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This paper treats the Brillouin backscattering in a single mode optical fiber and its implications on the Brillouin Ring Laser Gyroscope (BRLG). The BRLG consists of a fiber ring cavity in which stimulated Brillouin scattering is induced and provides two resonant counterpropagating backscattered waves. If this cavity is rotating around its axis, the backscattered waves get different resonant frequencies because of the Sagnac effect. The frequency difference is proportional to the rotation rate (Omega) by inducing a frequency offset between the counterpropagating waves. Some reported Brillouin spectra exhibit several peaks, which means that one pump wave provides at least two backscattered waves with distinguishable frequencies. In order to understand this multi-backscattering and to take advantage of it for the BRLG, we present results of a simulation of the Brillouin backscattering in a single mode optical fiber.
The prototype of an optical gyro encoder (OGE) has been successfully tested on the NTT telescope in September '93. The OGE consists of a ring laser gyro and a fiber optic gyro with their input axis parallel. The gyro outptu signals are compensated for earth rotation and misalignment and are subsequently integrated to get the angles. An adaptive digital control loop locks the fiber optic gyro to the laser gyro data. Thus the combined output has the precision of the laser gyro and the low noise of the fiber optic gyro. Specifically, the bias stability is better than 2 X 10-3 deg/h, the scale factor accuracy better than 1 ppm, the random walk coefficient better than 5 X 10-4 deg/(root)h and the resolution better than 3 X 10-4 arcsec. The OGE has been mounted in the altitude and in the azimuthy axis of the telescope. The data were compared with the telescope disk encoder data. The test data show that the pointing accuracy is about 1 arcsec and the tracking accuracy 0.1 arcsec over a time of 30 seconds. This accuracy is sufficient for the very large telescope, for instance.
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.
Als Fortsetzung des FHOP-Projektes wurde an der Fachhochschule Offenburg auf Basis des bestehenden Mikroprozessorkerns im Rahmen einer Diplomarbeit ein Mikrocontroller in ES2-0.7 μm-Technologie entworfen. Der Controller wurde modular aufgebaut mit den Komponenten: FHOP-Mikroprozessor, Buscontroller, Waitstate-Chipselect-Einheit, 16x16 Bit Multiplizierer, 2KB ROM, 256 Byte RAM, Watchdog, PIO mit 16 konfigurierbaren Ports, SIO, 2 Timer und ein Interruptcontroller für 8 Interrputquellen.
Der Chip benötigt bei einer Komplexität von ca. 65400 Transistoren eine Siliziumfläche von etwa 27 mm². Er wurde im September 1996 zur Fertigung gegeben und mittlerweile erfolgreich getestet. Das interne ROM des Mikrocontrollers enthält das BIOS sowie ein Testprogramm. Zur Erstellung der Software steht eine komplette Entwicklungsumgebung zur Verfügung. Sämtliche Komponenten stehen im FHOP-Design-Kit in Kürze zur Verfügung.
Nach dem Nachweis der Funktionalität des an der Fachhochschule Offenburg entwickelten Mikroprozessorkernels FHOP (First Homemade Operational Processor), wird eine Anwendung des Kernels in einem Applikationschip beschrieben.
Der Thermologger-ASIC soll mit Hilfe eines Temperatursensors die Umgebungstemperatur bei technischen Prozessen in regelmäßigen Zeitabständen erfassen und abspeichern. Die Meßwerte werden bei Bedarf ber eine serielle Schnittstelle des Thermologger-ASICs an einen PC übertragen und ausgewertet. Zur Verringerung der Leistungsaufnahme wird zwischen zwei Temperaturmessungen in einen Power-Down-Mode geschaltet.
Der ASIC soll später in einer Chipkarte integriert werden.
Im Frühjahr 1995 entstand die Idee, einen Lottozahlengenerator als Demonstrations- und Studienobjekt, für die Anwendung komplexer digitaler Entwurfsmethoden, zu entwerfen. Mit Hilfe der Schaltung ist es möglich, 6 verschiedene Zahlen zufällig aus 49 Zahlen zu ermitteln. Bei der Ziehung der einzelnen Zahlen werden verschiedene Töne und Melodien erzeugt. Die Schaltung ist so konzipiert, daß eine einfache Bedienung möglich ist. Der Chip wurde als Standardzellen-Entwurf mit einer Fläche von ca. 7 um² geroutet.
