstechnik, wo die Anforderungen an die erforderliche Positioniergenauigkeit zunehmen, eingesetzt. Ziel des Vortrags ist eine leicht verständliche Einführung in die Themengebiete der Überabtastung und der Rauschfärbung und ihre Anwendung im Hinblick auf Rundungsvorgänge im digitalen Bereich, in D/A-Wandlern und A/D-Wandlern vom Delta-Sigma-Typ.
The importance of obtaining simultaneous particle size and concentration values has grown up with continuing discussion of the health effects, of internal combustion engine generated particulate emissions and in particular of Diesel soot emissions. In the present work an aerosol measurement system is described that delivers information about particle size and concentration directly from the undiluted exhaust gas.
Using three laser diodes of different wavelengths which form one parallel light beam, each spectral attenuation is analysed by a single detector and the particle diameter and concentration is evaluated by the use of the Mie theory and shown on-line at a frequency of 1 Hz. The system includes an optical long-path-cell (White principle) with an adjustable path length from 2.5 to 15 m, which allows the analysis within a broad concentration range.
On-line measurements of the particulate emissions in the hot, undiluted exhaust of Diesel engines are presented under stationary and transient engine’s load conditions. Mean particle diameters well below 100 nm are detected for modern Diesel engines. The measured particle concentration corresponds excellently with the traditional gravimetrical measurements of the diluted exhaust. Additionally, measurements of particle emissions (mostly condensed hydricarbons) from a two-stroke engine are presented and discussed.
iSign - internet based simulation of guided wave propagation - ist eine Lernumgebung für Online-Laborversuche. Die Client-Serverarchitektur nutzt server-seitig das Tool F3D, das elektromagnetische Felder in 3D-Strukturen berechnet. Ein Apache-Webserver (unter Linux) bedient den Theorie-/Aufgaben-Teil und die Lernsystemadministration. Ein HPUX Simulationsserver steuert und kontrolliert den mehrstufigen Simulationsvorgang. Eine MySQL-Datenbank erlaubt dynmaische Webseiten-Generierung und Simulations-, Projekt- und Userdatenhaltung. Java-Applets, JavaServer Pages und JavaBeans erzeugen die interaktive Client-Oberfläche zur Eingabe, Ergebnisdarstellung und für Online-Virtual Reality. Die einheitlich gestaltete Benutzeroberfläche verbirgt die Systemkomplexität.
Ein neuer Ansatz wurde für mobile Roboter zur gleichzeitigen 3D (Drei-Dimensionaler) Kartierung und Lokalisierung vorgestellt. Die Grundlage bilden attributierte Flächenmodelle, die z.B. von segmentierten Laserscanner-Tiefenbildern stammen. Zur Optimierung der Gesamtähnlichkeit zwischen Flächenmodellen unter Zeitbedingungen werden mehrere Verfahren (Beschränkte Baumsuche, Iterative Verfeinerung, Evolutionäralgorithmus) kombiniert. Es wird speziell anhand der Ähnlichkeitsmaße gezeigt, wie das Wissen über die Lage stufenweise generiert und verwendet wird. Erste Messungen an realen segmentierten Tiefenbildfolgen zeigen, dass das Verfahren unbekannte übelappung, Verdeckung und Segmentierungsfehler toleriert sowie Echtzeitpotenzial besitzt.
In dieser Arbeit wurde eine USB-Schnittstelle für ein bestehendes Mikrocontroller System FHOP realisiert. Im aktuellen Stand funktioniert das Design zuverlässig in Low Speed Konfiguration. Im Full Speed gibt es noch einige Schwierigkeiten, denn die Kommunikation bricht nach einigen Paket-Transfers zusammen. Durch das Emulieren des Designs auf FPGA wurde die Funktion nachgewiesen. Die nächste Aufgabe wird sein, die Hardware zu optimieren, damit das USB-Modul auch im Full Speed zuverlässig funktioniert. Zusätzlich wird die Software auf der PC Seite optimiert, um höhere Übertragungsraten zu erzielen.
An der Fachhochschule Offenburg wird der Design-Kit FHO_MTC_CMOS_035_v1.0 erstellt. Mit Hilfe dieses Kits lassen sich Designs in der AMI O.35 Mikrometer Technologie entwerfen. Alle durchgeführten Arbeiten werden durch den Entwurf eines Lottozahlengenerator-Chips verifiziert, der gefertigt wird. Damit sind alle wesentlichen Schritte bekannt, die für die Aufbereitung eines Design-Kits für beliebige Technologien für die Mentor-Tools erforderlich sind. Der Design-Kit wird für alle MPC-Mitglieder freigegen, die eine NDA für AMI bei Europractice unterzeichnet haben.
Nowadays the processing power of mobile phones, smartphones and PDAs is increasing as well as the transmission bandwidth. Nevertheless there is still the need to reduce the content and the need of processing the data. We discuss the proposals and solutions for dynamic reduction of the transmitted content. For that, device specific properties are taken into account, as much as for the aim to reduce the need of processing power at the client side to be able to display the 3D (virtual reality) data. Therefore, well known technologies, e.g. data compression are combined with new developed ideas to reach the goal of adaptive content transmission. To achieve a device dependant reduction of processing power the data have to be preprocessed at the server side or the server even has to take over functionality of weak mobile devices.
