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This thesis deals with the implementation of the SUBSCALE algorithm in the Python programming language. First, the current state of research and the needs of the target group are considered. Then, the choice of language is decided based on the findings. On the basis of self-generated requirements, the implementation is carried out.
Finally, the code is evaluated for accuracy, consistency, and execution time, as well as its applicability in practice.
Since the implementation of the current work proved to be unconvincing, an approach is tested in which Python is used only as a front-end.
This thesis deals with the creation of a cross-platform application using Xamarin.Forms. The cross-platform application will cover three different platforms android, iOS, and UWP.
The application is the first concept of a possible feature for a companion application for LS telcom. There, the user can identify cell antennas using a map-view and a camera-view making the application an augmented reality application. Thus, the user can search for a specific cell and access various information that he would not be able to see with his eyes like for example the frequency of the transmitting cells.
The cell data is generated from three different sources, Cartoradio, OpenCelliD, and the LS telcom databrowser. Eventually, the decision was taken, that the main source should be the LS telcom databrowser which has multiple advantages over the other cell sources.
The cells on the map-view are placed using the extracted coordinates from the source data. However, the cells on the camera-view are placed with complex calculations using different formulas like the Haversine formula to calculate the distance between the cell and the user and the bearing to calculate the angle between the cell and the user. Various settings will allow the user to personalize the application according to his wishes.
Hochgenaue Systeme zur Positionsbestimmung spielen im heutigen Zeitalter für den privaten, kommerziellen aber auch militärischen Bereich eine immer wichtigere Rolle. Anwendungsgebiete wie Wandern, Geocaching, Mauterhebungssysteme, autonome Luft-, Land- und Seefahrt, sowie etliche militärische Verwendungen sind nur ein kleiner Überblick dieser Anwendungsmöglichkeiten.
Die durch die Anwendungsgebiete auftretende Notwendigkeit der Satellitennavigation, stellt meine Motivation dar, den Laborversuch Messtechnische Analyse eines Systems zur Satellitennavigation zu erneuern. Dieser Laborversuch soll den Studierenden des Studiengangs Elektrotechnik/Informationstechnik mit dem Schwerpunkt Kommunikationstechnik die Satellitennavigation anhand moderner Laboreinrichtung näherbringen.
Die nachfolgende Arbeit beschäftigt sich zu Beginn mit den allgemeinen theoretischen Grundlagen der Satellitennavigation, gefolgt von systemspezifischen Beschreibungen. Die weiteren Kapitel beinhalten die Versuchsbeschreibung, eine Musterlösung und Informationen für den betreuenden akademischen Mitarbeiter.
Des Weiteren wurden Messreihen aufgezeichnet, welche die einzelnen
Satellitennavigationssysteme qualitativ gegenüberstellen. Auf die Messreihen wird in dieser Thesis nicht eingegangen. Hierfür darf an dieser Stelle auf einen Beitrag in der Hochschulzeitschrift Forschung im Fokus verwiesen werden.
Die Funkschnittstelle nach dem Bluetooth Standard ist heutzutage nicht mehr aus dem Consumer-Markt wegzudenken. Auch durch die zukünftige Weiterentwicklung des Prinzips von IoT (Internet of Things) wird vor allem die Bluetooth Low Energy Technologie für Unternehmen bei der Entwicklung von Geräten mehr an Bedeutung gewinnen. Um die Studierenden im Bereich der Kommunikationstechnik auf das Thema Bluetooth vorzubereiten, wird der Versuch „Kurzstreckenkommunikation nach dem Bluetooth Standard“ im Telekommunikations-Labor an der Hochschule Offenburg angeboten. Der Versuch wurde im Rahmen dieser Bachelor-Thesis an die heutigen Anforderungen angepasst.
Die nachfolgende Bachelor-Thesis beinhaltet die gesamte Laboranleitung des Versuchs, welche in die drei Teile: Theoretische Grundlagen, vorbereitende Aufgaben und der Versuchsdurchführung aufgeteilt wird. Der Versuchsanleitung folgt ein Teil mit weiteren Anmerkungen für die akademischen Mitarbeiter, welche den Versuch betreuen. Hier wird sichergestellt, dass auch in Zukunft der Versuch problemlos weiter durchgeführt werden kann. Im Anhang befinden sich die Musterlösungen für die vorbereitentenden Aufgaben und der Versuchsdurchführung.
Aufbau/Ansteuerung/Kalibrierung/Pilotierung eines Lautsprecher-Halbkreises für Lokalisationstests
(2019)
Seit September 2018 ist die Hochschule Offenburg im Besitz einer Hörkabine, in der ein Schallquellenlokalisationstest im Rahmen dieser Bachelorarbeit aufgebaut wurde. Eine Schallquellenlokalisation ist im Alltag für Normalhörende in den meisten Fällen keine Schwierigkeit. Wir Menschen sind in der Lage mit einer Genauigkeit von 1° bis 2° eine Schallquelle zu lokalisieren (Feigenspan 2017,S.624). Entfällt jedoch das Hörvermögen auf einer Seite, so verschlechtert sich die Lokalisationsfähigkeit erheb-lich. Um Schallquellen präzise lokalisieren zu können, werden optimaler Weise beide Ohren benötigt. Heutzutage gibt es viele Hörsysteme, um diverse Hörstörungen zu therapieren. Den-noch bleibt die Lokalisationsfähigkeit für Menschen mit einseitiger Taubheit, bezie hungsweise asymmetrischen Hörverlust eine Herausforderung. Ein Schallquellenlo kalisationstest findet Anwendung in der Klinik, um eine bestmögliche Versor gung/Therapie durch Hörsysteme zu gewährleisten. Ziel dieser Bachelorarbeit war der Aufbau eines Lokalisationstestes nach Leitlinien einer wissenschaftlichen Publikation, sowie die Durchführung an fünf freiwilligen Normalhörenden. Die Realisierung umfasste den Aufbau der Lautsprecher, die An-steuerung mithilfe einer externen Soundkarte und MATLAB, eine Kalibrierung der Lautsprecher und die Durchführung der Tests.
Zum aktuellen Zeitpunkt sind alle Sensoren einer Herz-Lungen-Maschine des Unternehmens Getinge kabelgebunden. Dadurch besteht das Risiko, dass sich während einer OP Keime auf den Kabeln sammeln, die Kabel steigern den Zeitaufwand beim Reinigen und Konnektieren und lassen das Gesamtsystem unübersichtlich wirken.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Konzept zu entwickeln, wie die Datenübertragung von einem Sensor zu einer Herz-Lungen-Maschine drahtlos erfolgen kann. Dazu wurden elf gewichtete Anforderungen an einen Funkstandard für eine drahtlose Datenübertragung definiert. Bezüglich dieser Anforderungen wurden 15 Funkstandards anhand einer Literaturrecherche analysiert. Es stellte sich heraus, dass sich ZigBee, IEEE 802.15.6, Z-Wave und EnOcean für diese Anwendung eignen, wobei ZigBee im Vergleich zu den anderen Funkstandards als am besten geeignet bewertet wurde.
Um die Eigenschaften von ZigBee bezüglich der definierten Anforderungen zu verifizieren, wurde ein ZigBee-Prototyp implementiert und getestet. Für die Bereitstellung der Mess-Funktionalität für die Tests wurde ein Programm in C++ geschrieben. Mit Hilfe dieser Tests konnte die Erfüllung der Anforderungen von ZigBee bestätigt werden.
Auf dieser Grundlage ist es möglich, die drahtlose Datenübertragung zwischen Sensor und Herz-Lungen-Maschine auf Basis des ZigBee-Funkstandards zu entwickeln. Ausblickend ist es für die Entwicklung von drahtlosen Sensoren einer Herz-Lungen-Maschine ratsam, die Akzeptanz der Anwender zu erfragen und die regulatorischen Anforderungen für Funk bei Medizinprodukten zu erläutern.
Das Team "magmaOffenburg" nimmt seit 2009 an der 3D-Simulationsliga des RoboCups teil. Wie gut das Laufen auf zwei Beinen in der verwendeten Simulationsumgebung "SimSpark" funktioniert ist einer der zentralen Faktoren für ein erfolgreiches Abschneiden. Bisher wird für das Laufen ausschließlich eine inverskinematische Walk-Engine verwendet.
In dieser Arbeit wird mit genetischen Algorithmen und einer modellfreien Parametrisierung Laufen komplett "from scratch" gelernt. Derselbe Ansatz wurde zuvor bereits erfolgreich für das Lernen von Kicks eingesetzt. Gegenüber der alten Walk-Engine zeichnet diesen Ansatz besonders aus, dass zum ersten Mal die Zehengelenke genutzt werden, welche eines der verfügbaren Robotermodelle besitzt. Dies ermöglicht einen natürlicheren und schnelleren Gang. Zwar ist die Stabilität des gelernten Laufens noch nicht vergleichbar mit dem bisherigen (der Spieler fällt etwa 26% häufiger hin), aber beispielsweise beim Vorwärtslaufen konnten mit einer Geschwindigkeit von 1.3 m/s statt 1 m/s Steigerungen von 30% erzielt werden.
Darüber hinaus wurde untersucht, wie dem Agenten im Anschluss an das gelernte Laufen wieder ein Übergang zur alten Walk-Engine gelingen kann. Der erfolgreichste Ansatz basiert ebenfalls wieder auf einer mit genetischen Algorithmen trainierten Bewegung. Er ist in etwa der Hälfte der Fälle erfolgreich.
Entwicklung und Implementierung einer Methode zur Funktions- und Verschleißprüfung von Sägeanlagen
(2019)
Die Firma KASTO Maschinenbau produziert Lagersysteme und Sägemaschinen und möchte in Zukunft mit Hilfe von prädiktiver Wartung einen Mehrwert für den Kunden, die firmeneigenen Servicetechniker und die Inbetriebnehmer generieren. Für diesen Weg in Richtung prädiktive Wartung werden in der vorliegenden Arbeit, zunächst mittels Recherche, Grundlagen definiert. Die anschließende Analyse verschiedener Bauteile und Baugruppen in der Lagertechnik und im Sägemaschinenbau führt zur Konkretisierung der Umsetzungsmöglichkeiten.
Im weiteren Verlauf der Arbeit werden die verschleißkritischen Bauteile eines KASTOwin-Bandsägeautomats behandelt. Durch die Analyse der einzelnen Verschleißformen und -erscheinungen an dessen Komponenten können Parameter zur Verschleiß-überwachung ermittelt werden. Die Überwachung dieser Prozesse soll dabei mit bestehender Sensorik durchgeführt werden und beschränkt sich deshalb hauptsächlich auf die Messeinrichtung der Frequenzumformer. Für die Komponenten Sägebandantrieb, Sägevorschubantrieb, Materialvorschubantrieb, Bandverlaufsensor, sowie das Hydrauliksystem werden entsprechende Methoden zur Funktions- und Verschleiß-prüfung ausgearbeitet.
Auf Basis dieser Methoden wird dann die Implementierung in Form eines SPS-Programms und einer dazu passenden, grafischen Benutzeroberfläche durchgeführt. Das bestehende SPS-Programm und die Benutzeroberfläche werden durch zusätzliche Programmteile ergänzt. Sämtliche Ergänzungen sind portabel und modular ausgelegt, sodass diese problemlos auch in anderen Sägemaschinen ergänzt werden können. Um kritische Verschleißsituationen nach deren Eintritt zu analysieren und daraus Schlüsse im Sinne der prädiktiven Wartung zu ziehen, ist die Sicherung aller Langzeitdaten von enormer Bedeutung. Da der remanente Speicher der SPS jedoch begrenzt ist, werden sämtliche Daten über die Visualisierung gesichert. Alle aufgenommen Daten werden sowohl grafisch als auch in Form von Werten visualisiert und können dem Kunden und Servicetechniker, sowie dem Inbetriebnehmer Aufschluss über den Zustand der Komponenten geben.
Letztlich werden die implementierten Abläufe an einer Vorführmaschine getestet. Es kann dabei die Funktion sämtlicher Prüfungen bestätigt werden
Die vorliegende Bachelorarbeit beschreibt die Erstellung einer Anwendung, die es ermöglicht, einen Roboterarm mithilfe eines haptischen Geräts zu steuern. Zudem wird die Kraftrückkopplung des haptischen Geräts, abhängig von der wirkenden Kraft des Roboterarms, implementiert.
Zur Realisierung dieser Anforderungen wurden zwei Programme erstellt; diese beiden Programme sind über eine TCP Verbindung miteinander verbunden. Programm 1 stellt die haptische Umgebung bereit, Programm 2 die Robot Operating System Node, mit welcher die Daten zum Roboter gesendet und Daten vom Roboter empfangen werden können.
Die in dieser Arbeit erstellten Programme wurden mithilfe von Test Nodes überprüft und leiten die Position der haptischen Umgebung weiter. Die Kraftrückkopplung des haptischen Geräts ist ebenfalls vorhanden und integriert.
Ein Testlauf mithilfe eines simulierten Roboterarms konnte erfolgreich durchgeführt werden.
Mit Hilfe eines Präzisionsmessplatzes soll es ermöglicht werden, automatisierte Tests mit optischen Distanzsensoren der Firma SICK durchzuführen. Hierbei handelt es sich um applikationsbezogene Vergleichsmessungen. Für die Realisierung einer erweiterbaren, automatischen Ansteuerung wird mit LabVIEW eine Software entwickelt, die unterschiedliche Distanzsensoren für Displacement Anwendungen (kurze Reichweite) einbindet. Zur Bewertung von Sensoren werden unterschiedliche Messmodi bereitgestellt. Hierbei werden motorisierte Linearachsen angesteuert, wodurch dynamische 2D-, bzw. 3D Messungen von unterschiedlichen Materialproben ermöglicht werden. Außerdem können Messergebnisse verschiedener Materialproben visuell verglichen werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, aufgenommene Messdaten zu exportieren.
Mit der realisierten Ansteuerungssoftware ist es möglich, in Zukunft Mitarbeiter der global agierenden Sales & Service Units ressourcenschonend und in einem anwendungsbezogenen Kontext in die Benutzung und Bewertung von Dis-placementsensoren einzuarbeiten. Für diese Maßnahme der betrieblichen Weiterbildung ist eine Lerneinheit konzipiert. Hier geht es hauptsächlich darum, dass Mitarbeiter die Eigenschaften und Konfigurationsmöglichkeiten von Displacementsensoren verstehen und für unterschiedliche Testobjekte anwenden. Für die Lerneinheit sind Unterrichtsmaterialien erstellt sowie ein vollständiger Unterrichtsentwurf erarbeitet. Der Unterrichtsentwurf orientiert sich an dem Perspektivenschema nach Klafki (vgl. 1994, S. 270ff.).