An der Fachhochschule Offenburg wurde im Sept. 93 das Projekt eines implantierbaren 16 Bit Mikroprozessor-Kernels FHOP ins Leben gerufen. Ausgehend von dem in einem Testchip erfolgreich erprobten umstrukturierten Entwurf wurde durch gezielten Einsatz von strukturiertem Routen unter Nutzung der Fähigkeiten zum hierarchischen Arbeiten in der MENTOR-IC-Station eine erheblich verkleinerte und flächenmäßig optimierte Struktur abgeleitet, die sich mit 4 Quadratmilimetern Fläche durchaus mit kommerziellen Mikroprozessor-Kerneln vergleichen läßt.
FHOP-Mikroprozessor-Kernel
(1995)
Für die Implementation in ASIC's wurde ein kompakter Mikroprozessor-Kernel als Standardzellen-Makro entworfen. Durch konsequenten Einsatz von Hochsprachen und CAE-Werkzeugen (VHDL, Synthese) konnte ein vollständiges Design in nur vier Monaten durchgeführt werden. Der Prozessor wird in einem Testchip erprobt.
Erstellen von Hardmakros und Aufbau einer Zellbibliothek unter Verwendung des ES2-Library-Kits
(1993)
Es wird eine Anleitung zur Erstellung von Hardmakros mit der Mentor-Graphics-Software gegeben. Die Hardmakros werden mit Standardzellen aus der ES2-Bibliothek der Firma EUROCHIP aufgebaut. Die Hardmakros werden in eine eigenständige Bibliothek abgelegt und können in neuen Chip-Designs verwendet werden.
Mit zunehmend komplexer werdenden Schaltungen wachsen auch die Anforderungen an die Entwicklung einer entsprechenden Leiterplatte. Mit der BOARD-Station von MENTOR-Graphics können professionelle Leiterplatten entwickelt werden.
Im Rahmen dreier Entwicklungsprojekte an der Fachhochschule Offenburg wurden mehrere aufwendige Layoutentwürfe mit der BOARD-Station in verschiedenen Diplomarbeiten durchgeführt. Im Folgenden wird über die dabei gewonnenen Erfahrungen berichtet.
Digitaler Phasenreglerkreis mit numerisch gesteuertem Oszillator als LCA-Microcontroller Kombination
(1992)
Am Beispiel einer Schrittmotor-Indexerschaltung wird der effektive Einsatz von konfigurierbaren Logic Cell Arrays in Zusammenwirkung mit einem Mikrokontroller demonstriert, wobei die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des LCAs den Bereich der Schaltung übernimmt und im Regelkreis die arithmetrische Berechnung durchführt. Die Konfiguration des LCA aus dem EPROM des Controllers führt zu einer ungewöhnlichen Flexibilität des Entwurfs und ermöglicht zahlreiche andere Anwendungen mit dieser Architektur.
Die Fachhochschule Offenburg bietet den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik seit Ende 1990 das Wahlfach "Entwicklung integrierter Anwenderschaltkreise (ASIC)" an. Ziel des Wahlfachs ist es, den Studenten Grundkenntnisse im Entwurf eines ASIC's zu vermitteln, und wie im folgenden Beitrag aufgezeigt, die Möglichkeit zu bieten, den gesamten Entwurfszyklus von der Schaltungsentwicklung bis hin zur Fertigungsmaske zu durchlaufen.
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.
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.
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.
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.
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.
A polarization mode dispersion measurement set-up based on a Mach-Zehnder Interferometer was realized. Measurements were carried out on short high-birefringent fibers and on long standard telecommunication single-mode fibers. In order to ensure high accurate results, special emphasis was placed on the evaluation of the interference pattern. The procedure will be described in detail and practical measurement results will be presented.