The iSign project started in 2000 as a web-based laboratory setting for students of electrical engineering. In the meantime it has broadened into a heterogeneous learning environment offering learning material, adaptive user settings and access to a simulation tool. All these offerings can be accessed via web and wireless by different clients, such as PCs, PDAs and mobile phones. User adaptive systems offer unique and personalised environment for every learner and therefore are a very important aspect of modern e-learning systems. The iSign project aims to personalise the content structure based on the learner's behaviour, content pattern, policies, and system environment. The second aspect of the recent research and development within this project is the generation of suitable content and presentation for different clients. This generation is based additionally on the user preferences in order to obtain the desirable presentation for a given device. New, valuable features are added to the mobile application, empowering the user not only to control the simulation process with his mobile device but also to input data, view the simulation's output and evaluate the results. Experiences with students have helped to improve functionality and look-and-feel whilst using the iSign system. Our goal is to provide unconstrained, continuous and personalised access to the laboratory settings and learning material everywhere and at anytime with different devices.
This paper explores the potential of an m-learning environment by introducing the concept of mLab, a remote laboratory environment accessible through the use of handheld devices.
We are aiming to enhance the existing e-learning platform and internet-assisted laboratory settings, where students are offered in-depth tutoring, by providing compact tuition and tools for controlling simulations that are made available to learners via handheld devices. In this way, students are empowered by having access totheir simulations from any place and at any time.
The Division Industrial Chemistry of the Swiss Chemical Society organizes periodically a two-day event for the post-graduate education of its members. This event is known as the Freiburger Symposium. This year it focussed on sustainable chemical production. The twelve talks covered the following aspects: ethical needs for sustainability standards, the required, attained, and yet to be attained sustainability goals in chemical industry. Diverse case studies showed the highly developed awareness about the sustainability issue within the chemical community.
The establishment of a software tool chain among requirements management tools, black box test approach tool CTE XL and RTRT is proposed in this paper. The use of Classification Tree Method ensures the reduction in the number of test cases and promises an increased efficiency when testing. The traceability of test cases and requirements is guaranteed by the established software tool chain with well defined interfaces. As the experimental results point out, a better test coverage can be achieved. Future work can be based on automatic generation of init and expected values for testing, requiring no interference from a software quality engineer. In conclusion, the tasks that need to be performed by the software quality engineers is to define the black box test cases using CTM/CTE XL, import the requirements from the requirements management tools, import the XML file to test tool RTRT. By giving the initial and expected values the testing can be performed in a comfortable way.
Das fortwährende Streben nach Steigerung der Genauigkeit und Effizienz von industriellen Bearbeitungs- und Prüfprozessen führt bei elektrischen Antrieben zu immer höheren Forderungen an ihre dynamischen Eigenschaften. Hierbei kommt dem Stromregelkreis als dem am weitesten unterlagerten Regelkreis eines elektrischen Antriebs eine entscheidende Bedeutung zu. Mit zunehmender Dynamikerhöhung des Stromregelkreises treten jedoch aufgrund von Parameterunsicherheiten und von Messfehlem immer deutlicher Probleme der Regelkreisrobustheit und der Geräuschemission in den Vordergrund, die es oft nicht gestatten, die theoretisch erhaltenen Lösungen in vollem Umfang zu realisieren. Gegenüber der optimalen Lösung müssen dann Abstriche hinsichtlich der erreichbaren Dynamik gemacht werden. Wie diese Abstriche durch das Ausschöpfen verborgener Freiheitsgrade reduziert werden können, wird im vorliegenden Beitrag gezeigt. Als Lösungsansatz wird hierfür ein achsenunsymmetrischer Statorstromzustandsregler gewählt, der es erlaubt, in der d- und q-Achse eine unterschiedliche Dynamik einzustellen. Hierbei wird zunächst im Kapitel 2 ein kurzer Überblick über die Entwicklungsgeschichte und den Stand der Technik von pulsweitenmodulierten Stromregelverfahren für Drehstromantriebe in den zurückliegenden Jahrzehnten gegeben. Anschließend wird am Beispiel einer frequenzumrichtergespeisten Asynchronmaschine das zeitdiskrete Modell der Statorstromregelstrecke vorgestellt, das dem hier erläuterten Verfahren zugrunde liegt. Wegen des Zusammenhangs zwischen Dynamikerhöhung und Empfindlichkeitszunahme ist es naheliegend, die Dynamik des Statorstromregelkreises nur so weit zu steigern, wie es erforderlich ist. Diesbezüglich ist insbesondere zu gewährleisten, dass ein angefordertes Drehmoment möglichst schnellst eingeprägt wird. Die Änderungsgeschwindigkeit des Flusses spielt hingegen eine untergeordnetere Rolle. Demzufolge sollte die drehmomentbildende Statorstrom-q-Komponente in der Praxis eine höhere Dynamik aufweisen als die flussbildende Statorstrom-d-Komponente. Um hierbei die aufwändige reelle Rechnung so weit wie möglich zu vermeiden, wird der Reglerentwurf in zwei Schritten durchgeführt. Im ersten Schritt wird ein schiefsymmetrisches, komplex beschreibbares Regelgesetz entworfen, das zwar zu einer möglichst einfachen Darstellbarkeit des geschlossenen Statorstromregelkreises führt, das jedoch noch nicht die endgültige Dynamik zur Folge haben muss. Insbesondere muss nach Abschluss dieses ZwischenSchritts bereits eine vollständige Entkopplung der d- und der q-Komponente des Statorstromraumzeigers vollzogen sein. Im zweiten Schritt wird dann ein weiterer Regler entworfen, der auf der Grundlage des im ersten Schritt erhaltenen entkoppelten Systems jeder Stromkomponente eine separate Dynamik zuweisen kann. Die Verkettung beider Teilregler führt schließlich zum gesuchten Statorstromregler, der zum einen relativ einfach berechenbar ist und der zum anderen alle an ihn gestellten Dynamikanforderungen erfüllt. Im vierten Kapitel wird schließlich der Entwurf des achsenunsymmetrischen Statorstromzustandsreglers skizziert und die daraus hervorgehenden Regelalgorithmen vorgestellt. Die Leistungsfähigkeit des beschriebenen Zustandsreglers wird anhand von aufgenommenen Zeitverläufen eines Laborantriebs demonstriert, mit dem der Drehmomentverlauf von Verbrennungsmotoren nachgebildet wird.