The growing demand for active medical implantable devices requires data and or power links between the implant and the outside world. Every implant has to be encapsulated from the body by a specific housing and one of the most common materials used is titanium or titanium alloy. Titanium thas the necessary properties in terms of mechanical and chemical stability and biocompatibility. However, its electrical conductivity presents a challenge for the electromagnetic transmission of data and power. The proposed paper presents a fast and practical method to determine the necessary transmission parameters for titanium encapsulated implants. Therefore, the basic transformer-transmission-model is used with measured or calculated key values for the inductances. Those are then expanded with correction factors to determine the behavior with the encapsulation. The correction factors are extracted from finite element method simulations. These also enable the analysis of the magnetic field distribution inside of the housing. The simulated transmission properties are very close to the measured values. Additionally, based on lumped elements and magnetic field distribution, the influential parameters are discussed in the paper. The parameter discussion describes how to enhance the transmitted power, data-rate or distance, or to reduce the size of the necessary coils. Finally, an example application demonstrates the usage of the methods.
Die vorliegende Bachelor-Thesis ist bei der Firma AUMA in Müllheim in der Abteilung Testingentstanden.
Diese Arbeit ist in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil wird näher auf den Entwurf eines Motorenprüfstands und dessen Realisierung eingegangenen, während sich der zweite Teil damit befasst, wie dieser für die Ausbildung – und die Einarbeitung in Mess- und Steuerungstechnik – von Auszubildenden genutzt werden soll. In diesem Versuchsaufbau wird vorrangig ein Gleichstrommotor getestet.
Die Begründung für die Erstellung eines Motoren-Bremsprüfstands liegt darin, dass es eine der Hauptaufgaben der Abteilung Testing ist, in Labor-Prüfeinrichtungen Antriebe der AUMA Gruppe zu testen. Diese Prüfeinrichtungen arbeiten in der Regel mit gefährlichen Spannungen und dürfen nur von Fachkräften in Betrieb genommen werden. In Zukunft sollen Auszubildende im Zuge einer praxisnahen und handlungsorientierten Ausbildung die Möglichkeit haben, sich selbstständig in die Bereiche der Mess- und Steuerungstechnik einzuarbeiten.
Mit dem realisierten Motoren-Bremsprüfstand ist es in der Abteilung Testing möglich, in Zukunft Auszubildende ressourcenschonend und in einem gefahrenfreien Umfeld in die Aufgaben der Abteilung Testing einzuarbeiten. Somit reduziert sich die benötigte Einarbeitungszeit, in der ein Mitarbeiter die Auszubildenden betreuen muss. Mit dem gebauten Prüfstand können Auszubildende die Charakteristik eines Gleichstrommotors verstehen und die Messmethoden, zur Erfassung von Drehmoment, Drehwinkel, Temperatur, sowie elektrische Größen, anwenden. Diese Erkenntnisse lassen sich optimal auf größere Prüfstände übertragen und bereiten die Auszubildenden auf spätere Aufgaben im Unternehmen AUMA und der Abteilung Testing vor.
Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit der Thematik, eine drahtlose Energieübertragung mit Hilfe induktiv resonanter Kopplung zu simulieren und aufzubauen. Durch die in den letzten Jahren immer größer werdende Elektromobilität steigt auch das Interesse an einem drahtlosen Transfer von elektrischem Strom. Doch auch in kleineren Leistungsbereichen ist ein drahtloses Aufladen, wie z.B. bei Laptops und Handys, ein angesagtes Thema. Mit Hilfe von zwei resonanten Schwingkreisen wird ein Austausch an Energie zwischen Sender- und Empfängerschwingkreis demonstriert. Die Grundlagen der magnetischen Induktion wie auch die Grundlagen von elektrischen Schwingkreisen sind hierfür essentiell und werden in dem ersten Kapitel aufgegriffen. Durch das Aufstellen eines mathematischen Modells, im zweiten Kapitel, wird das Prinzip der magnetischen Kopplung und das Phänomen der Frequenzspaltung von gekoppelten Systemen ausführlich behandelt und aufgestellt. Spider-Web Spulen, welche schon in niedrigen Frequenzbereichen hohe Güten aufweisen können, werden für den folgenden Aufbau verwendet. In den darauf folgenden Kapiteln wird das über das Magnetfeld gekoppelte System ausführlich untersucht. Das System erzielt eine Leistungsübertragung von 20W über 30 cm mit einer Effizienz von ungefähr 52%. Des Weiteren konnte der Punkt der kritischen Kopplung, durch eine Verminderung der ohmschen Last im Sendeschwingkreis, auf 50 cm gelegt werden.
Elektrische Antriebssysteme sind in der modernen Welt überall zu finden und sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. In vielen industriellen Anwendungen wandeln sie elektrische Energie in mechanische Energie um, womit das Antriebssystem als Motor fungiert. Im umgekehrten Fall, wenn demnach mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, arbeitet das Antriebssystem als Generator. Die dabei umgewandelte Energie soll bei einer Einspeisung in das Versorgungsnetz möglichst sinusförmig verlaufen, damit überwiegend Grundschwingungsleistung fließt. Zusätzlich ist ein geringer Blindanteil wünschenswert, weil diese Stromkomponente dafür sorgt, dass die Versorgungsleitungen unnötig belastet werden.
In dieser Bachelorthesis werden auf die für das Verständnis wichtigen theoretischen Grundlagen der Raumzeiger eingegangen. Bei der Regelung des Netz- oder Ausgangsstroms und der Zwischenkreisspannung werden auf diese Grundlagen zurückgegriffen, weil die Beschreibung von zeitveränderlichen, sinusförmig verteilten dreiphasigen Größen durch Transformationen in andere Bezugssysteme als besonders zweckmäßig erscheint. Damit weitere elektrische Geräte, die am selben Netzanschlusspunkt angeschlossen sind, möglichst wenig beeinflusst werden, sollte der ins Versorgungsnetz zurückgespeiste Strom geringe Oberschwingungen enthalten und somit einen weitestgehend sinusförmigen Verlauf annehmen.
Oberschwingungen sind ganzzahlige Vielfache der Grundschwingung der Netzfrequenz von 50 Hz. Aus regelungstechnischer Sicht ist es daher zweckmäßig, ein nahezu exaktes Modell der Regelung des Netzstroms und der Zwischenkreisspannung zu erstellen. Eine hochdynamische Regelung ist dann gewährleistet.
Das Projekt PHOTOPUR soll die Reduzierung von Pestiziden in Oberflächengewässern ermöglichen. In dieser Arbeit wird eine Automatisierung eines ersten Demosystems entwickelt, welches den gesamten Reinigungsprozess abbildet. Eine Projektierung der Automatisierung des Systems wird mit den dafür vorgesehenen Fließschemas und Gerätelisten durchgeführt. Darauf aufbauend wird die Ablaufsteuerung des Demosystems durch einen Ablauf-Funktionsplan umgesetzt. Um eine Systemüberwachung der Anlage zu gewährleisten wurde dazu eine Visualisierung ausgearbeitet. Zusätzlich wurden die Regelstrecken der Durchflussregelungen in den zwei Teilprozessen des Reinigungsprozesses bestimmt und durch unterschiedliche Einstellregeln der optimale Regler der Regelkreise ermittelt.
Die in dieser Arbeit entwickelte Software, beinhaltet die drei folgenden Umsetzungen: Realisierung der Ablaufsteuerung, Implementierung der Reglerparameter durch einen vorhandenen Regelalgorithmus und die Visualisierung des Demosystems.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Entwicklung eines Auslegungstools für eine PV-basierte, autarke Energieversorgung eines Wasserreinigungssystems mit Hilfe eines Batteriespeichers.
Dafür wurde auf Grundlage theoretischer Einstrahlungsmodelle die Berechnung der Bestrahlungsstärke auf eine geneigte Moduloberfläche in Microsoft Excel 2010 implementiert. Die Berechnung wurde dabei so umgesetzt, dass Parameter wie z.B. Ausrichtung und Größe der PV-Module variiert werden können. Darauf aufbauend wurde die Berechnung der Leistung eines PV-Generators mit Hilfe des Wirkungsgrades der PV-Module umgesetzt.
Des Weiteren wurde für diese Arbeit ein Bilanzierungsmodell entwickelt, welches das Verhalten des Batteriespeichers im autarken System simuliert. Dieses Modell berechnet dabei sowohl die im Batteriespeicher gespeicherte Energie, als auch die über ein Bilanzierungsintervall gemittelte Leistung des Batteriespeichers. Das Batteriemodell wurde mit Hilfe von VBA-Code umgesetzt und in das Auslegungstool eingebunden.
Ein weiteres Thema dieser Bachelorthesis ist die Energieversorgung eines speziellen Wasserreinigungssystems, welches im Rahmen des Forschungsprojekts „PHOTOPUR“ entwickelt wird. Dieses mehrstufige System hat einen charakteristischen Energieverbrauch, der möglichst präzise simuliert werden soll. Um dies zu gewährleisten, wurde ein dynamisches Lastprofil erstellt. Das entwickelte Lastprofil ist spezifisch für das Wasserreinigungssystem, enthält aber gleichzeitig viele Freiheitsgrade um es bei der weiteren Entwicklung des Systems möglichst präzise anpassen zu können.
Das entwickelte Auslegungstool kann folglich die erzeugte PV-Leistung, einen Batteriespeicher und das Lastprofil des Wasserreinigungssystems simulieren. Die Darstellung der Simulationsergebnisse erfolgt mit dem Ziel, Aussagen zu der Qualität der Energieversorgung des Wasserreinigungssystems treffen zu können.
Diese Bachelor-Thesis befasst sich mit der Entwicklung eines Torsomodells, das zur Simulation von Herzkatheteruntersuchungen mit Hilfe von projektorbasierter erweiterter Realität verwendet werden soll. Das zu erstellende Modell beinhaltet ein Herz sowie eine Leistenarterie, welche zum Herzen führt. Aufgrund des zur Verfügung stehenden Budgets konnte lediglich das Herzmodell als 3D-Druck realisiert werden, jedoch nicht das Torsomodell. Hierfür wurde eine Schaufensterpuppe verwendet, da diese zusätzlich zum Kostenpunkt leicht in der Bearbeitung war.
In dieser Arbeit werden 3D-Scanner, deren verschiedene Funktionsarten und Einsatz-möglichkeiten vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf medizinischen Anwendungen.
Außerdem wird eine programmierte Ansteuerung in C++ eines 3D-Scanners vom Typ Artec Eva demonstriert. Hierbei werden die mit Qt erstellte GUI und Teile des Quellcodes vorgestellt und erklärt. Ziele der Programmierung waren, außer der Ansteuerung in C++ eine Darstellung mit Hilfe des Visualization Toolkits VTK und es zu ermöglichen, die aufgenommenen Daten auch abspeichern zu können.
Schließlich werden Grundlagen der Kalibrierung und der Koordinatentransformation dargelegt und am Beispiel der Kalibrierung des Artec EVA Scanners exemplarisch aufgezeigt.
Der gesamte Quellcode, welcher im Rahmen dieser Arbeit entstand, ist im Anhang der Arbeit zu finden.
An Ultra-Low-Power RFID/NFC Frontend IC Using 0.18 μm CMOS Technology for Passive Tag Applications
(2018)
Battery-less passive sensor tags based on RFID or NFC technology have achieved much popularity in recent times. Passive tags are widely used for various applications like inventory control or in biotelemetry. In this paper, we present a new RFID/NFC frontend IC (integrated circuit) for 13.56 MHz passive tag applications. The design of the frontend IC is compatible with the standard ISO 15693/NFC 5. The paper discusses the analog design part in details with a brief overview of the digital interface and some of the critical measured parameters. A novel approach is adopted for the demodulator design, to demodulate the 10% ASK (amplitude shift keying) signal. The demodulator circuit consists of a comparator designed with a preset offset voltage. The comparator circuit design is discussed in detail. The power consumption of the bandgap reference circuit is used as the load for the envelope detection of the ASK modulated signal. The sub-threshold operation and low-supply-voltage are used extensively in the analog design—to keep the power consumption low. The IC was fabricated using 0.18 μm CMOS technology in a die area of 1.5 mm × 1.5 mm and an effective area of 0.7 mm2. The minimum supply voltage desired is 1.2 V, for which the total power consumption is 107 μW. The analog part of the design consumes only 36 μW, which is low in comparison to other contemporary passive tags ICs. Eventually, a passive tag is developed using the frontend IC, a microcontroller, a temperature and a pressure sensor. A smart NFC device is used to readout the sensor data from the tag employing an Android-based application software. The measurement results demonstrate the full passive operational capability. The IC is suitable for low-power and low-cost industrial or biomedical battery-less sensor applications. A figure-of-merit (FOM) is proposed in this paper which is taken as a reference for comparison with other related state-of-the-art researches.
Design of a Programmable Passive SoC for Biomedical Applications Using RFID ISO 15693/NFC5 Interface
(2018)
Low power, low cost inductively powered passive biotelemetry system involving fully customized RFID/NFC interface base SoC has gained popularity in the last decades. However, most of the SoCs developed are application specific and lacks either on-chip computational or sensor readout capability. In this paper, we present design details of a programmable passive SoC in compliance with ISO 15693/NFC5 standard for biomedical applications. The integrated system consists of a 32-bit microcontroller, a sensor readout circuit, a 12-bit SAR type ADC, 16 kB RAM, 16 kB ROM and other digital peripherals. The design is implemented in a 0.18 µm CMOS technology and used a die area of 1.52 mm × 3.24 mm. The simulated maximum power consumption of the analog block is 592 µW. The number of external components required by the SoC is limited to an external memory device, sensors, antenna and some passive components. The external memory device contains the application specific firmware. Based on the application, the firmware can be modified accordingly. The SoC design is suitable for medical implants to measure physiological parameters like temperature, pressure or ECG. As an application example, the authors have proposed a bioimplant to measure arterial blood pressure for patients suffering from Peripheral Artery Disease (PAD).