Im Institut für angewandte Forschung (IAF) der FH Offenburg wird derzeit eine Chipkarte entwickelt, mit der Temperaturzeitreihen über längere Zeiträume aufgezeichnet werden können. Die zur Datenerfassung erforderlichen Systemkomponenten sind auf nur einem Halbleiterchip zusammengefaßt, wodurch sich bei großen Produktionsstückzahlen ein sehr niedriger Herstellpreis erzielen läßt. Die 'Thermologger' genannte Chipkarte kann zudem mit Standard-Chipkartenlesern und einer dedizierten Software auf jedem PC konfiguriert, gelesen und ausgewertet werden.
Bei modernen Lokomotiven mit Drehstrom-Asynchronmotoren und mit bis zu 7 Megawatt Leistung, neigt das Antriebssystem bei nicht ausreichendem Kraftschluß zwischen Treibradsatz und Schiene zum 'Durchdrehen'. Bei diesem Vorgang wird nahezu die gesamte Energie zur Beschleunigung des Radsatzes eingesetzt, was zu mechanischen Schäden an den Rädern und Schienen führen kann. Beim Bremsen ist dies ähnlich, die Räder gleiten auf den Schienen, wenn zuviel Bremskraft gefordert wird. Die übertragbaren Zug- und Bremskräfte werden primär durch die Radsatzlast und den Kraftschlußbeiwert bestimmt, wobei der Verlauf der Kraftschlußkennlinie als Funktion des Schlupfs oder der Schlupfgeschwindigkeit im wesentlichen durch den Schienenzustand (naß oder trocken) bestimmt wird. Eine hohe Kraftschlußnutzung wird dann erreicht, wenn man laufend denjenigen Schlupfwert einstellt, der zum jeweiligen Kraftschlußmaximum führt. Hierzu werden in der Praxis verschiedene Konzepte und Methoden eingesetzt, es ist bis heute jedoch keine Methode bekannt, den Verlauf der Kraftschlußkennlinie meßtechnisch laufend zu erfassen oder rechentechnisch zu bestimmen. Bei der hier vorgestellten Vorgehensweise wurde der mechanische Antrieb zusammen mit dem Rad-Schiene-Kontakt als Zustandsraumodell beschrieben. Die Betrachtungen beruhen dann auf einer Frequenzganguntersuchung des eingeführten linearen Zustandsraummodells. Aufgrund der Linearisierung gelten die Ergebnisse der Frequenzgangsberechnung nur für den jeweiligen Betriebspunkt der Kraftschlußkennlinie, also für eine bestimmte Steigung. Variiert man nun die Steigung, so läßt sich der Einfluß der nichtlinearen Kraftschlußkennlinien ermitteln. Zur Messung von Frequenzgängen eignen sich insbesondere Verfahren der Orthogonalen Korrelation. Die technische Realisierung wird skizziert. Die Meßinformation ist dann die Basis für eine Regelung, die ein permanentes optimales Fahren im Kraftschlußmaximum zuläßt und zwar beim Beschleunigen und beim Bremsen. Das beschriebene Meß- und Regelungsverfahren ist derzeit in der Schweiz in der Betriebserprobung.
Ein neuer Ansatz wurde für mobile Roboter zur gleichzeitigen 3D (Drei-Dimensionaler) Kartierung und Lokalisierung vorgestellt. Die Grundlage bilden attributierte Flächenmodelle, die z.B. von segmentierten Laserscanner-Tiefenbildern stammen. Zur Optimierung der Gesamtähnlichkeit zwischen Flächenmodellen unter Zeitbedingungen werden mehrere Verfahren (Beschränkte Baumsuche, Iterative Verfeinerung, Evolutionäralgorithmus) kombiniert. Es wird speziell anhand der Ähnlichkeitsmaße gezeigt, wie das Wissen über die Lage stufenweise generiert und verwendet wird. Erste Messungen an realen segmentierten Tiefenbildfolgen zeigen, dass das Verfahren unbekannte übelappung, Verdeckung und Segmentierungsfehler toleriert sowie Echtzeitpotenzial besitzt.