Nowadays the processing power of mobile phones, Smart phones and PDA is increasing, as well as the transmission bandwidth. Nevertheless there is still the need to reduce the content and the need of processing the data. Proposals and solutions for dynamic reduction of the transmitted content will be discussed. For that, device specific properties will be taken into account, aiming at reducing the need of processing power at the client side to display the 3D Virtual Reality data. Therefore, well known technologies like data compression are combined with new approaches to achieve the goal of adaptive content transmission. For device dependant reduction of processing power the data has to be pre-processed at the server side or the server itself has to take over functionality of weak mobile devices.
Electronic pills, smart capsules or miniaturized microsystems swallowed by human beings or animals for various biomedical and diagnostic applications are growing rapidly in the last years. This paper searched out the important existing electronic pills in the market and prototypes in research centers. Further objective of this research is to develop a technology platform with enhanced feature to cover the drawback of most
capsules. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. It consists additionally to a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA.
A platform of an electronic capsule is being developed for multi-task medical assistant application. It includes a near field telemetry unit for bidirectional communication system of 115 KHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The system triggers an actuator for drug delivery in various time and release forms via wireless external control, it has the ability to record temperature, measure pH of the body (additional sensors), and retrieve data to the outside. It consists of a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA. A final layout of the complete chip design is still under progress.
A new electronic capsule with bidirectional communication system is being developed for multi-task application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. It consists additionally to a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA. A final layout of the complete chip design is still under progress.
A new, small, and optimized for low power processor core named SIRIUS has been developed, simulated, synthesized to a netlist and verified. From this netlist, containing only primitives like gates and flip-flops, a mapping to an ASIC - or FPGA technology can easily be done with existing synthesizer tools, allowing very complex SOC designs with several blocks. Emulation via FPGA can be done on already simple setups and cheap hardware because of the small core size. The performance is estimated 50 MIPS on Cyclone II FPGA and about 100 MIPS on a 0.35 CMOS 5M2P technology with 4197 primitives used for the core, including a 16 x 16 multiplier. An example design of the ASIC for an electronic ePille device currently in development is shown.
To provide proper solutions to the problem of device dependant content delivery, a fine categorization of the application target devices is needed. Earlier attempts provided two different presentations for desktop and mobile platforms. The mobile platform presentation was divided into three categories, based on a general classification (PDA, Smartphone or mobile phone). In order to improve the on mobile device presentation a finer categorization is introduced. In this paper, our focus is to clarify the concept of this more flexible presentation module, in which the delivered content depends on the efficiency of the device based on a selected set of capabilities.
A new miniaturized capsule with 32bit processor and bidirectional communication system is being developed for multitask application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. The processor core SIRIUS has been developed, simulated, synthesized to a netlist and verified. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25 mm. The system is designed, simulated, emulated on FPGA, and routed in AMIS Technology.
Den Hauptbestandteil des Operationssystems stellt der Zugriff auf SD-Karten mit dem Dateisystem FAT16 von Microsoft dar. Für die Bedienung wurde ein Kommandozeileninterpreter implementiert. Als Ein- und Ausgabegerät dient ein PC mit einem speziellen Terminalprogramm, welcher über USB mit dem Emulationsboard des SIRIUS Softcores verbunden ist. Das System wird über die Eingabe von Befehlen am Terminal gesteuert.
Der SIRIUS Softcore kann nur vom Flash des Emulationsboards booten. Da das Betriebssystem selbst jedoch auf der SD-Karte gespeichert werden soll, ist ein Basis-Betriebssystem erforderlich, welches im Flash abgelegt ist. Das Basis-Betriebssystem lädt gleich nach dem Start das eigentliche Betriebssystem von der SD-Karte. Falls jedoch keine SD-Karte gesteckt ist, ermöglicht das Basis-Betriebssystem mit einem Kommandozeileninterpreter einige Grundfunktionen.
RFID- Frontend ISO 15693
(2008)
A new approach of continuous phase QPSK Band-Pass modulation technique is being developed as enhancement to the QPSK modulation scheme for inductive data transmission (NFC). The modulation is based on Gaussian filtering of the phase transition from one state to the other rather than discontinuity in phase shift. The carrier is based on low frequency 115 KHz suitable for human body energy penetration due to its large skin-depth and lower inductive power attenuation. The complete signal processing is done digitally, external coil and capacitor is used for transceiver interface. The telemetry assists a smart pill swallowed by human being to trigger an actuator for drug delivery, record temperature, or perform diagnostic task inside the body. The smart pill includes 32bit processor, 16 Kbyte memory, temperature sensor, telemetry unit, and additional external peripheries. The complete system is designed, embedded in one SoC, and realized on ASIC with chip-area less than 14 mm<sup>2</sup>.
