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Nach einer Darstellung des thermodynamischen Verhaltens von Thermoelementen und dem Vergleich mit realen Thermo-elementen der DIN-Reihe 43710 wird der prinzipielle Aufbau von Meßsystemen mit Thermoelementen und Meßverstärkern behandelt. Ein Verfahren zur Linearisierung der Ausgangskennlinie mit einem mehrstufigen Summenverstärker wird beschrieben. Der Einfluß des Linearisierungsverfahrens auf das Meßergebnis wird allgemein untersucht und anhand eines praxisnahen Beispiels für eine Fe-CuNi-Thermoelement quantitativ berechnet.
Anhand der formelmäßigen Beschreibung des Linearisierungsverfahrens wird der Einfluß der Vergleichsstellen-Temperatur auf das Meßergebnis quantitativ untersucht und an Beispielen erläutert. Daraus werden die Randbedingungen für die Vergleichsstellen-Temperatur hergeleitet und schaltungstechnische Realisierungen für die Kompensation der Temperaturdrift von Vergleichsstellen beschrieben.
Wahlweise Lichtleiter oder Zweidraht-Leitungen: Ringbus-System zur flexiblen Messdatenerfassung
(1986)
In diesem Beitrag wird ein Messdatenerfassungssystem vorgestellt, bei dem die Datenuebertragung je nach den Anforderungen entweder auf Zweidrahtleitung oder via Lichtleiter erfolgen kann. Es handelt sich um ein ringfoermiges serielles Bussystem fuer das eine universelle Interfacekarte mit Mikroprozessor aufgebaut wurde. Nach Beschreibung der Struktur des Systems wird auf den Uebertragungscode und das Datenprotokoll eingegangen. Anschliessend wird der Aufbau der Interfacekarte gezeigt. Einige Bemerkungen zu den Software-Modulen fuer die Interfacekarte, zum Programmablauf auf ihr und zur Synchronisierung der Interface-Karte runden den Beitrag ab.
Im Rahmen eines GPS-Projektes ist an der Fachhochschule Offenburg ein Konzept für einen experimentellen Navigationsempfänger entstanden. Hierfür wurde der digitale Teil entwickelt und aufgebaut. Für die Realisierung der Schaltung sollten benutzerprogrammierbare Gate Arrays von Xilinx (LCAs) verwendet werden, die sich schon bei einer anderen Arbeit an der Fachhochschule bewährt hatten.
Nachfolgend möchte ich dem Leser einen Überblick über das GPS-System und die Entwicklung der LCAs geben.
Im folgenden Beitrag wird ein programmierbarer Logikbaustein vorgestellt, der zur Datensicherung erforderlich ist, wenn eine CCD-Linearkamera über eine längere Leitung an einen PC angeschlossen werden soll. Damit die Verbindung zum PC sehr lang werden kann, sollen die Meßdaten bitseriell über einen Lichtwellenleiter übertragen werden. Der geringe zur Verfügung stehende Einbauraum in der Kamera faßt die erforderliche Digitalisier- und Codierschaltung auf einem LCA-Chip zusammen.
Dieser Beitrag befaßt sich mit der optischen Meßtechnik, mit der man geometrische Dimensionen berührungslos und mit hoher Genauigkeit vermessen kann. Durch eine konkrete industrielle Aufgabenstellung angeregt, wurde im Labor für Optoelektronik der FH Offenburg eine einfache, aber universelle und PC-steuerbare Linear-CCD-Kamera entwickelt. Entscheidend für die Auslegung der Kamera ist die Auswahl des geeigneten Sensors.
Prozeßrechner und Automatisierungstechnik gehören heute zur Standardausrüstung im Bereich der Energie-, Verfahrens- und Fertigungstechnik. In der Antriebstechnik sind jedoch noch umfangreiche Aufgaben zu lösen. Für Einzelantriebe stehen leistungsfähige Steuerungs- und Regelungseinheiten zur Verfügung. Die Hauptaufgabe liegt heute in der Leittechnik für gekoppelte Antriebe. Hier muß ein Leitsystem die übergeordneten Aufgaben übernehmen. Eine vordringliche Aufgabe besteht darin, geeignete Strategien und Algorithmen zu finden, um mechanisch verkoppelte Antriebssysteme leittechnisch zu entkoppeln. Diese Theorien können nur mit leistungsfähigen Rechnern und hochdynamischen Echtzeit-Bussystemen zur Kommunikation praktisch umgesetzt werden. Abschließend wird auf die wichtige Aufgabe der Hochschulen hingewiesen, den Studenten neben der Grundausbildung im Elektromaschinenbau auch solide Kenntnisse in der Leittechnik, Informatik und in der Regelungstechnik zu vermitteln.