Ziel dieser Bachelorarbeit war es, die Motoren einer parallelen Kinematik in Form eines Tripods anzusteuern, um den Endeffektor präzise an bestimmte Positionen zu bewegen. Dadurch wurde getestet, ob sich die Steuerung eines chirurgischen Instrumentes über eine parallele Kinematik prinzipiell für den Einsatz in der klinischen Umgebung eignen würde. Der Tripod umfasst drei Linearachsen, deren Längen und Winkel durch die Motoren geändert werden können. Alle drei Linearachsen sind über Kugelgelenke an den Endeffektor gekoppelt. Für die Ansteuerung der Motoren musste sowohl eine Elektronik, als auch eine Software entwickelt werden, die die Kommunikation zwischen den Motoren und einem Computer ermöglichen. Für die Entwicklung der Software wurde die objektorientierte Programmiersprache C++ genutzt. Durch das implementierte C++-Programm können beliebige Positionen an die Motoren gesendet werden, zu denen der Endeffektor daraufhin bewegt wird. Zudem ermöglicht das Programm die individuelle Echtzeit-Steuerung des Endeffektors über eine 3D-Maus mit sechs Freiheitsgraden. Für die Umrechnung der räumlichen Daten der 3D-Maus in die einzelnen Zielpositionen für die Motoren wurde eine Klasse, speziell für diesen Tripod, implementiert. Aufgrund dieser Klasse und der Optimierung von Geschwindigkeit und Beschleunigung der Motoren lässt sich der Endeffektor präzise und flüssig steuern. Die sensitive Steuerung eines chirurgischen Instrumentes wird dadurch ermöglicht, für den Einsatz in einer klinischen Umgebung ist der Tripod aufgrund der Größe und Handhabung jedoch nicht geeignet. Dafür wäre eine Miniaturisierung dieser parallelen Kinematik erforderlich.
Intelligente Assistenten - Untersuchung der Spracheingabe in Verbindung mit dem ERP-System SIVAS.ERP
(2018)
Die vorliegende Bachelorarbeit wurde für die schrempp edv GmbH erstellt. Die Untersuchung von Technologien intelligenter Assistenz und eine fundierte Einsatzempfehlung für zukünftige Entwicklungen in Verbindung mit dem ERP-System SIVAS sind die primären Ziele der Abschlussarbeit. Das Hauptaugenmerk der Analyse liegt auf der Spracherkennung und der Sprachverarbeitung. Diese Technologien sollen den Umgang mit den komplexen Anwendungen im SIVAS-Umfeld erleichtern.
Der erste Teil der Abschlussarbeit befasst sich mit den theoretischen Grundlagen intelligenter (Sprach-) Assistenz. Im zweiten Teil wird die SIVAS.Montage-App und ein Szenario zur prototypischen Umsetzung intelligenter Assistenz vorgestellt.
Die folgenden Teile beschäftigen sich mit der Spracherkennung und Sprachverarbeitung von Google und Microsoft. Die beiden Unternehmen betreiben seit Jahren intensive Forschungen zu den Sprachtechnologien und bieten erfolgreiche Lösungskonzepte an. Analysierte Frameworks der Spracherkennung sind die Google Speech API und die Bing Speech API. Kandidaten der Sprachverarbeitung sind Dialogflow von Google und LUIS von Microsoft.
Das Ergebnis der Analyse ist die Einsatzempfehlung der Frameworks von Google. Insbesondere bei der ermittelten Fehlerrate als Schlüsselkriterium der Spracherkennung, kann Google mit 11,11 % gegenüber Microsoft mit 23,09 % überzeugen. Der Vergleich der Frameworks zur Sprachverarbeitung liefert ähnliche Resultate. Google ist Microsoft bei der Klassifizierung bisher unbekannter Aussagen der Anwender mit einer Genauigkeit von 86,67 % um fünf Prozentpunkte überlegen. Informationen werden mit Hilfe von Dialogflow erfolgreicher und strukturell besser aufbereitet extrahiert.
Abschließend wird SIVAS mit den analysierten Google-Technologien mittels einer prototypischen Umsetzung des ausgewählten Szenarios zur Erfassung von Montagezeiten zusammengebracht.
Diese Arbeit handelt von dem Aufbau eines Laborversuchs, der die Darstellung eines linearen Fertigungsprozesses realisiert. Die Laboraufgaben sind in unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden vorhanden. Das Ziel ist es, den Studenten eine haptische und realitätsnahe Fertigungsstraße zu präsentieren. Diese Applikation sortiert Produkte nach zwei Kriterien, der Form und dem Material aus. Zur Darstellung der Produktionsstraße dient eine Drehtischapplikation. Diese ist in unterschiedliche Stationen unterteilt. Durch den Aufbau der Station ist die Modularisierung der Anlage realisiert. Diese soll die Möglichkeit bieten, die Applikation in der Zukunft nach Bedarf anzupassen.
Die Konstruktion und Realisierung des modularen Aufbaues der Hardware sind die Schwerpunkte in dieser Thesis. Zusätzlich wird die Software der Arduino Plattform zur Ansteuerung der Schrittmotoren programmiert. Ein weiterer Punkt ist die softwareseitige Umsetzung des Inkrementalgebers in der Speicherprogrammierten Steuerung (Step7). Dazu gehört ebenfalls die Einbindung des Funktionsbausteines in die Datenbank des Projektes.
Mit dieser Hardware sollen die Studierenden in der Lage sein, Fertigungsprozesse zu simulieren und die erlernten Kenntnisse aus den Vorlesungen anwenden und vertiefen.
Der Zweck dieser Arbeit ist es zu untersuchen, ob es möglich ist, einen Regelungsalgorithmus in MATLAB zu implementieren mit dem, mit Hilfe des Roboters Baxter von Rethink Robotics eine automatische Ultraschalluntersuchung einer Schilddrüse durchzuführen. Hierzu ist zum einen eine Kraftregelung notwendig und zum anderen eine Regelung der Ausrichtung des Ultraschallkopfes zum Untergrund, da dieser immer senkrecht darauf stehen soll.
Um den implementierten Regelalgorithmus zu optimieren, sind Tests durchgeführt worden, mit denen ermittelt worden ist, wie die Regelparameter einzustellen sind, um gute Ergebnisse zu erzielen. Die einstellbaren Regelparameter sind der Kraftbereich, in dem keine Regelung stattfinden soll, und der Faktor, mit dem der Greifarm des Roboters nach oben und unten verschoben werden soll. Mit den optimalen Werten, die sich durch diese Untersuchung ergeben haben, ist es möglich, die Kraft recht präzise zu regeln, wobei etwa 3 % aller gemessen Kraftpunkte außerhalb der vorgegebenen Kraftgrenzen liegen.
Es ist in der gegebenen Zeit nicht möglich gewesen, beide Teile der Regelung miteinander zu verbinden. Um die Rotation des Greifarmes zu steuern, ist die Berechnung des nötigen Drehwinkels in Abhängigkeit der Y-Kraft vorgesehen gewesen. Dies hat sich jedoch als problematisch erwiesen, da die Kraft, welche gemessen wird, stark schwankt und daher keine ordnungsgemäße Regelung möglich ist. Aus diesem Grund ist zu empfehlen, die Rotationsregelung nicht nur mit Hilfe von Kraftmessungen, sondern auch mit von Kameras aufgenommenen Bilddaten zu steuern.
Diese Untersuchung hat gezeigt, dass die Kraftregelung in der Ebene und bei kleineren Steigungen bis 12° praktikabel ist. Jedoch ist eine vollautomatische Ultraschalluntersuchung mit diesem Regelalgorithmus nicht möglich, da die Ausrichtung des Ultraschallkopfes nicht möglich ist. Es ist allerdings davon auszugehen, dass der Algorithmus funktionieren kann, wenn Bilddaten mit einbezogen werden.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, ein Anforderungsprofil für den Aufbau eines Messsystems im Hochspannungsnetz der DB Energie zu entwickeln. Dieses soll als Basis für den künftigen Aufbau des Systems dienen und die Besonderheiten des 110 kV, 16,7 Hz Netzes berücksichtigen. Die Ziele des Messsystems sind es, Aussagen über den Betriebszustand des Netzes mit resonanter Sternpunkterdung, hinsichtlich der Netzstabilität, der Erdschlusslöschfähigkeit und dem Erzeugerverhalten, treffen zu können.
Dazu wurden Experteninterviews durchgeführt, die die Anforderungen an das Messkonzept definieren. Darauf aufbauend wurden die geforderten Messungen und Auswertungen hinsichtlich der Umsetzbarkeit im Netz der DB Energie überprüft. Besonderes Augenmerk lag auf den verbauten Strom- und Spannungswandler im Netz, an denen die entsprechenden Messgrößen abgegriffen werden sollen. Deren Abbildungstreue, in Bezug auf die Genauigkeit des Messwerts und das Transferverhalten bei unterschiedlichen Frequenzen, wurde eingehender betrachtet.
Ebenfalls wurde die bei den Messungen aufkommenden Datenmengen näher betrachtet. Die Art der Messung und Auswertung der Daten sind hier ausschlaggebend, um die Daten klein zu halten. Die Empfehlung ist ein Kompromiss aus zwei gleichzeitig ablaufenden Auswertungen, um die anfallenden Datenmengen gut und schnell analysieren zu können.
Der stetige technische Fortschritt in der Strahlentherapie stellt eine erhöhte Herausforderung bei der Bestimmung von dosimetrischen Parametern dar, die besonders in kleinen Bestrahlungsfeldern einen hohen Grad an Unsicherheit aufweisen. Es wurden die Tiefendosiskurve sowie Dosisquerprofile unterschiedlicher Dosimeter in dosimeterabhängigen Ausrichtungen bei Photonenstrahlung von 6 MV gemessen. Parameter wie die relative Oberflächendosis, das Tiefendosismaximum, die relative Dosis in 5 und 10 cm Tiefe sowie die Penumbrabreite verschiedener Dosimeter wurden miteinander verglichen. Die Messungen erfolgten je Dosimeter bei 10, 6, 4, 3, 2, 1 und 0,6 cm Kantenlänge bei quadratischen Bestrahlungsfeldern.
Beim Dosisquerprofil der Semiflex Typ 31013 mit 0,3 cm³ Messvolumen ergeben die Messwerte nicht ausreichend genaue Ergebnisse. Unter denselben Messbedingun-gen mit der Dosimeter-Diode E ergibt die relative Dosis innerhalb des Strahlenfeldes ausreichend genaue Messwerte, die zur Auswertung bereitstehen. Die Penumbrabreite verringert sich mit geringerem Messvolumen sowie auch im kleineren Bestrahlungsfeld. Die relative Dosis in der Tiefe nimmt mit kleiner werdendem Bestrahlungsfeld und ebenso mit entsprechend kleinen Messvolumina ab. Die Überreaktion der PinPoint auf niederenergetische Photonen muss berücksichtigt werden, um ausreichend genaue Messergebnisse zu erhalten. Wird dieser Dosimeter radial bestrahlt, zeigen die Dosisquerprofile aufgrund des Kabeleffekts eine schlechtere Symmetrie der quadratischen Bestrahlungsfläche auf.
Die Wasserenergiedosis weist in kleinen Bestrahlungsfeldern deutliche Unterschiede bei den unterschiedlichen Dosimetern auf. Zwischen dem Dosimeter mit dem größten Messvolumen und dem mit dem kleinsten besteht ein Messwertunterschied von 0,5 Gy.
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Sensor-Netzwerks für die Anwendung im Smart-Gardening-Bereich. Dabei geht es im Wesentlichen darum, durch Messung verschiedener Parameter den aktuellen Status der Pflanzen im Garten bewerten zu können. So soll dem Anwender des Systems die Gartenarbeit erleichtert werden.
Zunächst wurden verschiedene Smart-Gardening-Systeme bezüglich Messparametern, Kommunikation und Energieversorgung untersucht. Anhand dieser Ergebnisse wurden Anforderungen an ein eigenes System gestellt. Dieses eigene System verwendet eine an der Hochschule Offenburg entwickelte, energieautarke und drahtlose Sensor-Netzwerk-Plattform. Für das Sensor-Netzwerk wurde ein Konzept entwickelt, indem mehrere Topologien und Zugriffsverfahren untersucht wurden. Ausgewählt wurde schließlich die Verwendung einer Stern-Topologie und die Umsetzung eines Kommunikationsprotokolls auf Grundlage eines zeitbasierten Zugriffsverfahrens. Die erforderliche Basisstation wurde konzipiert und auf Basis eines Raspberry Pi 3 realisiert. Das Kommunikationsprotokoll wurde in die Software von Basisstation und Sensorgeräten integriert. Die Sensor-Plattform wurde um einen kapazitiven Sensor für die Messung der Bodenfeuchte erweitert. Dieser Sensor wurde mit Gartenerde getestet und vermessen. Auf Grundlage der Ergebnisse wurde ein Modell für die Berechnung des Wassergehalts der Erde erstellt. Zuletzt wurde das Sensor-Netzwerk getestet.
Das Sensor-Netzwerk kann einige Dutzend Sensorgeräte verknüpfen. Die Sensorgeräte werden im Garten platziert und sind durch Verwendung von Energy-Harvesting energieautark. Sie senden die gesammelten Messwerte mehrmals täglich an die Basisstation, welche die Messwerte empfängt und abspeichert. Eine Android-App kann via Bluetooth auf die Daten zugreifen und sie dem Anwender anzeigen. Die Funktionalität des Systems wurde im Test nachgewiesen. Das System wird in einer erweiterten Form bei der Landesgartenschau 2018 in Lahr zum Einsatz kommen.
In letzter Zeit sind einige neue, hochintegrierte Einchip-Radarsensoren auf den Markt gekommen. Die enormen Fortschritte im Bereich des autonomen Fahrens hat diese Sensoren hervorgebracht. Mit ihnen lassen sich diverse Anwendungen, wie zum Beispiel eine Abstandsmessung, Kollisionserkennung oder Geschwindigkeitserfassung realisieren.
Für die Nutzung eines solchen modernen Radarsensors spricht viel, jedoch besitzen alle eine differenzielle Ausgangsschnittstelle, die nicht mit den üblichen Mikrocontrollersystemen eingelesen werden kann. Darum war das Ziel der Arbeit, die Entwicklung eines Schnittstellenwandlers auf einem Low-Power-FPGA, zur Anbindung eines Radarchips an einen klassischen Mikrocontroller.
Der Lösungsweg war demnach schon vorgegeben, es folgte die konkrete Umsetzung mit der Modellierung der Hardware in VHDL. Der FPGA liest die differenzielle Schnittstelle ein, parallelisiert die Daten und speichert sie zwischen. Sobald die Messdaten vollständig sind, können sie über die serielle SPI-Schnittstelle angefordert werden. Als Gegenstelle kommt ein Mikrocontroller zum Einsatz, der die Messdaten wiederum gemäß eines definierten Protokolls zur Auswertung an einen Computer weiterleitet.