A theoretical description is given for the propagation of surface acoustic wave pulses in anisotropic elastic media subject to the influence of nonlinearity. On the basis of nonlinear elasticity theory, an evolution equation is presented for the surface slope or the longitudinal surface velocity associated with an acoustic pulse. It contains a non-local nonlinearity, characterized by a kernel that strongly varies from one propagation geometry to another due to the anisotropy of the substrate. It governs pulse shape evolution in homogeneous halfspaces and the shapes of solitary surface pulses that exist in coated substrates. The theory describing nonlinear Rayleigh-type surface acoustic waves is extended in a straightforward way to surface waves that are localized at a one-dimensional acoustic waveguide like elastic wedges.
This paper shows the results of the evaluation of two sets of mobile web design guidelines concerning mobile learning. The first set of guidelines is concerned with the usage of text on mobile device screens. The second set is concerned with the usage of images on mobile devices. The evaluation is performed by eye tracking (objective) as well as questionnaires and interviews (subjective) respectively.
In the recent two years the authors have developed a light weight and low power flight control system for model helicopters consisting of an attitude and heading reference system (AHRS), a navigator (INS) augmented with GPS, barometric altitude sensor and a magnetic sensor, a flight control computer (FCC) and bidirectional ground data links. The system has been tested on a commercial stunt flight model helicopter. The AHRS consists of three MEMS-gyros, two 2-axis MEMS accelerometers and a microcontroller performing the required sensor compensation and data processing to generate attitude angles and true rate and acceleration data of the flying platform. The heading angle is augmented with a 2-axis magnetic sensor. The AHRS is stunt flight capable. The INS integrates the acceleration data to obtain velocity and position data. All data are calculated in both the helicopter and the local earth frame with 50 Hz rate. The algorithm is augmented with GPS data for the lateral movement and with a barometric altitude sensor for the vertical movement. The barometric data are compensated for air pressure changes due to the helicopter main rotor. The FCC contains a set of control loops in order to stabilize the helicopter in all axis and to perform commanded velocity and position tasks. The sampling rate for the control loops is again 50 Hz allowing flight control with high bandwidth. Various safety features are implemented in the software. The bidirectional data link is based on a 2.4 GHz Bluetooth Class I RF-link with a 115 kbaud data rate. A dipole antenna is used on the helicopter, an automatically tracking patch antenna is used on the ground. For commanded velocity flight a standard 35 MHz RF-link is used. For data sampling, monitoring and mode control a laptop is used on the ground. Several operating modes are implemented ranging from commanded velocity flight to simple automatic stunt flight according to predefined flight tracks. The model helicopter is an ALIGN TREX 600 with 3 kg flight mass and a brushless electric motor. The rotor diameter is 1.40 m. The helicopter is able to carry a payload which mass depends on the size of the installed LiPo-cells and the purpose of the flight mission. The system has been tested in quite a few flight tests and missions. The helicopter is controlled safely up to wind loads of at least 5 Beaufort - 6 Beaufort. Data and video captures will be presented. If permission is granted, a demonstration flight will be performed on the premises of the conference.
This paper presents an enhancement on QPSK modulation technique for near field communication (NFC). The enhanced modulation is based on continuous-phase QPSK with Gaussian filtering during switch from one phase to the other. Signal processing is done digitally with minimum external discrete components for air interface. The telemetry system can be used to assist a smart capsule (slave) that can be swallowed to establish data communication with external device (master). The system is designed, simulated, and emulated on FPGA showing 20 dB attenuation on side-lobes of the spectrum.
This paper describes the magmaOffenburg 3D simulation team trying to qualify for RoboCup 2009. It focuses on two distinctive features of the team: decisions making using extended behavior networks and its software architecture and implementation in Java to open the simulation for the Java community.
Der Cache-Speicher für den Softprozessor SIRIUS ist ein 4-fach assoziativer Cache-Speicher, der mit einem DDR-Interface auf einen externen Speicher zugreifen kann. Er verwaltet und beschleunigt Zugriffe vom Prozessor auf diesen Speicher. Der Cache-Speicher arbeitet intern mit 32 Bit und der doppelten Prozessortaktfrequenz und ermöglicht Systeme mit größeren Speicheranforderungen ohne signifikante Performanceverluste. Der Cache-Speicher wurde mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL erstellt und mit dem bestehenden Mikrocontrollersystem verbunden.
Das Gesamtsystem wurde zunächst simuliert und anschließend mit dem Cyclone III FPGA Starter Kit von Altera, welches ein 32 MB DDR-RAM-Modul zur Verfügung stellt, durch Ausführen eines Testprogramms erfolgreich verifiziert. Für den kompletten Cache-Speicher werden inklusive der Pins für den externen Oszillator und des Reset-Tasters 3805 Logik-Zellen, 27 M9K-Blöcke, 44 Pins und eine PLL benötigt.
Innovative technologies and concepts will emerge as we move towards a more dynamic, service-based, market-driven infrastructure, where energy efficiency and savings can be facilitated by interactive distribution networks. A new generation of fully interactive Information and Communication Technologies (ICT) infrastructure has to be developed to support the optimal exploitation of the changing, complex business processes and to enable the efficient functioning of the deregulated energy market for the benefit of citizens and businesses. The architecture of such distributed system landscapes must be designed and validated, standards need to be created and widely supported, and comprehensive, reliable IT applications will need to be implemented. The collaboration between a smart house and a smart grid is a promising approach which, with the help of ICT can fully unleash the capabilities of the smart electricity network.
Im ASIC Design Center der Hochschule Offenburg wird ein Design Kit für die UMC 0.18μm Faraday Technologie aufbereitet. Dabei werden alle benötigten Dateien, welche für einen zunächst rein digitalen Chipentwurf unter Verwendung der Synopsys, Cadence und Mentor Tools benötigt werden, für den UMC 0.18μm Prozess zusammengestellt.