Die Elektronikindustrie bietet für die Realisierung digitaler Logik eine Vielzahl integrierter Bausteine an, die ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit als auch Integrationsdichte ermöglichen.
Je nach Integrationsdichte unterscheidet man hierbei zwischen Standardlogik (TTL,CMOS,DTL...), programmierbarer Logik (PLA, GAL...), Gate Arrays und ASIC-Bausteinen. Mit steigender Integrationsdichte werden Systemeigenschaften verbessert, wie Leistungsverbrauch, Platzbedarf, und Zuverlässigkeit.
Jedoch steht ihr auch ein stark erhöhter Kosten- und Entwicklungsaufwand gegenüber, der den Einsatz hochintegrierter Bausteine in Einzelfertigung bzw. Kleinserien verhindert.
Xilinx bietet nun mit seiner LCA-Produktreihe (logic cell array) eine Alternative zu bestehender hochintegrierbarer Logik an, mit der es möglich sein soll, Vorteile der genannten Einzelproduktgruppen zu übernehmen, und deren Nachteile zu beseitigen.
Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde ein solcher LCA-Baustein (XC3020) eingesetzt. Anhand der gegebenen konkreten Anwendung konnte hierbei untersuch twerden, wie schnell sich ein solcher Baustein in bestehende Hardware eingliedern läßt, und welche Integrationsdichte er ermöglicht.
Im Folgenden sollen nun als Schwerpunkte das Einsatzgebiet, die Entwicklung und die Simulation des LCA bei vorliegender Aufgabenstellung aufgezeigt werden.
Im Rahmen des Kontinentalen Tiefbohrprogramms der Bundesrepublik Deutschland (KTB) wurde im September 1987 in der Oberpfalz bei Windischeschenbach mit der Vorbohrung begonnen, die im Frühjahr des letzten Jahres bei einer Tiefe von 4000m erfolgreich abgeschlossen wurde. Mit der in diesem Jahr beginnenden Hauptbohrung will man 10 bis 12km tief in das Erdinnere vorstoßen. Nicht nur anhand von Gesteins- und Flüssigkeitsproben, sondern auch mit Hilfe von Meßsonden werden umfangreiche geophysikalische Daten gewonnen. Der Aufsatz beschreibt, wie die magnetische Suszeptibilität von Gesteinen bis ca. 300°C Umgebungstemperatur und einem Druck von 2kbar gemessen wird und die Daten über ein 14km langes Bohrlochkabel von der Sonde zum Steuerrechner übertragen werden.
An der FH Offenburg arbeiten seit Ende 1989 in einem Team die Professoren Dr. Jansen, Dr. Schüssele, die wissenschaftlichen Mitarbeiter Bernd Reinke, Martin Jörger und die Diplomanden Hans Fiesel, Otmar Feißt an dem Entwurf eines Nachrichtenempfängers. Im Rahmen dieses Projekts, genannt GPS-Projekt (GPS = Global Positioning System), wurde im Herbst 1990 ein experimenteller Empfänger in Betrieb genommen. Nachdem die Testergebnisse gezeigt hatten,daß das Konzept der Anlage stimmte, ging es nun um die Miniaturisieriung, Integration und Optimierung der Schaltung. Außerdem sollte der bisher verwendete PC durch einen auf der Platine befindlichen Mikroprozessor ersetzt werden. Im Zusammenhang mit dem GPS-Projekt wurden bisher im Offenburger ASIC-Labor eine Analogschaltung auf einem B500, drei LCA Designs und diverse GAL's entwickelt.
Zur Zeit arbeiten mehrere Diplomanden an der zweiten Generation des Empfängers. Meine Aufgabe besteht darin, die dort noch in drei LCA's untergebrachte digitale Logik sowie einen Teil des bisherigen PC-Interface in einem IMS Gate Forrest zu integrieren. Außerdem muß die Logik von 8 Bit auf einen 16 Bit breiten Datenbus umgestellt und an die neue Peripherie des Mikroprozessors angepasst werden. Damit soll die jetzige Digital-Platine noch weiter verkleinert werden. Wesentlich ist dabei die Umsetzung der zahlreichen Zähler- und Registerstrukturen in einem Gate Forrest. Als Arbeitsmittel stehen Apollo Workstations mit Mentor Software zur Verfügung.