Die Verarbeitung analoger Signale durch digitale Techniken ist durch die enorme Leistungsfähigkeit der Prozessoren zwischenzeitlich zum Standard geworden. Eine hinreichende Genauigkeit der digitalen Verarbeitung kann durch Wahl der notwendigen Wortbreite relativ einfach bewerkstelligt werden, wobei der Aufwand mit zunehmender Wortbreite linear, teilweise auch quadratisch steigt. Zum Flaschenhals in der Verarbeitung wird aber häufig die Wandlung der analog vorliegenden Signale in digitale Signale, ebenso die Rückwandlung der digitalen Signale in analoge Spannungs- oder Stromverläufe. Der Aufwand für diese teils analogen, teils digitalen Systeme steigt oft exponentiell mit der geforderten Genauigkeit bzw. Auflösung der Systeme und erfordert in konventioneller Technik bei hoher Auflösung aufwendige Maßnahmen auf dem Chip. Oversampling- und Rauschfärbungs-Methoden sind in der Verarbeitung von Audio-Signalen schon seit langem probate Mittel, um die Auflösung mit moderatem Aufwand zu erhöhen. Derartige Techniken werden zwischenzeitlich auch gerne im Bereich der Antriebstechnik, wo die Anforderungen an die erforderliche Positioniergenauigkeit zunehmen, eingesetzt. Ziel des Vortrags ist eine leicht verständliche Einführung in die Themengebiete der Überabtastung und der Rauschfärbung und ihre Anwendung im Hinblick auf Rundungsvorgänge im digitalen Bereich, in D/A-Wandlern und A/D-Wandlern vom Delta-Sigma-Typ.
The establishment of a software tool chain among requirements management tools, black box test approach tool CTE XL and RTRT is proposed in this paper. The use of Classification Tree Method ensures the reduction in the number of test cases and promises an increased efficiency when testing. The traceability of test cases and requirements is guaranteed by the established software tool chain with well defined interfaces. As the experimental results point out, a better test coverage can be achieved. Future work can be based on automatic generation of init and expected values for testing, requiring no interference from a software quality engineer. In conclusion, the tasks that need to be performed by the software quality engineers is to define the black box test cases using CTM/CTE XL, import the requirements from the requirements management tools, import the XML file to test tool RTRT. By giving the initial and expected values the testing can be performed in a comfortable way.
In the recent two years the authors have developed a light weight and low power flight control system for model helicopters consisting of an attitude and heading reference system (AHRS), a navigator (INS) augmented with GPS, barometric altitude sensor and a magnetic sensor, a flight control computer (FCC) and bidirectional ground data links. The system has been tested on a commercial stunt flight model helicopter. The AHRS consists of three MEMS-gyros, two 2-axis MEMS accelerometers and a microcontroller performing the required sensor compensation and data processing to generate attitude angles and true rate and acceleration data of the flying platform. The heading angle is augmented with a 2-axis magnetic sensor. The AHRS is stunt flight capable. The INS integrates the acceleration data to obtain velocity and position data. All data are calculated in both the helicopter and the local earth frame with 50 Hz rate. The algorithm is augmented with GPS data for the lateral movement and with a barometric altitude sensor for the vertical movement. The barometric data are compensated for air pressure changes due to the helicopter main rotor. The FCC contains a set of control loops in order to stabilize the helicopter in all axis and to perform commanded velocity and position tasks. The sampling rate for the control loops is again 50 Hz allowing flight control with high bandwidth. Various safety features are implemented in the software. The bidirectional data link is based on a 2.4 GHz Bluetooth Class I RF-link with a 115 kbaud data rate. A dipole antenna is used on the helicopter, an automatically tracking patch antenna is used on the ground. For commanded velocity flight a standard 35 MHz RF-link is used. For data sampling, monitoring and mode control a laptop is used on the ground. Several operating modes are implemented ranging from commanded velocity flight to simple automatic stunt flight according to predefined flight tracks. The model helicopter is an ALIGN TREX 600 with 3 kg flight mass and a brushless electric motor. The rotor diameter is 1.40 m. The helicopter is able to carry a payload which mass depends on the size of the installed LiPo-cells and the purpose of the flight mission. The system has been tested in quite a few flight tests and missions. The helicopter is controlled safely up to wind loads of at least 5 Beaufort - 6 Beaufort. Data and video captures will be presented. If permission is granted, a demonstration flight will be performed on the premises of the conference.