This paper discusses a technological solution to real-time road transportation optimization using a commercial multi-agent based system, LS/ATN, which has been proven through real-world deployment to reduce transportation costs for both small and large fleets in the full and part load business. Subsequent to describing the real-time optimization approach, we discuss how the platform is currently evolving to accept live data from vehicles in the fleet in order to improve optimization accuracy. A selection of the predominant pervasive technologies available today for enhancing intelligent route optimization is described.
The developed solution enables the presentation of animations and 3D virtual reality (VR) on mobile devices and is well suited for mobile learning, thus creating new possibilities in the area of e-learning worldwide. Difficult relations in physics as well as intricate experiments in optics can be visualised on mobile devices without need for a personal computer.
Auf dem Markt existiert eine Vielzahl an PDAs. Alle haben einen sehr hohen Funktionsumfang und übertreffen sich von Generation zu Generation und erfordern einen hohen Entwicklungsaufwand von ganzen Entwicklerteams.
Der in dieser Arbeit entwickelte PDA mit seiner Hard- und Software soll kein Konkurrenzprodukt darstellen, sondern aufzeigen, was mit hausinternen Mitteln der Hochschule Offenburg möglich ist und gegebenenfalls eine Benutzeroberfläche für bestehende oder noch kommende Projekte bilden.
Das hier entstandene Gerät ist im Akkumulator-Betrieb autonom und kann als eigenständiges System betrieben werden. Als Herzstück dient das Softcore SIRIUS Mikroprozessorsystem, das als VHDL-Modell in einem FPGA emuliert wird.
Zum Darstellen des grafischen Betriebsystems, welches speziell für dieses PDA entwickelt wurde, wird ein AMOLED-Display verwendet. Dieses besitzt ein Touchpanel, welches zur Steuerung des Systems genutzt wird. Softwareseitig sind Grundfunktionen zur Darstellung von Bildern und Texten entstanden, sowie Beispielanwendungen, die diese benutzen. Das grafische Betriebssystem ist modular und ermöglicht die direkte Weiterentwicklung von Anwendungen für das System.
The idea of this game is to use a flashcard system to create a short story in a foreign language. The story is developed by a group of people by exchanging sentences via a flashcard system. This way, people can learn from each other without fear of making mistakes because the group members are anonymous.
Flashcards are a well known and proven method to learn and memorise. Such a way of learning is perfectly suited for “learning on the way,” but carrying all the flashcards could be awkward. In this scenario, a mobile device (mobile phone) is an adequate solution. The new mobile device operating system Android from Google allows for writing multimedia-enriched applications.
“Today’s network landscape consists of quite different network technologies, wide range of end-devices with large scale of capabilities and power, and immense quantity of information and data represented in different formats” [9]. A lot of efforts are being done in order to establish open, scalable and seamless integration of various technologies and content presentation for different devices including mobile considering individual situation of the end user. This is very difficult because various kinds of devices used by different users or in different times/parallel by the same user which is not predictable and have to be recognized by the system in order to know device capabilities. Not only the devices but also Content and User Interfaces are big issues because they could include different kinds of data format like text, image, audio, video, 3D Virtual Reality data and upcoming other formats. Language Learning Game (LLG) is such an example of a device independent application where different kinds of devices and data formats, as a content of a flashcard is used for a collaborative learning. The idea of this game is to create a short story in a foreign language by using mobile devices. The story is developed by a group of participants by exchanging sentences/data via a flashcard system. This way the participants can learn from each other by knowledge sharing without fear of making mistakes because the group members are anonymous. Moreover they do not need a constant support from a teacher.
Die Einhaltung der innerhalb der Designphase festgelegten Architektur eines Softwareprojektes muss w ̈ahrend der Entwicklungsphase sichergestellt werden. Dieses Papier beschreibt eine Erweiterung des Eclipse-Plugins JDepend4Eclipse, die die Verwaltung von Regels ̈atzen erlaubt und die Pr ̈ufung auf in einem Projekt vorhandene, unerlaubte Abh ̈angigkeiten auf Knopfdruck innerhalb der Entwicklungsumgebung vornimmt. Die Erweiterung des Plugins wird bereits erfolgreich in internen Projekten der Hochschule Offenburg eingesetzt und soll demn ̈achst ̈offentlich verf ̈ugbar sein.
The Institute of Applied Research Offenburg is working in the field of autonomous data loggers since many years. In collaboration with industry, a new RFID based active sensor data logger for continuous recording of temperature has been developed and is now manufactured in mass production. Compared to existing systems, an unusual large data memory is integrated, which can be used via a simplified file system in a flexible way. The system will be used to accompany and monitor temperature sensitive goods of high value. The transponder is the first member of a new class of logging devices, the smallest will be not larger than a 2 Euro-coin with a fully integrated ASIC frontend.
This paper describes the magmaOffenburg 3D simulation team trying to qualify for RoboCup 2010. While last year’s TDP focused on decisions making using extended behavior networks and on its software architecture and implementation in this year we describe the tool set that was created for RoboCup 3D. It contians a GUI for agent- and world state visualization, for evaluation of localization algorithms and benchmarks in general, a visual editor for Extended Behavior Networks creation and debugging, a live movement tool to interact with the joints and finally a tool for editing behavior motor files.
Vergleich der hämodynamischen Reaktion auf VV-Delay Änderungen bei Sinusrhythmus und Vorhofflimmern
(2010)
Termination of atrial flutter (AFL) is not possible in all AFL patients (P) with transesophageal left atrial pacing (TLAP) with undirected electrical pacing field (EPF) and high atrial pacing threshold. Purpose of the study was to evaluate bipo-lar transesophageal left atrial electrocardiography (TLAE) and TLAP with directed EPF for evaluation and termination of AFL with and without simultaneous transesophageal echocardiography (TEE).