Seit einiger Zeit wird an der Fachhochschule in Offenburg ein Entwicklungsprojekt verfolgt, an dessen Ende ein GPS Empfänger stehen soll. Dabei handelt es sich um einen Satellitenempfänger, mit dem weltweit eine genaue dreidimensionale Standortbestimmung durchgeführt werden kann. Für diesen Empfänger sollte ein Großteil der Analogschaltung, bestehend aus ZF Verstärker, Costas Loop Synchrondemodulator und Pegeldetektor, in das Transistorarray B500a von AEG intgriert werden. Das Chipdesign wurde im Labor für ASIC Design an der FH Offenburg während des Wintersemesters 1990/91 erstellt. Gefertigt wurde der Chip von der Firma AEG in Ulm, wobei die Fertigungszeit des ASIC 6 Wochen betragen hat.
Die Fachhochschule Offenburg bietet seit dem Wintersemester 1990/91 den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik das Wahlpflichtfach ASIC-Design an. Schon kurz nach der Errichtung des ASIC-Design-Centers im Frühjahr 1990 ermöglicht sie damit künftigen Ingenieuren eine Ausbildung in einem Bereich, der in der modernen Schaltungsentwicklung nicht mehr wegzudenken ist.
Als Grenztaster und zur Erfassung kleinster Wege werden in der Industrie induktive Wegaufnehmer in Meßvorrichtungen eingesetzt. Die Verwendung diskret aufgebauter Elektronik verursacht hierbei neben erheblichem Raumbedarf auch unakzeptabel hohe Kosten. Daher entschloß man sich zur Entwicklung einer in den Aufnehmer integrierten Elektronik. Eine Prüfung der auf dem Markt angebotenen ICs deckt jedoch die Forderungen für diesen Anwendungsbereich nicht ab. Dieser Beitrag erläutert den Schaltungsentwurf und das Layout eines ASICs, der an der FH Offenburg für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurde und befaßt sich besonders mit dem integrierten Vierquadranten-Multiplizierer.
An investigation is underway regarding the usefulness of altazimuth-mounting telescopes' incorporation of laser gyros for pointing and fiber gyros with extremely small random-walk coefficient for telescope inertial stabilization during tracking. A star tracker is expected to help stabilize long-term gyro bias. Gyro and telescope specifications have been derived by means of computer simulations and systems analyses.
Digitaler Phasenreglerkreis mit numerisch gesteuertem Oszillator als LCA-Microcontroller Kombination
(1992)
Am Beispiel einer Schrittmotor-Indexerschaltung wird der effektive Einsatz von konfigurierbaren Logic Cell Arrays in Zusammenwirkung mit einem Mikrokontroller demonstriert, wobei die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des LCAs den Bereich der Schaltung übernimmt und im Regelkreis die arithmetrische Berechnung durchführt. Die Konfiguration des LCA aus dem EPROM des Controllers führt zu einer ungewöhnlichen Flexibilität des Entwurfs und ermöglicht zahlreiche andere Anwendungen mit dieser Architektur.
Zur Erkennung bestimmter Fehler, wie zum Beispiel Ätzfehler, Oberflächen-Fremdkörper, Verschmutzungen, bei der Leiterplattenherstellung ist eine Echtfarben-Bildverarbeitung notwendig, über die hier ein Überblick gegeben wird. Zur Farbsegmentierungs sind verschiedene Methoden geeignet, die einmal im Rot-Grün-Blau-Raum oder im HSI-Raum (Hue, Saturation, Intensity - Färbung, Sättigung, Intensität) untersucht und verglichen werden. Clusterfindungsverfahren und Lookup-Tabelle bereiten Schwierigkeiten bei der Erfassung der Farbkanten, zum Beispiel der Kante zwischen dem Kupfer und dem Beschichtungsmaterial. Hier hilft ein geeigneter Algorithmus, der mit Vorsegmentierung arbeitet. Eine Verfeinerung ist mit Hilfe von Kantenfiltern möglich, zum Beispiel das Color-Sobel-Magnitude-Filter.
Die Fachhochschule Offenburg bietet den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik seit Ende 1990 das Wahlfach "Entwicklung integrierter Anwenderschaltkreise (ASIC)" an. Ziel des Wahlfachs ist es, den Studenten Grundkenntnisse im Entwurf eines ASIC's zu vermitteln, und wie im folgenden Beitrag aufgezeigt, die Möglichkeit zu bieten, den gesamten Entwurfszyklus von der Schaltungsentwicklung bis hin zur Fertigungsmaske zu durchlaufen.
In Verbindung mit geeigneten Sensoren, können Korrelatoren aus völlig regellosen Signalströmen hochpräzise Daten gewinnen. Diese Meßgeräte werden zur Messung von Durchflüssen, Mengenströmen und Geschwindigkeiten benötigt. Durch die Geschwindigkeitssteigerung bei Rechnern und deren Preisverfall werden Korrelatoren nicht mehr wie in der Vergangenheit nur im Bereich der Forschung und der Entwicklung eingesetzt, sondern in zunehmendem Maße auch als Betriebsmeßgeräte.