A new miniaturized capsule with 32bit processor and bidirectional communication system is being developed for multitask application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. The processor core SIRIUS has been developed, simulated, synthesized to a netlist and verified. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25 mm. The system is designed, simulated, emulated on FPGA, and routed in AMIS Technology.
This paper presents an enhancement on QPSK modulation technique for near field communication (NFC). The enhanced modulation is based on continuous-phase QPSK with Gaussian filtering during switch from one phase to the other. Signal processing is done digitally with minimum external discrete components for air interface. The telemetry system can be used to assist a smart capsule (slave) that can be swallowed to establish data communication with external device (master). The system is designed, simulated, and emulated on FPGA showing 20 dB attenuation on side-lobes of the spectrum.
“Today’s network landscape consists of quite different network technologies, wide range of end-devices with large scale of capabilities and power, and immense quantity of information and data represented in different formats” [9]. A lot of efforts are being done in order to establish open, scalable and seamless integration of various technologies and content presentation for different devices including mobile considering individual situation of the end user. This is very difficult because various kinds of devices used by different users or in different times/parallel by the same user which is not predictable and have to be recognized by the system in order to know device capabilities. Not only the devices but also Content and User Interfaces are big issues because they could include different kinds of data format like text, image, audio, video, 3D Virtual Reality data and upcoming other formats. Language Learning Game (LLG) is such an example of a device independent application where different kinds of devices and data formats, as a content of a flashcard is used for a collaborative learning. The idea of this game is to create a short story in a foreign language by using mobile devices. The story is developed by a group of participants by exchanging sentences/data via a flashcard system. This way the participants can learn from each other by knowledge sharing without fear of making mistakes because the group members are anonymous. Moreover they do not need a constant support from a teacher.
The following paper presents the results of a feasibility study about Bluetooth Low Energy (BLE) based wireless sensors. The development of industrial wireless sensors leads to important demands for the wireless technologies like a low energy consumption and a resource saving simple protocol stack. Bluetooth Low Energy (BLE) is a rather new wireless standard which will completely fulfill these fundamental requirements. A self-designed BLE sensor system has been used to explore the common applicability of BLE for wireless sensor systems. The evaluation results of various analyses with the BLE sensor system are now presented in this paper.
Security in IT systems, particularly in embedded devices like Cyber Physical Systems (CPSs), has become an important matter of concern as it is the prerequisite for ensuring privacy and safety. Among a multitude of existing security measures, the Transport Layer Security (TLS) protocol family offers mature and standardized means for establishing secure communication channels over insecure transport media. In the context of classical IT infrastructure, its security with regard to protocol and implementation attacks has been subject to extensive research. As TLS protocols find their way into embedded environments, we consider the security and robustness of implementations of these protocols specifically in the light of the peculiarities of embedded systems. We present an approach for systematically checking the security and robustness of such implementations using fuzzing techniques and differential testing. In spite of its origin in testing TLS implementations we expect our approach to likewise be applicable to implementations of other cryptographic protocols with moderate efforts.
Learning to Walk With Toes
(2020)
This paper explains how a model-free (with respect to the robot model and the behavior to learn) approach can facilitate learning to walk from scratch. It is applied to a simulated Nao robot with toes. Results show an improvement of 30% in speed compared to a model without toes and also compared to our model-based approach, but with less stability.
Autonomous humanoid robots require light weight, high torque and high speed actuators to be able to walk and run. For conventional gears with a fixed gear ratio the product of torque and velocity is constant. On the other hand desired motions require maximum torque and speed. In this paper it is shown that with a variable gear ratio it is possible to vary the relation between torque and velocity. This is achieved by introducing systems of rods and levers to move the joints of our humanoid robot ”Sweaty II”. On the basis of a variable gear ratio low speed and high torque can be achieved for those joint angles, which require this motion mode, whereas high speed and low torque can be realized for those joint angles, where it is favorable for the desired motion.