Methods: AFL P were analysed using either a TO electrode with one cylindrical (CE) and three or seven hemispherical electrodes (HE) or TEE electrode with four HE (Osypka, Rheinfelden, Germany). Burst TLAP cycle length was between 200msand 50ms.
Results: AFL cycle length was 233±30 ms with mean ventricular cycle length of 540±149 ms. AFL could be terminated by rapid bipolar TLAP with directed EPF using HE-HE and CE-HE with induction of atrial fibrillation (AF), induction of AF and spontaneous conversion to sinus rhythm and direct conversion to sinus rhythm. Directed EPF was simulated with finite element method.
Conclusions: AFL can be evaluated by bipolar TLAE. AFL can be terminated with rapid TLAP with directed EPF with and without simultaneous TEE. Bipolar TLAE with rapid TLAP is a safe, simple and useful method for evaluation and termination of AFL.
Cardiac resynchronisation therapy (CRT) with biventricular pacing (BV) is an established therapy for heart failure (HF) patients with interventricular conduction delay (IVCD). The aim of the study was to evaluate transesophageal IVCD and left ventricular (LV) pacing with directed electrical pacing field (EPF) in HF patients.
Methods: HF patients were analysed with bipolar transesophageal LV electrocardiogram recording and LV pacing with constant voltage stimulus output, 4 ms stimulus duration, distal cylindrical electrode (CE) and seven 6 mm hemispherical electrodes (HE) with 15 mm electrode distance (TO, Dr. Osypka, Rheinfelden, Germany).
Results: LV electrocardiogram recording with HE-HE and CE-HE evaluated a mean IVCD of 79.9 ± 36.7 ms. Directed EPF with CE-HE and HE-HE allowed LV VAT (n=12) and LV D00 pacing (n=5) with a mean effective capture output of 97.35 ± 6.64 V. In 15 responders with IVCD of 87 ± 33 ms arterial pulse pressure (PP) increased from 65 ± 24 mmHg to 79 ± 27 mmHg (p < 0.001). EPF was simulated with finite element method.
Conclusions: Transesophageal LV electrocardiography and directed EPF pacing with CE and HE allowed the evaluation of IVCD and PP to select patients for BV pacing.
AV delay (AVD) optimization can improve hemodynamics and avoid nonresponding to cardiac resynchronization therapy (CRT). AVD can be approximated by the sum of the individual implant-related interatrial conduction interval and a mean electromechanical interval of about 50ms. We searched for methods to facilitate automatic, implant-based AV delay optimization. In 25 patients (19m, 6f, age: 65±8yrs.) with Medtronic Insync III Marquis CRT-D series systems and left ventricular electrode at lateral or posterolateral wall, we determined interatrial conduction intervals by telemetric left ventricular tip versus superior vena cava coil electrogram (LVCE). Compared with esophageal measurements, the duration of optimal AV delay by LVCE showed good correlation (k=0.98, p=0.01) with a difference of 1.5±4.9ms, only. Therefore, LVCE is feasible to determine interatrial conduction intervals in order to automate AV delay optimization in CRT-D pacing promising increased accuracy compared to other algorithms.
AV delay (AVD) optimization is mandatory in cardiac resynchronization (CRT) for heart failure. Several time consuming methods exist. We initialized development of left-atrial electrogram (LAE) feature for Biotronik ICS3000 programmer. It can be utilized to approximate optimal AV delay in CRT patients with pacing systems irrespective of make and model. Using this feature, we studied the share of interatrial conduction intervals (IACT) on individual echo AVD in 45 CRT patients (34m, 11f, mean age 69±6yrs.). The percentage of IACT on optimal echo AVD resulted in44.5±22.1% for VDD and 70.7±10.9% for DDD operation. In all patients, optimal echo AVDs exceeded the individual IACT by a duration of 52.5±33.3ms (p<0.001), at mean. Therefore, if AV delay optimization is not possible or not practicable in CRT patients, AVD should be approximated by individually measuring IACT and adding about 50ms.
This paper gives an overview of the implementation of an Active Noise Control system on the TMS320C6713 Digital Signal Processor from Texas Instruments in the Digital Signal Processing Lab at Hochschule Offenburg, Germany. This system is implemented considering some non-ideal environmental conditions on a real system instead of being limited to computer simulations. Changes over time on the physical acoustical path as well as reverberation and variation on the power of the reference signal can strongly degrade the performance of the system or even lead to instability. In order to try to minimize these effects, the Active Noise Control system was designed to support a fast and easy implementation and evaluation of different algorithms on the DSP in real-time. In Section 1 a brief introduction about active noise control system is given and in section 2 the basic algorithm is described. In section 3 the implementation of the system is described and in section 4 some final considerations are given.
In their famous work on prospect theory Kahneman and Tversky have presented a couple of examples where human decision making deviates from rational decision making as defined by decision theory. This paper describes the use of extended behavior networks to model human decision making in the sense of prospect theory. We show that the experimental findings of non-rational decision making described by Kahneman and Tversky can be reproduced using a slight variation of extended behavior networks.