Die Machbarkeit dieser Anwendung wurde kontrolliert, indem die Messdaten vom Radarchip, übermittelt durch den FPGA und Mikrocontroller, auf dem Computer mithilfe eines Analyseprogramms bewertet wurden. Die Auswertung der Messergebnisse entspricht in vollem Umfang den Erwartungen. Der Ressourcenverbrauch im FPGA wurde hierbei ebenfalls als kritisch betrachtet, was sich im Nachhinein jedoch nicht bestätigte. Es ist sogar das Gegenteil der Fall, mit den übrigen freien Ressourcen steht einer möglichen Signalverarbeitung nichts im Wege.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Recherche sämtlicher wesentlicher Informationen und die Entwicklung der Software-Infrastruktur, die zur Erstellung von medizinischen Augmented-Reality-Anwendungen, auf Basis der Datenbrille HoloLens der Firma Microsoft nötig sind. Es soll das Verständnis für digitale Realitäten und Hologramme und die technische Beschreibung der HoloLens vermittelt werden, da dieses Wissen von essentieller Bedeutung ist, wenn Programmieranfänger, aber auch Fortgeschrittene den Einstieg in dieses Thema finden sollen. In dieser Bachelorarbeit werden die Anforderungen an die notwendige Hardware und Software behandelt und auch die Grenzen und Einschränkungen der HoloLens aufgezeigt.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein dezentrales Usermanagement entwickelt, das ein vorhandenes aber veraltetes Usermanagement ersetzen soll.
Zuerst werden verschiedene Technologien für die Umsetzung evaluiert. Dabei wird begründet, warum z. B. dem Relationalen Datenbanksystem von Oracle der Vorzug gegenüber einem NoSQL-System wie MongoDB gegeben wird.
Im Rahmen einer ausführlichen Konzeption werden zuerst die Anforderungen detailliert formu-liert. In einem Grob-Entwurf werden die Beziehungen des alten und des neuen Usermanagements zur Außenwelt dargestellt. Datenmodellierung und Skizzierung der Paket- bzw. Klassen-Struktur innerhalb der Anwendung bilden die Grundlage für die spätere Implementierung. Ein besonderer Schwerpunkt bei der Konzeptionierung liegt auf dem Entwurf der REST-API.
Bei der Implementierung werden die Schritte von der Einrichtung des Spring-Frameworks bis zur lauffähigen Anwendung beschrieben. Der Umgang mit der Datenbank und dem OR-Mapper sind Schwerpunkte der Implementierung, ebenso wie die Umsetzung der REST-Schnittstellen. Die fachlichen Prozesse der Daten-Migration, der Verarbeitung von Requests aus einem zentralen System und des GLN-Mappings werden in eigenen Kapiteln behandelt.
Am Ende werden die erzielten Ergebnisse dokumentiert, offene Punkte angesprochen und ein Fazit gezogen.
Verschiedenste Hersteller von Prothesen treiben die Entwicklungen in der Neuroprothetik immer weiter voran. Jedoch steigen dadurch nicht nur die Komplexität und die Funktionen einer solchen Prothese, sondern auch die Kosten. Oft wird vernachlässigt, dass ein einfaches Greifen meist schon ausreicht und damit oftmals viel mehr Personen geholfen werden kann als mit einer teuren Highend-Prothese.
Die vorliegende Masterthesis soll zeigen, dass es möglich ist, mit einfachen Mitteln einen funktionsfähigen bionischen Prototyp zu entwickeln. Die Steuerung funktioniert per Knopfdruck, Bewegungen werden automatisch ausgeführt.
Hierfür wurde auf der Rekonstruktion der ersten eisernen Hand des Götz von Berlichin-gen aufgebaut. Diese wurde mit günstiger und einfach beschaffbarer Elektronik verändert, damit die Prothese durch elektrische Motoren aktiv ansteuerbar ist. Das Modell wurde mit SolidWorks 2018 verändert. Die elektronischen Bauteile wurden über ein Arduino Board UNO R3 angesteuert, welcher die Schnittstelle zum Computer bildet.
Wir haben die erste „Eiserne Hand“ des Götz von Berlichingen mit 3D-Computer-Aided Design rekonstruiert und über einen Multimaterial-3D-Drucker ausgedruckt. Dabei ließ sich feststellen, dass die 500 Jahre alte Technik keinesfalls veraltet ist: Das Innenleben der „Eisernen Hand“ ist ausgefeilter als bisher angenommen. Sie könnte sogar spannende Impulse für die Entwicklung neuer künstlicher Handprothesen liefern.
Implementierung von Softcore-Prozessoren und/oder weiteren IPs (Intellectual Property) in FPGAs
(2018)
Die zunehmende Integration von kompletten Systemen auf einem Chip (System-on-Chip, SoC) erfordert auch immer die Integration einer Recheneinheit bzw. eines Prozessorkerns. Möchte man insbesondere Low-Power-SoC-Systeme entwickeln, z.B. drahtlose Sensor-SoC-Systeme für Anwendungen im Rahmen von Industrie 4.0, ist die Implementierung eines solchen Prozessorkerns mit hohen Herausforderungen verbunden. Prinzipiell können hierfür verschiedene Ansätze verfolgt werden, nämlich die Implementierung einer Hardcore Prozessor-IP (IP = Intellectual Property) oder einer Softcore-Prozessor-IP. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst auf den derzeitigen Stand der Technik verfügbarer Hardcore- oder Softcore-Prozessoren unter den Randbedingungen der Low-Power-Anforderungen und der weiten Verbreitung des Cores in industriellen Anwendungen eingegangen. Schließlich werden die Ergebnisse der Implementierung und Evaluierung eines derzeit frei verfügbaren 16-bit MSP430-kompatiblen Softcore Prozessors auf einem Altera-Cyclon-FPGA vorgestellt. Aus den Ergebnissen wird ein entsprechendes Fazit für die Implementierung von Low-Power-SoC-Systeme gegeben.
Der Entwurf und die Realisierung gedruckter Schaltungen oder Elektronikkomponenten stellt ein intensives Thema der Forschung dar. Forschungsgruppen beschäftigen sich zunehmend mit der Entwicklung von gedruckten Energy Harvestern, weil diese kostengünstig und einfach herstellbar sind. Das Energy Harvesting (EH) oder auch das ”Mikro Energy Harvesting“ (MEH) bezeichnet die Gewinnung von elektrischer Energie aus der Umgebung, um elektronische Verbraucher zu versorgen, kontinuierliche Leistungen zu erzeugen, das System energieeffizienter zu machen, sowie die Energiespeicherung im Mikrowattbereich zu gewährleisten. Energy Harvesting-Systeme stellen eine Alternative gegenüber der Energieversorgung autarker Low-Power-Elektronik mit Batterien dar. Das Energiemanagement solcher EH-Systeme ist jedoch eine Herausforderung aufgrund der Energieverfügbarkeit und der im Zeitablauf nicht konstanten Verlustleistung. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die derzeit existierenden ultra low-power Energiemanagement Schaltungen für Energy Harvester. Dabei wird insbesondere der Fokus auf gedruckte Energy Harvester gelegt. Es soll aufgezeigt werden, welche Aspekte der vorgestellten Energieversorgungsschaltungen bei der Entwicklung eines Energieversorgungschips für gedruckte Energy Harvester berüucksichtigt werden sollen.
Die vorliegende Bachelor Thesis befasst sich mit der Funktionsweise des ArduPilot Open Source Autopiloten. Für die Ausführung erfolgt mit einem Pixhawk Flugcontroller. Dabei wird die Funktionsweise der Regler und der Navigation des Luftfahrzeuges untersucht. Nach der Analyse des Regler Aufbaus werden wird die Regelung für einen Multiplex EasyStar 2 ausgelegt und in dem Flugzeug verbaut. Für die Kommunikation mit dem Pixhawk Flugcontroller und der Parametereinstellung für die Regelung wird die Mission Planner Bodenstation verwendet. Die Regelung wird mit praktischen Flugtests und der automatischen Tuning Funktion durchgeführt. Mit Hilfe der angelegten Daten Protokolle während des Flugs wird im Nachhinein das Flugverhalten des Multiplex EasyStar 2 ausgewertet und angepasst. Nach der Auslegung der Regelparameter besteht die Aufgabe darin, einen vollautonomen Flug mit automatischem Start und automatischer Landung durchzuführen. Die Wegpunkt Generierung für den autonomen Flug erfolgt mit der Mission Planner Bodenstation. Es soll mit dieser Arbeit die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Systems überprüft werden.
Aufbau eines Laborversuchs zur Simulation einer Produktionsstraße im Bereich der Automatisierungstechnik. Diese Produktionsstraße sortiert Produkte nach zwei Kriterien, dem Material und der Form. Die Simulation der Produktionsstraße wird über eine Drehscheibe realisiert. Die Bearbeitung erfolgt durch verschiedene Module. Die modulare Bauweise begründet sich durch eine beliebige Erweiterungsmöglichkeit der Produktionsstraße. Der Schwerpunkt liegt in der Auseinandersetzung mit der Programmierung einer solchen. Das Ziel ist die Konfiguration und die Komplexität einer solchen Programmierung kennenzulernen.
Hierzu werden zwei Laboranleitungen mit je einem Ziel entwickelt:
a) Die Verknüpfung zwischen praktischem Aufbau und Software zu schaffen.
b) Eine mögliche Vorgehensweise der Programmierung bei der Entwicklung einer solchen modularen Produktionsstraße zu erlernen.
Die Entwicklung der Laboranleitungen wird mit Hilfe einer didaktischen Analyse durchgeführt. Didaktische Modelle für die Entwicklung von Laborversuchen für Studierende sind in solcher Form nicht verfügbar, deshalb wird für die Entwicklung dieser Laboranleitungen ein Vergleich verschiedener didaktischer Modelle vorgenommen. Durch diesen Vergleich ergibt sich, dass diese Versuchsanleitungen mit Hilfe der didaktischen Analyse nach Wolfgang Klafkis (vorläufigen) Perspektivenschema zur Unterrichtsplanung entwickelt werden.
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines VHDL-Ethernet Protokollstapels. Aufbauend auf einem existierenden Protokollstapel für 1 GBit/s ist das Ziel dieser Arbeit, einen Protokollstapel zu entwerfen, der eine Datenübertragungsrate von mehr als 10 GBit/s erreicht. Dieser Protokollstapel soll die Protokolle Ethernet, IPv4, ARP, ICMP und UDP enthalten. Durch eine flexible Struktur der Ports und den Einsatz von generics soll dieser Protokollstapel leicht konfigurierbar und so für viele Anwendungszwecke nutzbar sein.
Zunächst wurde der existierende Protokollstapel von der Xilinx Vertix5 Serie auf die 7er Serie portiert und in Betrieb genommen. Dabei traten Probleme mit dem Transceiver und dem ARP Protokoll auf. Nachdem diese gelöst wurden, konnte ein Konzept für den neuen Protokollstapel erarbeitet werden. Dieser nutzt nun ein – in der Busbreite – flexibles Streaming Interface, um die Geschwindigkeit der Datenübertragung anzupassen.
Da jedes der genutzten Protokolle an die Daten einen Header/Trailer anhängt oder entfernt,
wurden für diese Aufgabe insgesamt vier Low-Level-Module entwickelt. Diese Module wurden
mit Hilfe einer Testbench und einer Testmatrix verifiziert. Die Protokollmodule stellen nun den Header/Trailer zusammen und fügen diese mit Hilfe der Low-Level-Module an oder entfernen diese.
Bei der Simulation des Protokollstapels wurde die Funktion der Protokolle nachgewiesen. Durch die große Busbreite, von 64 Bit bei 10 GBit/s und 128 oder 256 Bit bei 40 GBit/s, schlug allerdings die Timing-Analyse fehl. Der kritische Pfad konnte bei der CRC Berechnung gefunden werden. Durch parallele CRC-Berechnungen wurde eine vorübergehende Lösung dieses Problems für die Geschwindigkeit 10 GBit/s erreicht.
Die Analyse des Ressourcenverbrauchs zeigte, dass der neue Protokollstapel nur wenig Ressourcen in einem FPGA nutzt. Für 10 GBit/s werden lediglich 3000 LUTs und 2400 Register
benötigt. Des weiteren wurde festgestellt, dass der Ressourcenverbrauch nicht proportional zur Busbreite ist. Bei einer Verdopplung der Busbreite werden lediglich 60 % mehr Ressourcen benötigt.
In der vorliegenden Bachelorarbeit geht es um den Entwurf eines Dauerfestigkeitsprüfstands für Kraftsensoren, deren Messprinzip auf Dehnmessstreifen basiert. Ziel des Dauerfestigkeitsprüfstands ist es, die in der Konstruktionsphase simulierten Ergebnisse für die Dauerfestigkeit der Sensoren nachzuweisen. Erst dadurch sind optimale Verbesserungen der Messkörpergeometrien möglich.
Bei der Produktion von Solarzellen aus multikristallinem Silizium haben Defekte aus der Kristallisationsphase starken Einfluss auf die Materialqualität der Wafer und damit auf den Wirkungsgrad der späteren Solarzelle. Ein Verständnis des Kornwachstums in multikristallinem Silizium während des Kristallisationsprozesses kann zur Optimierung desselben beitragen. In dieser Arbeit werden Methoden untersucht, optische Flüsse zwischen Korngrenzenbildern multikristalliner Si-Wafer mittels neuronaler Netze zu berechnen. Hierfür wird die Architektur eines ausgereiften faltungsbasierten neuronalen Netzes zur optischen Fluss-Berechnung genutzt und durch angepasstes Training auf Waferstrukturen zugeschnitten. Dies umfasst die Synthese eigener, auf Waferbilder basierender Trainingsdaten und das Training mit einer angepassten Fehlerfunktion zur Bewertung der Zuordnungsgenauigkeit von Körnern zwischen Wafern durch den optischen Fluss. Beide Maßnahmen zusammen führen zu einer Reduktion des Zuordnungsfehlers von Körnern zwischen Waferbildern um 45 % gegenüber einem hochoptimierten, auf allgemeine optische Flüsse trainierten Modell basierend auf demselben Netzwerk. Die geschätzte Zuordnungsgenauigkeit des besten Modells beträgt 92,4 % der Pixel der Korngrenzenbilder eines Wafers. Weiteres Verbesserungspotenzial ist vorhanden.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Fräsroboter zu konstruieren, der kompakter und leichter sein soll als ein bereits im Labor CompAssMed existierender Fräsroboter. Für den neuen Fräsroboter sollte zusätzlich eine Ansteuerung programmiert werden. Mit der Ansteuerung soll es möglich sein, die Fräserspitze im Arbeitsraum des Fräsroboters programmgesteuert zu positionieren. Eine Augmented-Reality-Brille soll evaluiert werden, um ihre Integrationsfähigkeit in das Labor zu untersuchen. Alle Ziele wurden erreicht. Das Gewicht des neuen Fräsroboters ist 75 % geringer und er hat eine 85 % kleinere Grundfläche als der vorhandene Fräsroboter. Die Ansteuerung des neuen Fräsroboters, wurde als MATLAB-Skript realisiert und ist funktional. Die Evaluierung der Augmented-Reality-Brille wurde mit dem Ergebnis durchgeführt, dass sie nicht in die Softwareinfrastruktur des Labors CompAssMed integriert werden kann.