Existing approaches solving multi-vehicle pickup and delivery problems with soft time windows typically use common benchmark sets to verify their performance. However, there is a gap from these benchmark sets to real world problems with respect to instance size and problem complexity. In this paper we show that a combination of existing approaches together with improved heuristics is able to deal with the instance sizes and complexity of real world problems. The cost savings potential of the heuristics is compared to human dispatching plans generated from the data of a European carrier.
Die Einhaltung der innerhalb der Designphase festgelegten Architektur eines Softwareprojektes muss w ̈ahrend der Entwicklungsphase sichergestellt werden. Dieses Papier beschreibt eine Erweiterung des Eclipse-Plugins JDepend4Eclipse, die die Verwaltung von Regels ̈atzen erlaubt und die Pr ̈ufung auf in einem Projekt vorhandene, unerlaubte Abh ̈angigkeiten auf Knopfdruck innerhalb der Entwicklungsumgebung vornimmt. Die Erweiterung des Plugins wird bereits erfolgreich in internen Projekten der Hochschule Offenburg eingesetzt und soll demn ̈achst ̈offentlich verf ̈ugbar sein.
A new electronic capsule with bidirectional communication system is being developed for multi-task application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. It consists additionally to a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA. A final layout of the complete chip design is still under progress.
The Institute of Applied Research Offenburg is working in the field of autonomous data loggers since many years. In collaboration with industry, a new RFID based active sensor data logger for continuous recording of temperature has been developed and is now manufactured in mass production. Compared to existing systems, an unusual large data memory is integrated, which can be used via a simplified file system in a flexible way. The system will be used to accompany and monitor temperature sensitive goods of high value. The transponder is the first member of a new class of logging devices, the smallest will be not larger than a 2 Euro-coin with a fully integrated ASIC frontend.
Remote measurement of the physiology, so-called biotelemetry, is a key technology in the modern veterinary medicine. The usage of wireless implants has less impact on the behavior of animals than manual measurement methods and cause less disturbance than wired devices. But, common biotelemetry still uses proprietary communication and power concepts focused on small systems with one animal. Therefore, the University of Applied Sciences Offenburg is developing a low-cost RFID system called muTrans1, which is able to measure ECG, pressure, temperature, oxygen saturation and activity. The muTrans uses an own RFID sensor transponder and standardized commercial components and combines them to a scalable RFID system able to build-up RFID sensor networks with a nearly unlimited size.
In this paper, a complete passive transponder device has been discussed which is meant to monitor leakage in silicone breast implants. The passive tag operates in the HF frequency range of 13.56MHz using RFID ISO 15693 standard. The complete system consists of the transponder, reader and a PC. This paper focusses on the development of such a state of the art passive RFID transponder to monitor the wellness of the silicone breast implants periodically in order to detect leakage in the same. Keyword: RFID (Radio frequency identification device), EM (Electromagnetic) field, Passive Transponder, Silicone breast implants.
Die direkte Vermarktung von Strom aus Wind und Sonne stellt einen wichtigen Schritt der Energiewende dar. Einerseits kann durch die Marktintegration die Unabhängigkeit von EEG-Subventionen gelingen. Andererseits wird über diese Mechanismen die Stromerzeugung an der Nachfrage orientiert, wodurch zur Stabilität des Stromnetzes beigetragen wird. Ein Beispiel dafür ist die lokale Vermarktung von PV-Strom in einem Mietshaus. Für deren Umsetzung benötigen die Akteure ein Mess- und Steuerungssystem, dass vor Ort Zähler- und Anlagendaten erfasst und die Abrechnung der Mieter vereinfacht. Außerdem sollte es Kennwerte wie beispielsweise den PV-Anteil berechnen und gegebenenfalls ein Blockheizkraftwerk steuern. Weder die Zählersysteme der Messstellenbetreiber noch die Steuerungssysteme von PV- oder Blockheizkraftwerken erfüllen diese Anforderungen ausreichend. In der Forschung ist man währenddessen bereits einen Schritt weiter und arbeitet an technischen Systemen, die für wesentlich komplexere Energiesystem- und Markttopologien ausgelegt werden. In dieser Arbeit werden die neuen technischen Anforderungen der Direktvermarktung in einem Mietshaus identifiziert und mit dem Stand aktueller Marktprodukte sowie dem System »OpenMUC« aus der Forschung verglichen.