Using guideline parameters for indication of cardiac resynchronization therapy (CRT), only about two thirds of the patients improve clinically. Unfortunately both, surface ECG and echo are uncertain to predict CRT response. To better characterize cardiac desynchronization in heart failure, interventricular (IVCD) and intra-leftventricular conduction delays (ILVCD) were measured by esophageal left ventricular electrogram (LVE). Recordings in 43 CRT patients (34m, 9f, age: 64.7 ± 9.5yrs) evidenced only weak correlation between IVCD and QRS of 0.53 and between ILVCD and QRS of 0.33. This demonstrated that QRS duration is not a reliable indicator of desynchronization. Therefore, the study resulted into development of LVE feature for a programmer with implant support device. It can be used interoperatively to guide the left ventricular electrode location in order to increase responder rate in CRT.
Mit dem Übergang zu immer komplexeren Designs an der Hochschule Offenburg werden DFT-Strukturen wie „Boundary Scan“ und „Scan“ in ASIC-Designs notwendig. Die DFT-Struktur Scan wird hierbei zukünftig bei Implementierung eines speziellen Scan Chain der Core Logic des ASIC-Designs verwendet und danach in der Boundary Scan Architektur integriert.
Zunächst werden die Strukturen im recht einfachen ASIC-Design „Rolling Dice“, entwickelt am IAF der Hochschule Offenburg, implementiert. Nach Verifizierung der Funktionalität der Strukturen durch Emulation erfolgt die Einführung in komplexere ASIC-Design wie Front-End ASIC DQPSK sowie Prozessor-ASIC PDA V.2 (beide ebenfalls entwickelt am IAF der Hochschule Offenburg).
Eine Verifizierung der mit DFT-Strukturen ausgestatteten komplexeren ASIC-Design erfolgt im Rahmen dieser Ausarbeitung nicht, Bezug genommen wird hauptsächlich auf die Einführung der DFT-Strukturen in das ASIC-Design des „Rolling Dice“.
Ein Vergleich von Aufwand gegenüber Nutzen bei Implementierung von DFT-Strukturen in „kleine“ gegenüber „große“ ASIC-Design bildet ein wichtiges Fazit.
Mobile learning (m-learning) can be considered as a new paradigm of e-learning. The developed solution enables the presentation of animations and 3D virtual reality (VR) on mobile devices and is well suited for mobile learning. Difficult relations in physics as well as intricate experiments in optics can be visualised on mobile devices without need for a personal computer. By outsourcing the computational power to a server, the coverage is worldwide.
This paper describes the magmaOffenburg 3D simulation team trying to qualify for RoboCup 2011. While last year’s TDP focused on the tool set created for 3D simulation in this year we describe the further improvement in this tools as well as some new features we implemented focusing on heterogeneous robot models which seem to be used in RoboCup 2012.
An additional tool was written to simply generate situation-dependent strategies. Furthermore some tools, described last year, are now integrated in one single GUI to easy things up.
Introduction: Patient selection for cardiac resynchronization therapy (CRT) requires quantification of left ventricular conduction delay (LVCD). After implantation of biventricular pacing systems, individual AV delay (AVD) programming is essential to ensure hemodynamic response. To exclude adverse effects, AVD should exceed individual implant-related interatrial conduction times (IACT). As result of a pilot study, we proposed the development of a programmer-based transoesophageal left heart electrogram (LHE) recording to simplify both, LVCD and IACT measurement. This feature was implemented into the Biotronik ICS3000 programmer simultaneously with 3-channel surface ECG.
Methods: A 5F oesophageal electrode was perorally applied in 44 heart failure CRT-D patients (34m, 10f, 65±8 yrs., QRS=162±21ms). In position of maximum left ventricular deflection, oesophageal LVCD was measured between onsets of QRS in surface ECG and oesophageal left ventricular deflection. Then, in position of maximum left atrial deflection (LA), IACT in VDD operation (As-LA) was calculated by difference between programmed AV delay and the measured interval from onset of left atrial deflection to ventricular stimulus in the oesophageal electrogram. IACT in DDD operation (Ap-LA) was measured between atrial stimulus and LA..
Results: LVCD of the CRT patients was characterized by a minimum of 47ms with mean of 69±23ms. As-LA and Ap-LA were found to be 41±23ms and 125±25ms, resp., at mean. In 7 patients (15,9%), IACT measurement in DDD operation uncovered adverse AVD if left in factory settings. In this cases, Ap-LA exceeded the factory AVD. In 6 patients (13,6%), IACT in VDD operation was less than or equal 10ms indicating the need for short AVD.
Conclusion: Response to CRT requires distinct LVCD and AVD optimization. The ICS3000 oesophageal LHE feature can be utilized to measure LVCD in order to justify selection for CRT. IACT measurement simplifies AV delay optimization in patients with CRT systems irrespective of their make and model.
Introduction: To simplify AV delay (AVD) optimization in cardiac resynchronization therapy (CRT), we reported that the hemodynamically optimal AVD for VDD and DDD mode CRT pacing can be approximated by individually measuring implant-related interatrial conduction intervals (IACT) in oesophageal electrogram (LAE) and adding about 50ms. The programmer-based St Jude QuickOpt algorithm is utilizing this finding. By automatically measuring IACT in VDD operation, it predicts the sensed AVD by adding either 30ms or 60ms. Paced AVD is strictly 50ms longer than sensed AVD. As consequence of those variations, several studies identified distinct inaccuracies of QuickOpt. Therefore, we aimed to seek for better approaches to automate AVD optimization.
Methods: In a study of 35 heart failure patients (27m, 8f, age: 67±8y) with Insync III Marquis CRT-D systems we recorded telemetric electrograms between left ventricular electrode and superior vena cava shock coil (LVtip/SVC = LVCE) simultaneously with LAE. By LVCE we measured intervals As-Pe in VDD and Ap-Pe in DDD operation between right atrial sense-event (As) or atrial stimulus (Ap), resp., and end of the atrial activity (Pe). As-Pe and Ap-Pe were compared with As-LA an Ap-LA in LAE, respectively.