MPC-Workshop Juli 2018
(2018)
A simple measuring method for acquiring the radiation pattern of an ultrawide band Vivaldi antenna is presented. The measuring is performed by combining two identical Vivaldi antennas and some of the intrinsic properties of a stepped-frequency continue wave radar (SFCW radar) in the
range from 1.0 GHz to 6.0 GHz. A stepper-motor provided the azimuthal rotation for one of the antennas from 0 ◦ to 360 ◦. The tests have been performed within the conventional environment (laboratory / office) without using an anechoic chamber or absorbing materials. Special measuring devices have not been used either. This method has been tested with different pairs of Vivaldi antennas and it can be also used for different ones (with little or no change in the system), as long as their operational
bandwidth is within the frequency range of the SFCW radar.
Keywords — SFCW Radar, Antenna Gain Characterization,
Azimuthal Radiation Pattern
In dieser Bachelor Arbeit wird die Realisierung und messtechnische Analyse dreier Delta-Sigma-Modulatoren vorgestellt. Zwei der drei Modulatoren sind mit diskreten Bauteilen realisiert, ein dritter als integrierte Schaltung. Bei den diskret realisierten Modulatoren handelt es sich um Modulatoren 1. und 2. Ordnung, der als integrierte Schaltung verbaute Modulator ist ein Modulator 7. Ordnung.
Die Messdaten werden mithilfe eines Mikrocontrollers aufgezeichnet und am Computer mit MATLAB ausgewertet. Für die Auswertung der Modulatoren wird jeweils der Signalrauschabstand und die harmonische Verzerrung des Signals ermittelt. Zusätzlich wird bei jeder Messung eines Modulators das Spektrum des Signals ermittelt und dargestellt. Bei den beiden diskreten Modulatoren ergibt sich bei den Messungen ein Signalrauschabstand von 54 dB bis 56 dB, bei dem als integrierte Schaltung implementierten Delta-Sigma-Modulator wird ein Wert von 70 dB bis 76 dB erreicht. Für die harmonische Verzerrung der Signale wird beim Modulator 1. Ordnung ein Wert von 64 dB, beim Modulator 2. Ordnung 72 dB und beim 7. Ordnung 91 dB gemessen.
How can manufacturers or service companies provide better services with connected products, without having acquired a powerful IT infrastructure nor the competences for software development?
Today companies can appeal to a relocated-IT-infrastructure provider, which is called Cloud.
Consequently, they do not have to manage and take care of the safety/security aspect, the updates and the breakdown of the infrastructure internally, as those are all managed by the provider.
It is possible to outsource the development of the software of the connected product to an external company. However, the question now is how fast this company can juggle from one Cloud to another in order to fulfil their clients wishes?
neverMind offers a solution based on a multi-protocols-platform linking the different connected products to a multitude of Clouds without having to redesign the whole communication stack/building block for each change in the Cloud-solution. This is the object of my thesis.
The development follows the V-Model, the first steps to understand the complexity of the project were the realisation of the product technical and architectural specifications. The last step before the Implementation was to design in details the progress and the process of every parts of the platform.
The outcome of the requirements analysis led me to divide the project in two parts:
• a “General Interface” acting as a gateway between the Client-application and “Cloud-modules”
• the “Cloud-modules” themselves.
So far, the specifications are drown up; the General Interface and a client example are coded, as well as a first Cloud-module template.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, die Fähigkeiten des LDC1000 EVM von Texas Instruments (TI) zur hochauflösenden induktiven Distanzmessung, integriert in ein Kraftmesssystem, als Alternative zur Dehnungsmessung mit Dehnungsmessstreifen zu untersuchen. Hierzu wurden zunächst Versuche an einem Wegmessaufbau bezüglich Auflösung, Rauschverhalten und der Qualitätsmerkmale für messtechnische Systeme wie Nullpunktstabilität, Linearität und Hystereseverhalten durchgeführt. Anschließend diente eine entworfene Druckmessdose, mit applizierten Dehnungsmessstreifen als Referenz, zur weiteren Untersuchung der Qualitätsmerkmale und zur Optimierung des LDC1000-Systems. Als Messobjekte zur Abstandsmessung kamen die Werkstoffe AlMgSi0,5, St37, AlCu4Mg1 und 1.4305 verschiedener Geometrien zum Einsatz. Die Ergebnisse bestätigen die Angabe von TI zur Sub-Mikrometer-Auflösung des Systems, ein relativ hoher Rauschanteil beschränkt allerdings die Genauigkeit. Die Resultate der Untersuchungen von Nullpunktstabilität und Hystereseverhalten lassen einen Einsatz im Bereich der Kraftmesstechnik unter gewissen Voraussetzungen zu, das nichtlineare Verhalten der induktiven Wegmessung hingegen macht eine nachträgliche Linearisierung der Messwerte unumgänglich. Diese Bachelorarbeit richtet sich an all diejenigen, die sich detallierter mit Alternativen zur Dehnungsmessung auseinandersetzen oder genauere Untersuchungen zum LDC1000 EVM von TI durchführen.
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ist ein modernes Mehrträgermodulationsverfahren, das sich gut an die besonderen Eigenschaften eines Mobilfunkkanals mit zeitvarianter Mehrwegeausbreitung anpassen kann. Es eignet sich aufgrund seines Aufbaus vor allem für Breitbandübertragungen und wird in vielen aktuellen Funksystemen wie LTE, WLAN, DVB-T usw. eingesetzt. In DSL wird die Basisbandvariante von OFDM eingesetzt, die „Discrete Multitone Transmission (DMT)“ genannt wird. Viele Aussagen über OFDM lassen sich auch auf DMT übertragen.
Moduliert wird mit Hilfe der inversen Fouriertransformation, die viele Unterträger parallel verarbeitet und am Schluss aufsummiert. Dies hat den Nachteil einer hohen Signalfluktuation, die bei Verstärkern zu Problemen führt.
Reale Verstärker haben eine nichtlineare Verstärkungskennlinie mit einer maximalen Ausgangsamplitude. Wird diese überschritten, wird das Signal abgeschnitten (geclippt). Dies hat sowohl vermehrte Bitfehler aufgrund des Orthogonalitätsverlustets der Unterträgersignale zueinander zur Folge, als auch eine erhöhte Außerbandabstrahlung.
Eine mögliche Lösung besteht darin, die Aussteuerung des Verstärkers klein zu halten. Daraus resultieren jedoch erhöhte Kosten und eine verringerte Energieeffizienz. Man ist daher bemüht die Signalfluktuation möglichst gering zu halten. Eine Maßzahl für die Amplitudenschwankungen ist das Peak-to-Average-Power-Ratio (PAPR).
Um das PAPR zu senken, gibt es eine ganze Reihe unterschiedlicher Verfahren. In dieser Arbeit werden die gängigsten davon vorgestellt und das Interleavingverfahren, die Tone Reservations (TR) und das Active Constellation Expanding (ACE) genauer untersucht.
Durch die Digitalisierung erschlossen sich in den letzten 15 Jahren nicht nur viele Möglichkeiten neues Bildmaterial oder Videomaterial aufzunehmen und zu verwahren, sondern auch die Zugänglichkeit der breiten Masse zu solcher Technologie. Abseits der Datenmengen wie sie Social Media Plattformen tagtäglich verarbeiten, existieren die Sende- und Rundfunkanstalten mit gigantischen Archiven von Videomaterial. Der Großteil davon ist von dokumentarischer oder szenischer Natur sowie verschiedenste Interviews aus allen Bereichen des öffentlichen Lebens.
Nach dem aktuellen Stand wird das Videomaterial von Hand kategorisiert und zur Indizierung verschlagwortet. Die Aufgabe war es nun, diesen Prozess zumindest teilweise zu automatisieren. Dazu sollten auf dem Markt verfügbare Technologien in Bereich der Gesichtserkennung und Texterkennung auf ihre Nutzbarkeit zu diesem Zweck hin evaluiert werden. Dabei soll mit Hilfe der in Interviews verwendeten Bauchbinden das momentan gezeigte Gesicht "gelernt" werden, um es später ohne solche Hilfe wiederzuerkennen.
Implementierung von Softcore-Prozessoren und/oder weiteren IPs (Intellectual Properties) in FPGAs
(2017)
In heutigen Low-Power-Anwendungen ist es mittlerweile Standard sogenannte System-on-a-Chip (SoC)-Systeme zu entwickeln. Diese benötigen eine Recheneinheit, sowie nur die notwendigste Hardware, um die Energieversorgung auch über Energy-Harvesting zu ermöglichen.
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurde der aktuelle Stand von verfügbaren Hardcore- und Softcore-Prozessoren evaluiert. Aufgrund der hohen Anforderung an den Prozessor in Low-Power-Systemen, wurden Hardcore-Prozessoren für die weitere Untersuchung ausgeschlossen. Obwohl diese sehr leistungstarke und energieeffiziente Prozessoren sind, weisen Hardcore-Prozessoren nicht die notwendige Flexibilität in einer minimalen Konfiguration auf, um die Ansprüche einer Low-Power-Anwendung zu erfüllen.
Aus diesem Grund wurden von verschiedenen Quellen Softcore-Prozessoren untereinander mit zusätzlich, ausgewählten Kriterien untersucht. Die Wahl fiel auf den NEO430, welcher auf der Architektur des Mikrocontrollers MSP430 von Texas Instrument basiert.
Mit dem NEO430 als Softcore, wurde ein Demonstrator-System entwickelt und auf dem Development-Board DE2-115 von Terasic implementiert. Im Zuge der Entwicklung des Demonstrators wurden weiterhin frei verfügbare IP-Cores zur Anbindung an den NEO430 untersucht. Der Demonstrator umfasste eine selbst entwickelte CRC-Berechnung, um damit die Programmierbarkeit, die Funktionen des NEO430 zu testen und dessen Ressourcenverbrauch, sowie Erweiterbarkeit über der Wishbone-Schnittstelle zu evaluieren.
Die Evaluierung des Demonstrator-Systems ergab einen Ressourcenverbrauch von 1253 Logikelemente des Development-Boards. Neben dem Demonstrator wurden weitere Konfigurationen, wie eine Minimale-, die Standard-Konfiguration und insbesondere eine Konfiguration ohne der Wishbone-Schnittstelle evaluiert.
Durch die starke Verbreitung der MSP430-Serie in der Industrie, ist der NEO430 ein interessanter Kandidat für Low-Power-Systeme
In dieser Thesis wird die Visualisierung der Stammdaten der MARKANT Handels und
Service GmbH (MARKANT) überarbeitet. Zu Beginn wird auf die Firma MARKANT,
die aktuelle Lösung der Visualisierung und die daraus resultierenden Probleme eingegangen.
In der Thesis wird zunächst ein generisches Diagramm erstellt, welches Daten,
die eine hierarchische Ordnung haben, zeichnet. Darauf aufbauend soll als Beispiel, das
Organigramm der Firma MARKANT, mit allen Anforderungen, umgesetzt werden.
Um das Ziel zu erreichen, wird eine Marktübersicht eingeholt und die Frameworks
verglichen. Nachdem eine engere Auswahl getroffen ist, sollen die Frameworks hinsichtlich
der Visualisierung genauer evaluiert werden.
Nach der Wahl des Frameworks wird eine Konzeption erstellt, bei der auf einen neuen
Technologiestack, sowie auf die Bedienbarkeit des Diagrammes durch den Endanwender
eingegangen wird.
Anhand der erstellten Konzeption werden die verschiedenen Funktionen des Diagrammes
implementiert. Ein neuer Stack wird aufgebaut und an das System der Firma
MARKANT angepasst.
Abschließend zeigt ein Vergleich zwischen der alten und der neuen Visualisierung auf,
was in der Thesis erreicht wurde.
Implementierung von schnellen Algorithmen auf Basis der FFT in einem digitalen Signalprozessor
(2017)
In dieser Bachelor-Thesis geht es um die Weiterentwicklung des bestehenden Laborversuchs „Schnelle Algorithmen auf Basis der FFT“ des Labors „Digitale Signalverarbeitung“. Dieser Versuch wird momentan mit einem digitalen Signalprozessor (TMS320C6713) umgesetzt. Dabei sollen eine schnelle Faltung, sowie Erweiterungen der bestehenden Software, welche mit dieser zusammenhängen, implementiert werden. Des Weiteren sollen Verbesserungen und Korrekturen an dem bestehenden Projekt vorgenommen werden. Um herauszufinden, was bereits implementiert ist, wird das bestehende Projekt zunächst analysiert. Anschließend wird die schnelle Faltung mit dem für das Labor benötigten Funktionsumfang implementiert. Zudem werden darüber hinaus Erweiterungen der Software umgesetzt, wie z.B. eine Sprachauswahl.
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wurde evaluiert, welche Hardware-Plattform für Einsteiger im Bereich der System-on-Chip (SoC) Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGAs) (SoC-FPGAs)geeignet ist, speziell Altera Cyclone V SoC. Dabei wurde die Vorgehensweise sowie die benötigten Programme, die für die Entwicklung benötigt werden, ermittelt. Als Beispiel Applikation diente hier die Bildverarbeitung. Die Hardware-Plattform soll es ermöglichen, dass diese von Programmierern im Bereich der Bildverarbeitung genutzt werden kann, ohne dass diese sich um die Hardware kümmern müssen. Zusätzlich sollte evaluiert werden, ob und wie man den FPGA benutzen kann, um Algorithmen auf der Hardware auszuführen, und so einen Performance Gewinn zu erhalten.