Die immer weitreichenderen Anwendungen des Smart Metering und des Smart Grid stellen immer höhere Anforderungen an Kommunikationstechnologien, die die Zielkonflikte aus Echtzeitfähige, Stabilität, Kosten und Energieeffizienz möglichst anwendungsoptimiert und auf einem immer höheren Niveau lösen. Insbesondere im Bereich der so genannten Primärkommunikation zwischen einem Sensor- oder Aktorknoten und einem Datensammler mit Gatewayfunktionalität konnten in den vergangenen Jahren wesentliche Fortschritte erzielt werden. Zu nennen sind hierbei insbesondere die Aktivitäten der ZigBee Alliance rund um den offenen Spezifikationsprozess des ZigBee Smart Energy Profiles (SEP) und der OMS-Gruppe beim ZVEI, die auf dem Wireless M-Bus nach EN13757-4 aufbauen, der sich seinerseits lebhaft und zielgerichtet weiter entwickelt. Der Beitrag diskutiert die vorhandenen Einschränkungen und die verfügbaren Lösungsansätze. Er illustriert diese anhand einiger öffentlich geförderter Projekte, an denen das Team des Autors beteiligt ist.
This paper presents the elements and the results from the European research project inCASA (Integrated Network for Completely Assisted Senior Citizen’s Autonomy), which designed and implemented a seamless integration of heterogeneous systems and network protocols for regionally distributed telecare and telehealth applications. The integration includes a multitude of physical interface, the transcoding of data models using embedded middleware, and a backend system with open interfaces. The implementation was verified in field tests in five European countries.
Immer mehr Anwendungen der Heim- und der Gebäudeautomatisierung werden vernetzt, weil damit erweiterte Funktionen ermöglicht oder Kosten gespart werden können. Dabei führt eine Reihe von Aspekten zu einem erhöhten Risiko für diese vernetzten Systeme. Gegenwärtig arbeiten verschiedene Gruppen an Sicherheitslösungen für die vernetzte Heim- und Gebäudeautomatisierung. Der Beitrag gibt einen Überblick über diese Aktivitäten und zeigt die wesentlichen Entwicklungsrichtungen auf.
Efficient, secure and reliable communication is a major precondition for powerful applications in smart metering and smart grid. This especially holds true for the so called primary communication in the Local Metrological Network (LMN) between meter and data collector, as the LMN comes with the most stringent requirements with regard to cost, range, as well as bandwidth and energy efficiency. Until today, LMN field tests are operated all over the world. In these installations, however, energy autarkic systems play a marginal role. This contribution describes the results of the framework 7 (FP 7) WiMBex project (“Remote wireless water meter reading solution based on the EN 13757 standard, providing high autonomy, interoperability and range”). In this project an energy autarkic water meter was developed and tested, which follows the specification of the Wireless M-Bus protocol (EN 13757). The complete system development covers the PCB with the RF transceiver and the microcontroller, the energy converter and storage, and the software with the protocol. This contribution especially concentrates on the design, the development and the verification of the routing protocol. The routing protocol is based on the Q mode of EN13757-5 (Wireless M-Bus) and was extended by an additional energy state related parameter. This extension is orthogonal to the existing protocol and considers both the charge level and the charge characteristics (rate of occurrences, intensity). The software was implemented in NesC under the operating system TinyOS. The system was verified in an automated test bed and in field tests in UK and Ireland.
In the last decade, IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks, also known as 6LoWPAN, has well evolved as a primary contender for short range wireless communication and holds the promise of an Internet of Things, which is completely based on the Internet Protocol. In the meantime, various 6LoWPAN implementations are available, be it open source or commercial. One of these implementations, which was developed by the authors' team, was tested on an Automated Physical Testbed for Wireless Systems at the Laboratory Embedded Systems and Communication Electronics of Offenburg University of Applied Sciences, which allows the flexible setup and full control of arbitrary topologies. It also supports time-varying topologies and thus helps to measure performance of the RPL implementation. The results of the measurements show a very good stability and short-term and long-term performance also under dynamic conditions. In addition, it can be proven that the performance predictions from other papers are consistent with real-life implementations.