Results: End of the left atrial activity in LVCE could clearly be recognized in 35/35 patients in VDD and 29/35 patients in DDD operation. We found mean intervals As-LA of 40.2±24.5ms and Ap-LA of 124.3±20.6ms. As-Pe was 94.8±24.1ms and Ap-Pe was 181.1±17.8ms. Analyzing the sums of As-LA + 50ms with duration of As-Pe and Ap-LA + 50ms with duration of Ap-Pe, the differences were 4.7±9.2ms and 4.2±8.6ms, resp., only. Thus, hemodynamically optimal timing of the ventricular stimulus can be triggered by automatically detecting Pe in LVCE.
Conclusion: Based on minimal deviations between LAE and LVCE approach, we proposed companies to utilize the LVCE in order to automate individual AVD optimization in CRT pacing.
In-vivo and in-vitro comparison of implant-based CRT optimization - What provide new algorithms?
(2011)
Introduction: In cardiac resynchronization therapy (CRT), individual AV delay (AVD) optimization can effectively increase hemodynamics and reduce non-responder rate. Accurate, automatic and easily comprehensible algorithms for the follow-up are desirable. QuickOpt is the first attempt of a semi-automatic intracardiac electrogram (IEGM) based AVD algorithm. We aimed to compare its accuracy and usefulness by in-vitro and in-vivo studies.
Methods: Using the programmable ARSI-4 four-chamber heart rhythm and IEGM simulator (HKP, Germany), the QuickOpt feature of an Epic HF system (St. Jude, USA) was tested in-vitro by simulated atrial IEGM amplitudes between 0.3 and 3.5mV during both, manual and automatic atrial sensing between 0.2 and 1.0mV. Subsequently, in 21 heart failure patients with implanted biventricular defibrillators, QuickOpt was performed in-vivo. Results of the algorithm for VDD and DDD stimulation were compared with echo AV delay optimization.
Results: In-vitro simulations demonstrated a QuickOpt measuring accuracy of ± 8ms. Depending on atrial IEGM amplitude, the algorithm proposed optimal AVD between 90 and 150ms for VDD and between 140 and 200ms for DDD operation, respectively. In-vivo, QuickOpt difference between individual AVD in DDD and VDD mode was either 50ms (20pts) or 40ms (1pt). QuickOpt and echo AVD differed by 41 ± 25ms (7 – 90ms) in VDD and by 18 ± 24ms (17-50ms) in DDD operation. Individual echo AVD difference between both modes was 73 ± 20ms (30-100ms).
Conclusion: The study demonstrates the value of in-vitro studies. It predicted QuickOpt deficiencies regarding IEGM amplitude dependent AVD proposals constrained to fixed individual differences between DDD and VDD mode. Consequently, in-vivo, the algorithm provided AVD of predominantly longer duration than echo in both modes. Accepting echo individualization as gold standard, QuickOpt should not be used alone to optimize AVD in CRT patients.
Existing approaches solving multi-vehicle pickup and delivery problems with soft time windows typically use common benchmark sets to verify their performance. However, there is a gap from these benchmark sets to real world problems with respect to instance size and problem complexity. In this paper we show that a combination of existing approaches together with improved heuristics is able to deal with the instance sizes and complexity of real world problems. The cost savings potential of the heuristics is compared to human dispatching plans generated from the data of a European carrier.
Significance of new electrocardiographic parameters to improve cardiac resynchronization therapy
(2011)
Introduction: Oesophageal left heart electrogram (LHE) is a valuable tool providing electrocardiographic parameters for cardiac resynchronization therapy (CRT). It can be utilized to measure left ventricular (LVCD) and intra-leftventricular conduction delays (ILVCD) in heart failure patients to justify implantation of CRT systems. In the follow-up, LHE enables measurement of implant-related interatrial conduction times (IACT) which are the key intervals defining the hemodynamically optimal AV delay (AVD).
Methods: By TOSlim oesophageal electrode and Rostockfilter (Osypka AG, Rheinfelden, Germany), LHE was recorded in 39 heart failure patients (10f, 29m, 65±8yrs., QRS=163±21ms) after implantation of CRT systems according to guidelines. In position of maximal left ventricular deflection, LVCD and ILVCD were measured and compared with QRS width. In position of maximal left atrial deflection (LA), IACT was determined in VDD and DDD operation as interval As-LA and Ap-LA between atrial sense event (As) or stimulus (Ap), resp., and onset of LA. AVD was individualized using SAV =As-LA + 50ms for VDD and PAV=Ap-LA + 50ms for DDD operation.
Results: The CRT patients were characterized by minimal transoesophageal LVCD of 40ms but 73±20ms, at mean, ILVCD of 90±24ms and QRS/LVCD ratio of 2.4±0.6. The measured As-LA of 39±24ms and Ap-LA of 124±26ms resulted into SAV of 89±24ms and PAV of 174±26ms. In case of empirical AVD programming using 120ms for SAV and 180ms for PAV, the LHE revealed inverse sequences of LA and Vp in 4 patients (10%) during VDD and 13 patients (33%) in DDD pacing. In these patients, Vp preceded LA as IACT exceeded the programmed AVD.
Conclusion: Guideline indication of CRT systems is associated with LVCD of 40ms or more. Therefore, individual LVCD offers the minimal target interval that should be reached during left ventricular electrode placement to increase responder rate. Postoperatively, AV delay optimization respecting implant-related IACTs excludes adverse hemodynamic effects.