Für die Thesis stand zu Beginn ein Hardware-Paket, bestehend aus einem FPGA-SoC-Board, Kamera-Modul sowie TFT-Display zur Verfügung. Dieses Paket stellte sich als nicht geeignet heraus, da die Hersteller entweder keine oder nur mangelhafte Dokumentation zu den Modulen bereitstellten.
Als geeignete Hardware wurde das DE0-Nano-SoC von der Firma Terasic gewählt. Das verwendete Kamera–Modul sowie Display–Modul stammt ebenfalls von Terasic. Diese Module bieten den Vorteil, dass sie auch mit anderen Boards von Terasic kompatibel und gut dokumentiert sind und es Beispiel-Programme für diese Module gibt. Für die gewählte Hardware-Plattform wurde ein IP-Core für die Kommunikation mit der Kamera, sowie ein IP-Core für die Berechnung von Bayer-Raw-Format in das 16 bit(565)-RGB-Format entworfen und implementiert. Die Funktion der IP-Cores wurde mit Hilfe von Simulationen verifiziert.
Es wurden die Arbeitsschritte und Abläufe ermittelt, die nötig sind, um das System vom embedded Linux zu programmieren und mit den IP-Cores zu kommunizieren.
Entwicklung eines miniaturisierten Energieversorgungs-Moduls zur autarken Versorgung von Funkmodulen
(2017)
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines miniaturisierten Energieversorgungs-Moduls. Das Modul soll gleichzeitig aus drei Energy-Harvestern Energie sammeln und diese in einem Doppelschichtkondensator zwischenspeichern. Diese Energie kann anschließend von einem Funksensorknoten zum Sammeln und Übermitteln von Daten genutzt werden.
Solch ein aufgebautes System verspricht bei einem geringen Volumen eine hohe Lebensdauer,geringen Wartungsaufwand und eine hohe Leistung, ohne dass eine drahtgebundene Energieversorgung oder große Batterien notwendig sind.
Nach dem Erstellen eins Konzepts und der Auswahl der dafür passenden Komponenten wurde zunächst ein Evaluations-Board aufgebaut. Auf diesem wurden alle in Frage kommenden Komponenten vermessen und die Funktion getestet. Aus den dadurch erworbenen Erkenntnissen wurde das miniaturisierte Energieversorgungs-Modul entwickelt. Das miniaturisierte Modul bietet folgende Möglichkeiten: Aus drei verschiedenen Energy Harvestern wird gleichzeitig die Energie gesammelt und aufbereitet. Durch die Nutzung eines effizienten Wandler-Moduls wird bei der Energieaufbereitung eine Effizienz von über 85 % erreicht. Drei Wandler-Module verbrauchen zusammen lediglich eine Leistung von P = 3, 459 µW. Der Maximum Power Point jedes einzelnen Harvesters kann separat eingestellt werden. Auch alle anderen Komponenten werden stromsparend gewählt. Die Energie wird in einem 1, 5 F Doppelschichtkondensator gespeichert. Zusätzlich wird als Backup-Energieversorgung eine Lithium Knopfzelle eingesetzt.
Dadurch können auch sicherheitskritische Anwendungen realisiert werden. Konnte durch die Energy Harvester nicht genügend Energie gesammelt werden, wird die Batterie dem Funksensorknoten zugeschaltet. Das miniaturisierte Modul hat die Maße 20 mm x 40 mm. Nach abschließenden Messungen mit einem neu implementierten Funksensorknoten, der in einer anderen Bachelorthesis entstanden ist [1], wurde eine Sendewiederholrate von 1, 1 s nachgewiesen. Dies stellt einen sehr guten Wert dar und reicht für die meisten Anwendungen aus.
Zuletzt wird aus allen Komponenten inklusive des Funksensorknotens ein Demonstrationsmuster zusammengebaut. Dieses hat die Maße von 5 cm x 5 cm x 5 cm und kann zur weiterführenden Forschung oder als Anschauungsmaterial genutzt werden.
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) is already a well-known concept used widely in the automation industry. In the area of factory automation, OPC UA models the underlying field devices such as sensors and actuators in an OPC UA server to allow connecting OPC UA clients to access device-specific information via a standardized information model. One of the requirements of the OPC UA server to represent field device data using its information model is to have advanced knowledge about the properties of the field devices in the form of device descriptions. The international standard IEC 61804 specifies EDDL (Electronic Device Description Language) as a generic language for describing the properties of field devices. In this paper, the authors describe a possibility to dynamically map and integrate field device descriptions based on EDDL into OPCUA.
The Thread protocol is a recent development based on 6LoWPAN (IPv6 over IEEE 802.15.4), but with extensions regarding a more media independent approach, which – additionally – also promises true interoperability. To evaluate and analyse the operation of a Thread network a given open source 6LoWPAN stack for embedded devices (emb::6) has been extended in order to comply with the Thread specification. The implementation covers Mesh Link Establishment (MLE) and network layer functionality as well as 6LoWPAN mesh under routing mechanism based on MAC short addresses. The development has been verified on a virtualization platform and allows dynamical establishment of network topologies based on Thread's partitioning algorithm.
Legacy industrial communication protocols are proved robust and functional. During the last decades, the industry has invented completely new or advanced versions of the legacy communication solutions. However, even with the high adoption rate of these new solutions, still the majority industry applications run on legacy, mostly fieldbus related technologies. Profibus is one of those technologies that still keep on growing in the market, albeit a slow in market growth in recent years. A retrofit technology that would enable these technologies to connect to the Internet of Things, utilize the ever growing potential of data analysis, predictive maintenance or cloud-based application, while at the same time not changing a running system is fundamental.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, ein prototypisches Meldesystem für die Bankenaufsicht in einer privaten Cloud zu realisieren. Ferner sollen die Vorteile eines solchen Systems gegenüber bestehenden Systemen abgegrenzt werden. Im ersten Teil wird auf die Entwicklung von Software as a Service-Anwendungen sowie die rechtlichen Grundlagen und Zusammenhänge im Meldewesen eingegangen. Des Weiteren werden das Cloud-Computing und das verwendete Datenformat XBRL durchleuchtet. Anschließend werden bestehende Meldesysteme verglichen. Dabei stehen die unterschiedlichen Bereitstellungsarten im Fokus. Zur Erreichung des Ziels der Thesis wird ein Proof of Concept anhand einer Beispielmeldung aus dem Großkreditmeldewesen umgesetzt. Diese Meldung erfordert sowohl das Befüllen von PDF-Formularen sowie das Erstellen von XBRL-Dateien. Für die Umsetzung wird eine Testumgebung aufgebaut, mit welcher es bedingt möglich ist, reale Bedingungen zu simulieren. Nach einer Evaluation wird hierfür das Platform as a Service-System Openshift verwendet. Damit ist es möglich, eine Private Cloud zu erstellen, auf der eine Java EE Anwendung als Reporting as a Service-Lösung zur Verfügung gestellt wird. Deren Funktionsumfang umfasst das Einlesen, Prüfen, Konvertieren und Validieren von Daten sowie das Versenden von Meldungen zur Bankenaufsicht. Um die heterogenen Systeme im Finanzumfeld abzudecken, werden Testdaten als CSV, XLS und via Datenbank bereitgestellt. Die Tests mit diesen Daten sind sehr positiv. So ist es möglich, Daten aus allen Datenquellen einzulesen und mittels einer Plausibilitätsliste der Bundesbank zu prüfen. Anschließend können die Daten in eines der geforderten Formate PDF oder XBRL konvertiert werden. Durch den Ansatz einer privaten Cloud-Lösung können einige Sicherheitsbedenken ausgeschlossen werden, ohne auf die Vorteile wie Lastverteilung, Multitenancy, Skalierbarkeit und hohe Kompatibilität verzichten zu müssen. Abschließend werden in einer Schlussbetrachtung die Ergebnisse vorgestellt und ein Ausblick für die Zukunft gegeben.
Die Einführung der extrakorporalen Zirkulation unter Verwendung eines medikamentös induzierten Herzstillstands ermöglicht der Herzchirurgie die Herzoperationen, wie sie heute bekannt sind. Eine große Debatte besteht in der optimalen Zusammensetzung und Anwendungsweise der kardioplegischen Lösungen [6]. In der Helios Klinik für Herzchirurgie in Karlsruhe werden die kalte, kristalloide Kardioplegie nach Bretschneider und die modifizierte, kalte Blutkardioplegie nach Calafiore verwendet. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob die Wahl der Kardioplegie Einwirkungen auf den intraoperativen und postoperativen Verlauf einer Bypass-Operation hat.
In der dazu angefertigten Studie wurden die Daten von 135 KHK Patienten retrospektiv erfasst und statistisch analysiert. Darunter wurden 81 Patienten mit der kalten Blutkardioplegie nach Calafiore behandelt und 53 Patienten mit der kristalloiden HTKLösung nach Bretschneider. Die demografischen Daten und Dringlichkeit der Operationen unterscheiden sich nicht signifikant voneinander. Bei den intraoperativen Parametern sind hinsichtlich der Hämoglobin-, Natrium-, und Kaliumkonzentration signifikante Unterschiede erkennbar. Weitere intraoperative Laborwerte zeigen keine Signifikanz. Die intraoperativen Parameter der Myokardprotektionsverfahren unterscheiden sich bezüglich der verabreichten Kardioplegiemenge. Bei postoperativen Parametern sind keine besonderen Signifikanzen notiert.
Die kristalloide Kardioplegie nach Bretschneider wie auch die modifizierte kalte Blutkardioplegie nach Calafiore sind sichere und effektive Verfahren. Einige Unterschiede konnten zugunsten der Blutkardioplegie nach Calafiore gefunden werden, die spezifisch für das jeweilige Verfahren sind. Zwingende Argumente für oder gegen eines dieser Verfahren konnten nicht gefunden werden.
Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zur Optimierung der Parameter zur Registrierung elektrisch evozierter Hirnstammpotenziale mit den beiden ERA-Messsystemen Eclipse EP25 und Synergy EDX dienen als Grundlage für die eBERA Untersuchungen. Betrachtet wurden besonders hierbei die Stimulati-onsart, Filtereinstellungen und Mittelungsoptionen.
Bei allen Messungen mit beiden Systemen, Eclipse EP25 und Synergy EDX, wird eine contralaterale Ableitung nahegelegt.
Eine zu empfehlende Filtereinstellung der Hochpassfilter und Tiefpassfilter zur Potenzialregistrierung mittels eBERA ist 0,2 Hz / 3000 Hz bei der Synergy und 33 Hz / 3000 Hz bei der Eclipse EP25. Bei Vorliegen tieffrequenter Einstreuun-gen ist eine Erhöhung der Grenzfrequenz des Hochpassfilters auf 100 Hz zu empfehlen.
Bei der Wahl der Stimulationsart hat sich die alternierende als die beste her-ausgestellt. Dies belegen sowohl die in den Ergebnissen gemessenen Potentia-le als auch Messungen von Kollegen (Steffens, 2016).
Die Mittelungsoption „bayesian weighting“ bei der Eclipse EP25 hat sich bei der eBERA Messung als nicht sehr hilfreich erwiesen. Bei der Synergy EDX hat die Einstellung „Mittel“ im Vergleich zu „Gewichtet“ die besseren Ergebnisse erzielt. Daher wird diese Wahl empfohlen, falls mit diesem System gemessen wird. Weitere weniger einflussreiche Einstellungen werden im Anhang C. „Optimierte Parameter beider Messsysteme“ aufgelistet.
Die Mismatch Negativity (MMN) bezeichnet eine Komponente reizkorrelierter Potentiale. Die MMN ist ein negativer Potentialkomplex, der ungefähr 100 bis 300 ms nach Stimuluspräsentation auftritt, wenn ein neuer Stimulus im Vergleich zu zuvor präsen-tierten, gleichartigen Stimuli ausreichend bzgl. Frequenz, Dauer, Ort oder Intensität abweicht. Der MMN zu Grunde liegen Messungen der späten akustisch evozierten Po-tentiale (SAEP). Die von beiden Stimuli hervorgerufenen SAEP werden separat gemittelt. Bei ausreichender Differenz der Stimuli und geeigneter Stimulusabfolge ist eine Potentialdifferenz zwischen den beiden gemittelten Antworten ableitbar, die MMN.
In dieser Arbeit wurde die Ableitung der MMN mit dem Registriersystem Eclipse EP-25 der Firma Interacoustics in Bezug auf zwei Stimulustypen, Tone-Bursts und Sprach-laute, evaluiert.
Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeption und Implementierung eines Dateiimportfilters für Mess- und Kalibrierwerkzeuge. Dieser ermöglicht das Importieren von INCA-Experimenten nach CANape, indem aus Experiment-Exportdateien Konfigurationsdateien generiert werden. Im Zuge der Umsetzung wurde dazu das aus binären Daten bestehende Exportdateiformat von INCA analysiert. Das Ziel dieser Analyse bestand darin, herauszufinden, wo und wie die Informationen in den Exportdateien gespeichert sind. Die so erlangten Erkenntnisse wurden verwendet, um den Dateiimportfilter zu entwickeln. Dieser liest aus Exportdateien die notwendigen Informationen aus, überführt sie in eine CANape interne Repräsentation und generiert daraus eine entsprechende Konfigurationsdatei. Die korrekte Funktionsweise wurde anhand von selbst erstellten Experimenten sowie mithilfe von Kundenexperimenten validiert.
Data Mining of the Edge
(2016)
Kleine, intelligente Systeme prägen zunehmend unsere Umwelt, dass sogenannte Internet of Things wird immer mehr Teil unseres Alltages. Diese Geräte sind immer mehr dazu in der Lage Daten aufzunehmen und zu verarbeiten. Doch wie jede Technische Revolution, führt auch der Ausbau des IoT zu neuen Herausforderungen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Bewertung der Qualität von verschiedenen Data Mining Frameworks im Edge Bereich, die Erstellung mehrere Demonstatoren eines Edge Szenario Aufbaus sowie deren Evaluation.
Diese Bachelorarbeit untersucht die Möglichkeiten der Persistierung und anschließenden Analyse verschiedener Messwerte in einer geeigneten Software-Architektur. Zunächst wird dazu die genaue Aufgabenstellung betrachtet. Im Anschluss soll die geplante Software-Architektur und die vorgesehene Kommunikationsart erklärt werden. Um das entwickelte Produkt einfach zur Verfügung stellen zu können, sollen die Tools Vagrant, Puppet und Docker gemeinsam genutzt werden. Nachdem im Anschluss auf die eingesetzte Servertechnologie eingegangen wurde, beschäftigt sich die Arbeit mit der Persistierung der Messdaten. Hierzu werden die verschiedenen Arten verfügbarer Datenbanktechnologien erläutert und darauf aufbauend eine Auswahl getroffen. Als letzten Teil der Anwendung wird auf die Demonstrationsapplikation eingegangen. Hier werden wieder die nötigen Anforderungen erörtert und die Umsetzung beschrieben.
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wird abschließend ein Fazit der verwendeten Technologien und der Architektur verfasst. Hier soll die Eignung der verwendeten Technologien zur Lösung des Problems überprüft und bewertet werden.
Abschließend wird noch ein Ausblick auf die zukünftige Entwicklung in diesem Bereich gegeben.
Die Vision vom "Internet der Dinge" prägt seit Jahren Forschung und Entwicklung, wenn es um smarte Technologien und die Vernetzung von Geräten geht. In der Zukunft wird die reale Welt zunehmend mit dem Internet verknüpft, wodurch zahlreiche Gegenstände (Dinge) des normalen Alltags dazu befähigt werden, zu interagieren und sowohl online als auch autark zu kommunizieren. Viele Branchen wie Medizin, Automobilbau, Energieversorgung und Unterhaltungselektronik sind gleichermaßen betroffen, wodurch trotz Risiken auch neues wirtschaftliches Potential entsteht. Im Bereich "Connected Home" sind bereits Lösungen vorhanden, mittels intelligenter Vernetzung von Haushaltsgeräten und Sensoren, die Lebensqualität in den eigenen vier Wänden zu erhöhen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thread Protokoll; einer neuen Technologie zur Integration mehrerer Kommunikationsschnittstellen innerhalb eines Netzwerks. Darüber hinaus wird die Implementierung auf Netzwerkebene (Network Layer) vorgestellt, sowie aufbereitete Informationen bezüglich verwendeter Technologien dargestellt.
High mobility, electrolyte-gated transistors (EGTs) show high DC performance at low voltages (< 2 V). To model those EGTs, we have used different models for the below and the above threshold regime with appropriate interpolation to ensure continuity and smoothness over all regimes. This empirical model matches very well with our measured results obtained by the electrical characterization of EGTs.
MPC-Workshop Februar 2016
(2016)
Die neueste Generation von programmierbaren Logikbausteinen verfügt neben den konfigurierbaren Logikzellen über einen oder mehrere leistungsfähige Mikroprozessoren. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie ein bestehendes Zwei-Chip-System auf einen Xilinx Zynq 7000 mit zwei ARM A9-Cores migriert wird. Bei dem System handelt es sich um das „GPS-gestützte Kreisel-system ADMA“ des Unternehmens GeneSys. Die neue Lösung verbessert den Datenaustausch zwischen dem ersten Mikroprozessor zur digitalen Signalverarbeitung und dem zweiten Prozessor zur Ablaufsteuerung durch ein Shared Memory. Für die schnelle und echtzeitfähige Datenübertragung werden zahlreiche hochbitratige Schnittstellengenutzt.
The Metering Bus, also known as M-Bus, is a European standard EN13757-3 for reading out metering devices, like electricity, water, gas, or heat meters. Although real-life M-Bus networks can reach a significant size and complexity, only very simple protocol analyzers are available to observe and maintain such networks. In order to provide developers and installers with the ability to analyze the real bus signals easily, a web-based monitoring tool for the M-Bus has been designed and implemented. Combined with a physical bus interface it allows for measuring and recording the bus signals. For this at first a circuit has been developed, which transforms the voltage and current-modulated M-Bus signals to a voltage signal that can be read by a standard ADC and processed by an MCU. The bus signals and packets are displayed using a web server, which analyzes and classifies the frame fragments. As an additional feature an oscilloscope functionality is included in order to visualize the physical signal on the bus. This paper describes the development of the read-out circuit for the Wired M-Bus and the data recovery.
Diese Bachelor-Thesis beschreibt die Realisierung einer Webanwendung für Schüler und Studierende, welche interaktiv demonstriert, wie das Binärsystem funktioniert. Die Anwender sollen verstehen, wie ein Computer die Vielzahl an Daten mit lediglich zwei Zuständen, nämlich 1 und 0, verarbeitet. Dabei wird interaktiv gezeigt, wie der Algorithmus zur Umwandlung von Dezimalzahlen ins Binärsystem abläuft und wie man mit Binärzahlen rechnen kann. Außerdem gibt es sehr interessante Knobelaufgaben. Dabei wird versucht, dem User auf spielerische Art und Weise, zum Beispiel durch Spiele und Aktivitäten, die Denkweise eines Informatikers näher zu bringen. Das Ziel soll sein, dass sich das ursprüngliche Bild, welches Schüler von der Informatik haben, positiv verändert. Hierzu wird ein passendes didaktisches Konzept entwickelt, welches didaktische Modelle, Lehr-/Lernbedingungen und Lernziele der Webanwendung abbildet. Zunächst gibt es eine Einführung in die Thematik und der Stand der Technik wird erläutert, d.h. was bereits in diesem Umfeld existiert. Danach wird besonders auf die Realisierung der Applikation eingegangen. Hier werden Techniken und Werkzeuge für einen Lösungsansatz erklärt. Zuletzt wird das Thema zusammengefasst und evaluiert um einen anschließenden Ausblick geben zu können.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit den verschiedenen Technologien, welche in verteilten Systemen zur Kommunikation dienen können. Kernpunkt der Arbeit ist es, eine Schnittstelle zu schaffen, in der eine extrem hohe Anzahl einzelner Anwendungen untereinander und mit einer zentralen Simulationsumgebung weitestgehend automatisch - kommunizieren können. Dabei ist auch ein wesentlicher Punkt die Frage wie Daten ausgetauscht werden können. Betrachtet man zunächst das System an sich, so wird es deutlich, dass speziell für die Entwicklung des Gesamtsystems, die Stabilität, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Interfaces von enormer Wichtigkeit ist.
In this paper an RFID/NFC (ISO 15693 standard) based inductively powered passive SoC (system on chip) for biomedical applications is presented. A brief overview of the system design, layout techniques and verification method is dis-cussed here. The SoC includes an integrated 32 bit microcontroller, sensor interface circuit, analog to digital converter, integrated RAM, ROM and some other peripherals required for the complete passive operation. The entire chip is realized in CMOS 0.18 μm technology with a chip area of 1.52mm x 3.24 mm.
Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeption und Entwicklung einer SharePoint App, die einen Datenabgleich zwischen Zoho CRM und JIRA ermöglicht. Mittels dieser App ist es möglich, einen Supportfall, den der Support mittels Zoho CRM aufgenommen hat, bei Bedarf der Entwicklung zuzuweisen, indem in JIRA ein neues Ticket erstellt wird. Des Weiteren können durch die App Informationen, wie Firmen- und Kontaktdaten beiden Abteilungen zugänglich gemacht werden. Realisiert wird dies auf Basis von SharePoint, auf das alle beteiligten Mitarbeiter Zugriff haben. Zunächst wird für eine Lösung mit SharePoint dessen App-Modell analysiert und die möglichen Hosting-Varianten evaluiert. Die dabei getroffene Entscheidung für eine SharePoint gehostete App wird zudem begründet. Um die Bearbeitung eines Supportfalls innerhalb der App zu ermöglichen, wird ein Workflow entworfen, der neben dem Ablauf der Bearbeitung auch die Kommunikation mit den beteiligten Anwendungen festlegt. Die zu diesem Zweck notwendige persistente Speicherung der Daten in der App erfolgt dabei mithilfe von SharePoint Listen. Diese werden aufgrund eines ähnlichen Aufbaus als Tabellen dargestellt. Die detaillierte Darstellung einzelner Listenelemente dagegen erfolgt mithilfe von Dialog-Fenstern, die von SharePoint bereitgestellt werden. Dabei werden abhängig von dem Land aus dem die App aufgerufen wird, die Texte auf Deutsch oder auf Englisch angezeigt.
The objective of this thesis is the conceptual design of a battery management system for the first prototype of the UWC (University of the Western Cape) Modular Battery System. The battery system is a lithium-ion battery that aims to be used in renewable energy systems and for niche electric vehicles such as golf carts.
The concept that is introduced in this thesis comprises the parameter monitoring, the safety management and has its main focus on an accurate state of charge estimation.
Another battery system that was already implemented is used as base for the parameter monitoring and the safety management for the new battery management system. In contrast to that, the concept for the state of charge estimation must be developed completely.
Different methods for the state of charge estimation which are based on the measured voltage, current and temperature are discussed, evaluated and the chosen method is conceived in this thesis. The method used for the state of charge estimation is different for the time when the battery is active than when it is inactive. During charge and discharge Coulomb counting is used and when the cell is inactive voltage versus state of charge lookup tables are used to update the estimation.
To have an accurate estimation when the cell is inactive only for a short time, a model of the voltage relaxation is used to predict the voltage when the cells are in equilibrium. This allows the algorithm to reset the state of charge that is estimated by Coulomb counting – which tends to have a growing error over time – frequently.
To evaluate the accuracy of the voltage prediction, cell tests were executed where the voltage relaxation was sampled. The recursive least square method to predict the end voltage was tested with a MATLAB programme. With the help of voltage versus state of charge lookup tables it was possible to determine the state of charge accuracy with the accuracy of the voltage prediction.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Telepräsenzsystem entwickelt, bei dem ein Teleroboter mit beweglicher Kamera zum Einsatz kommt, der seine Ausrichtung über ein Head-mounted Display synchronisiert. Der Anwender des Systems sieht auf dem Display das Abbild der Umgebung des Teleroboters. Jede Kopfbewegung des Anwenders wird in Echtzeit auf die Kamerabewegung umgesetzt. Der Anwender kann sozusagen seinen Sehsinn temporär auf den Roboter auslagern, der ihn in einer entfernten Umgebung repräsentiert.
In der vorliegenden Bachelorarbeit wird die Verwendung von persistenten Datenstrukturen in Anwendungen untersucht. Dafür werden zunächst verschiedene Eigenschaften von bestehenden Implementierungen persistenter Datenstrukturen im Vergleich zu ephemeralen Implementierungen der Datenstrukturen untersucht. Hierbei werden Laufzeiten und Speicherverbrauch analysiert. Dabei wird gezeigt, in welchen Fällen die Verwendung von persistenten Datenstrukturen Vorteile gegenüber der Verwendung ephemeralen Datenstrukturen bringt.
Im zweiten Teil wird die Verwendung von persistenten Datenstrukturen in asynchronen Umgebungen untersucht. Hierfür werden die grundlegenden Probleme aufgezeigt, die bei der Erzeugung von Thread lokalen Versionen geteilter Zustände entstehen. Es wird aufgezeigt, wie die verschiedenen Versionen durch ein Zusammenführungsverfahren in einen gemeinsamen Zustand überführt werden können. Als konkrete Implementierung wurde eine Framework in Java entwickelt, welches versucht, dieses Problem wiederverwendbar zu lösen. Das entwickelte Framework wird anhand einer Beispielsdomäne evaluiert, indem die Performanz mit der Verwendung von expliziter Synchronisation verglichen wird. Hierbei wird gezeigt, dass in Situationen, in denen die Modifikationen viel Zeit benötigen, der Ansatz des Zusammenführen Vorteile gegenüber expliziter Synchronisation bietet. Im letzten Teil der Arbeit wird die Verwendung eines geteilten persistenten Zustandes im an der Hochschule Offenburg durchgeführtem A 2 O Projekt untersucht, bei dem Software für eine autonomes Modellauto entwickelt wurde. Es werden die Schwierigkeiten bei der Umsetzung der im Framework entwickelten Techniken in C++, sowie mögliche Lösungswege aufgezeigt.
Über die letzten Jahre entstanden unterschiedlichste Gerätschaften, besonders im mobilen Bereich und der Industrie 4.0, die große Datenmengen generieren. Diese müssen in entsprechenden Netzwerken entgegengenommen, verarbeitet und ggf. analysiert werden um einen Mehrwert zu erzielen. Ein Vertreter für die Umsetzung von Echtzeit-Datenverarbeitung ist Apache Spark, ein Open Source Framework, welches für die Analyse von Informationsströmen und Datenbeständen eingesetzt werden kann. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird die Apache Spark Plattform von Grund auf erläutert und auf ihre Einsatzfähigkeit im Bereich der verteilten Datenverarbeitung untersucht. Durch die theoretische Einleitung in die Themen Big Data, Streaming Data, Data Mining und Real-Time Analytics wird ein grundlegendes Verständnis für die Aufgaben und Herausforderungen dieses Sachgebiets vermittelt. Es wird die Entwicklung von der Batch- zur Streamingverarbeitung vorgestellt und die Anforderungen, sowie Voraussetzungen für die Umsetzung von Echtzeitsystemen aufgezeigt.
Nachdem diese Grundlagen vermittelt wurden, folgt eine Vorstellung des Projektumfangs der Apache Software Foundation, in welchen sich auch das Spark Projekt einordnen lässt. Die Arbeit erläutert die Grundkonzepte von Apache Spark, wie die Entwicklung, Architektur und der Clusterbetrieb der Plattform. Dabei stützen sich die Untersuchungen auf praktische Beispiele, um die Arbeitsweise von Apache Spark näher aufzuzeigen. Die vorgestellten Themen fallen in die Bereiche der parallelen Datenverarbeitung mit Spark und beschäftigen sich mit den Voraussetzungen für das Erstellen von Anwendungen, die den verteilten Aufbau und die horizontale Skalierbarkeit von Spark ausnutzen. Spark bringt über eigene Bibliotheken auch Funktionalitäten für die Datenverarbeitung in speziellen Aufgabengebieten mit sich. In dieser Arbeit werden ebenfalls die beiden Bibliotheken MLlib, welche im Bereich des maschinellen Lernens Einsatz findet, und Spark Streaming, die Bibliothek für Verarbeitung von Datenflüssen, vorgestellt und deren Funktionsumfang untersucht. Das Kernthema dieser Arbeit bildet die Modellierung von Lösungsmöglichkeiten zur Analyse von Streaming Data. Es wird hierdurch die Funktionsweise von Spark und dessen Streaming Bibliothek anhand von kompletten Applikationen zur Ausreißererkennung in Datenströmen im Detail aufgezeigt.
Die Arbeit zeigt auf, dass Spark durchaus für den Einsatz zur verteilten Datenverarbeitung geeignet ist. Auch der Umgang mit Streaming Data wird durch den Bau der Prototypen nachgewiesen. In dem abschließenden Fazit werden die Erkenntnisse der Arbeit zusammengefasst und die Einsetzbarkeit von Spark diskutiert.
Durch den technischen Fortschritt werden sowohl die diagnostischen, als auch die therapeutischen Medizinprodukte immer komplexer. Gleichzeitig steigt auch der Funktionsumfang an, wodurch Krankheiten besser erkannt und behandelt werden können. Dabei muss das Gerät nicht nur funktional effektiv und sicher sondern auch einfach und intuitiv zu bedienen sein.
Aus diesem Grund muss beim Hersteller als letztes Glied des Entwicklungsprozesses die Produktvalidierung erfolgen. Um diese nach der erfolgreichen Verifizierung vollständig und effizient durchzuführen, wird in dieser Thesis zunächst die Datenanalyse der klinischen Bewertung aufgezeigt. Anschließend werden die Aufgabenanalyse und der Gebrauchstauglichkeitstest mit der Bewertung durch einen Fragebogen als Methoden der Usability-Validierung vorgestellt. Außerdem schließt die Produktvalidierung die Validierung der Lastenheftanforderungen mit ein, was mit Hilfe einer Dokumentenanalyse abgeprüft wird. Abschließend wird die Produktvalidierung in einem Dokument zusammengefasst und die Validität erklärt.
Zur Umsetzung der Validierungen werden am Beispiel eines mobilen EKG-Systems regularienkonforme Validierungsdokumente erörtert.
MPC-Workshop Februar 2015
(2015)
MPC-Workshop Juli 2015
(2015)
Todays‘ traffic support environments are distributed by nature. In many cases the monitoring, control and guidance of traffic is effected by a federation of coordinating centers, often managed by different organizations, using differing local IT technology and system architecture. Despite the federative character of such systems, maintenance of a consistent overall traffic state is indispensable for a safe operation. This project develops a new type of middleware supporting federative systems
in the domain of Air Traffic Control (ATC), using OMG‘s DDS (Data Distribution Service) standard as contributor.
Diese Bachelor-Thesis beschreibt die Entwicklung eines Informationssystems, das abteilungsintern für verschiedene Report- und Controllingaufgaben in der Abteilung Organisation/IT genutzt wird. Grundlage bilden Daten über Hard- und Software aller Client-Computer, die von der in der PWO AG eingesetzten Anwendung zur Installation / Softwareverteilung (Microsoft SCCM) wöchentlich gesammelt werden. Zunächst wird die Funktionalität der Inventarisierung auf Korrektheit überprüft und die daraus entstehenden Daten analysiert. Benötigte Daten werden gefiltert, sortiert und teilweise mit bestehenden Datenbanken verknüpft. Daraus entsteht ein Webportal, welches es den zuständigen Mitarbeitern/innen ermöglicht, ohne manuellen Aufwand Clients, Software und Lizenzen zu verwalten und entsprechende Berichte zu erstellen. Zudem wird die bestehende CMDB durch bisher fehlende Daten ergänzt. Ziel ist es, die Aufgaben der IT-Abteilung an die ITIL Vorgaben innerhalb der PWO AG auszurichten, um so effektives und effizientes IT Service Management betreiben zu können. Gleichzeitig wird somit ein Standard für die Tochterwerke entwickelt.
Durch den digitalen Wandel, sowie durch die an Benutzerfreundlichkeit und Leistung zunehmenden technischen Geräte im Endbenutzer-Bereich beginnt die Bedeutung von Augmented-Reality Applikationen zu wachsen. Daher ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung einer Engine auf iOS Basis, zur Dastellung von Augmented-Reality Inhalten. Die Engine wurde nach dem Vorbild von Komponenten-basierten Game Engines entworfen, da diese beinahe identische Anforderungen besitzen. Die, im Rahmen dieser Arbeit erstellte Engine wurde mit Unterstützung der 5d lab Gmb entwickelt. Durch die Verwendung des, nach Erfahrungswerten, schnellsten Mobile Augmented Reality SDK und einer gelungenen Engine-Architektur konnte ein Produkt entwickelt werden, dass mit bestehenden Applikationen konkurrenzfähig ist.
Die zunehmende Anzahl von Transistoren mit immer kleineren Strukturgrößen führt zu einer zunehmenden Leistungsaufnahme in modernen Prozessoren. Das gilt insbesondere für High-End Prozessoren, die mit einer hohen Taktfrequenz betrieben werden. Die aufgenommene Leistung wird in Wärme umgewandelt, die in einer Temperaturerhöhung der Prozessoren resultiert. Hohe Betriebstemperaturen verursachen u.a. eine verringerte Rechenleistung, eine kürzere Lebensdauer des Prozessors und höhere Leckströme. Aus diesen Gründen wird aktives, dynamisches thermisches Management immer wichtiger. Dieser Beitrag stellt eine Erweiterung zu dem Standard- Linux-Scheduler in der Kernel-Version 3.0 für eingebettete Systeme vor: einen PID-Regler, der unter Angabe einer Solltemperatur eine dynamische Frequenz- und Spannungsskalierung durchführt. Die Experimente auf dem Freescale LMX6 Quadcore-Prozessor zeigen, dass der PID-Regler die Betriebstemperatur des Prozessors an die Solltemperatur regeln kann. Er ist die Grundlage für eine in Zukunft zu entwickelnde prädiktive Regelung.
MPC-Workshop Februar 2014
(2014)
MPC-Workshop Juli 2014
(2014)
Android is an operating system which was developed for use in smart mobile phones and is the current leader in this market. A lot of efforts are being spent to make Android available to the embedded world, as well. Many embedded systems do not have a local GUI and are therefore called headless devices. This paper presents the results of an analysis of the general suitability of Anroid in headless embedded systems and ponders the advantages and disadvantages. It focuses on the hardware related issues, i.e. to what extent Android supports hardware peripherals normally used in embedded systems.
Eingebettete Systeme werden immer komplexer.Dabei werden System-on-Chips (SoC) eingesetzt und spielen eine sehr wichtige Rolle. Unter SoC versteht man „die Integration aller oder eines großen Teils der Funktionen eines Systems auf einem Chip“ [G]. SoCs haben sehr viele Vorteile. Vor einigen Jahren gab es noch riesige Leiterplatten mit Schaltungen, die aus mehreren Schaltkreisen aufgebaut wurden. Heute werden diese auf einem einzigen Chip realisiert. SoCs sind nicht nur sehr kompakt, sondern verbrauchen auch weniger Energie, da einerseitsdie Bauteile näherbeieinander sind, sie andererseits mit besseren Technologien ausgerüstet sind. Heutige SoCs sind so gebaut, dass sie wiederverwendet werden können. Sie bestehen aus mehreren einzelnen Systemkomponenten, um sowohl Kosten, als auch Entwicklungszeit zu sparen. Neben SoCs sind FPGAs (Field Programmable Gate Array) und CPLDs (ComplexProgrammableLogic Devices)sehr beliebte programmierbare Logikbauelemente, die in der Digitaltechnik ihren Einsatz finden. Sie sind die zwei wesentlichen Gruppen von ProgrammableLogic Devices (PLDs), dieexistieren. Sie bestehen hauptsächlich aus FlipFlops, CPLDs weisen sie aber vergleichsweise weniger auf. FPGAs sind komplexer als CPLDs. In der Hardware wird die Implementierung von arithmetischen Funktionen wie Addierern, Subtrahierern und Multiplizierern teilweise unterstützt. FPGAs sind aus diesem Grund die passenden Bauelemente zur Realisation von Anwendungen wie digitalen Signalverarbeitungssystemen oder Mikroprozessorsystemen.Die größten Hersteller von FPGAs sind Altera und Xilinx. Ein anderes aktuelles Thema sind die Bussysteme in Chips. Aufgrund der Komplexität der oben beschriebenen System-on-Chips, bestehen sie auch aus immer komplexeren Baugruppen, wie Prozessoren, Speichern oder auch Interfacecontrollern. Bussysteme werden zur Verbindung dieser Baugruppen eingesetzt. Je nach Baugruppe-Interfaces werden unterschiedliche Bussystem verwendet. Diese Bussysteme sind mit speziellen Spezifikationen dotiert, die aus diversen Anforderungen folgen. Einheitliche Standards sind daher wichtig. Unter anderen sind Bussysteme wie AMBA, Wishbone und CoreConnect häufig in FPGAs eingesetzt. Ihr Vorteil liegt an Ihren standardisierten Schnittstellen. Auf diese Bussysteme wird ins Detail in Kapitel 2.1 eingegangen. Zu der Familie von AMBA-Bussen gehört der AXI-Bus.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem AufbaueineswiederverwendbarenMasters, der aufAXI4-Protokoll basiert ist. Dieser sollte zunächst als Ethernet-Master eingesetzt werden, um Burst-Transaktionen zwischen dem Ethernet MAC und einemSpeicher zu ermöglichen, wird aber in anderen Projekten wiederverwendet.
Evaluation des In-Memory Datenbanksystems SAP HANA als Cloudlösung für Business Intelligence Systeme
(2013)
Global agierende Unternehmen sind mit einem stetig ansteigenden Datenaufkommen konfrontiert. Zur Analyse werden diese Daten in Business Intelligence Systeme geladen. Aufbereitete Daten werden heutzutage in der Regel in zeilenbasierten (relationalen) Datenbanksystemen vorgehalten. Ein großer Nachteil dieses Datenbanksystems für diesen Anwendungsfall ist, dass es auf eine hohe Anzahl einfacher Transaktionen mit wenigen Datensätzen ausgelegt ist. Im Kontext eines analysebasierten Modells, wie hier beim Business Intelligence, fallen dagegen hauptsächlich komplexe Abfragen auf einer Vielzahl von Datensätze an [BaGü2009]. Die SAP AG stellt mit dem Produkt SAP HANA eine Lösung zur Verfügung, welche auf die Datenanalyse für Business Intelligence ausgelegt ist und zugleich auch transaktionalen Anforderungen genügen soll. Das System ist als Appliance aus Soft- und Hardware konzipiert, das auf einem spaltenorientierten, In-Memory Datenbanksystem aufbaut. Diese Arbeit geht zunächst auf die Grundlagen des Business Intelligence, die allgemeinen Prinzipien von spaltenorientieren In-Memory Datenbankensystemen sowie deren Abgrenzung zu klassischen relationalen Systemen ein. Weiterhin wird auf die Architektur von SAP HANA und deren Besonderheiten eingegangen. Hauptgegenstand dieser Arbeit ist die Umsetzung einer Demoanwendung basierend auf SAP HANA in einer Cloud Umgebung (SAP HANA ONE). Hierbei wird insbesondere auf die Realisierbarkeit der Anwendung mittels der Entwicklungsumgebung SAP HANA Studio in einer Cloudumgebung eingegangen. Weiterhin steht zur Diskussion inwiefern SAP HANA in bestehende Business Intelligence Umgebungen integriert werden kann.
Diese Arbeit beschäftigt sich primär mit der Erstellung von Konzepten, welche in den Bereichen der langfristigen Planung, welche eine IT-Strategie festlegt und der kurzfristigen Steuerung des Tagesgeschäfts, ein besser strukturiertes und effizienteres Vorgehen im Umgang mit der Vielzahl an anfallenden Daten und Informationen ermöglichen sollen. Hierzu werden in den Grundlagen zunächst alle relevanten Begriffe geklärt, welche in diesem Umfeld auftreten. Im Kapitel Stand der Technik werden, die in der Industrie am meisten zertifizierten Standards, zur Lösung dieser Problematik vorgestellt. In der darauf folgenden Konzeption werden alle notwendigen Elemente konzipiert. Dafür erfolgt zunächst eine Auswahl der ITIL-Prozesse, welche für ein erfolgreiches IT-Controlling umgesetzt werden sollen. Danach wird ein Vorschlag für einen Service-Katalog auf Basis von ITIL entwickelt, der es ermöglichen soll die wachsende Anzahl von IT-Services an Hochschulen zu verwalten. Nach diesem erfolgt eine Konzeption von neuen Kostenstellen und Kostenarten für das Rechenzentrum der Hochschule Offenburg. Dies ist notwendig, da die aktuellen Kostenstellen und Kostenarten nicht mehr den Anforderungen des Rechenzentrums gerecht werden. Auch wird in dieser Arbeit eine Konzeption für ein einfaches ordnerbasiertes Ablagesystem zur Verwaltung von Partner-, Lizenz- und Vertragsdokumenten erstellt. Der letzte Punkt dieser Arbeit besteht in der Konzeption und Umsetzung eines Informationssystems, durch welches alle relevanten Daten grafisch ansprechend aufbereitet zur Verfügung gestellt werden sollen. Die Umsetzung dieses Informationssystems wird in dieser Arbeit mithilfe der beiden Open-Source-Tools Talend und Palo vorgenommen.
MPC-Workshop Februar 2013
(2013)
MPC-Workshop Juli 2013
(2013)
Machine-to-machine communication is continuously extending to new application fields. Especially smart metering has the potential to become the first really large-scale M2M application. Although in the future distributed meter devices will be mainly connected via dedicated primary communication protocols, like ZigBee, Wireless
M-Bus or alike, a major percentage of all meters will be connected via point to point communication using GPRS or UMTS platforms. Thus, such meter devices have to be extremely cost and energy efficient, especially if the devices are battery based and powered several years by a single battery. This paper presents the development of an automated measurement unit for power and time, thus energy characteristics can be recorded. The measurement unit includes a hardware platform for the device
under test (DUT) and a database based software environment for a smooth execution and analysis of the measurements.
The research project Ko-TAG [2], as part of the research initiative Ko-FAS [1], funded by the German Ministry of Economics and Technologies (BMWi), deals with the development of a wireless cooperative sensor system that shall pro-vide a benefit to current driver assistance systems (DAS) and traffic safety applications (TSA). The system’s primary function is the localization of vulnerable road users (VRU) e.g. pedestrians and powered two-wheelers, using communication signals, but can also serve as pre-crash (surround) safety system among vehicles. The main difference of this project, compared to previous ones that dealt with this topic, e.g. the AMULETT project, is an underlying FPGA based Hardware-Software co-design. The platform drives a real-time capable communication protocol that enables highly scalable network topologies fulfilling the hard real-time requirements of the single localization processes. Additionally it allows the exchange of further data (e.g. sensor data) to support the accident pre-diction process and the channel arbitration, and thus supports true cooperative sensing. This paper gives an overview of the project’s current system design as well as of the implementations of the key HDL entities supporting the software parts of the communication protocol. Furthermore, an approach for the dynamic reconfiguration of the devices is described, which provides several topology setups using a single PCB design.