DIPLOMARBEIT - HTL- Innovativ Austria

HÖHERE TECHNISCHE BUNDESLEHRANSTALT HOLLABRUNNAbteilung:ElektronikAusbildungsschwerpunkt: Technische InformatikDIPLOMARBEITDOKUMENTATIONNamen derVerfasser/innenJahrgang / KlasseSchuljahrThema der DiplomarbeitMatthias Glanz, Dominik Koukola5AHELI2011/12Laser DistrometerKooperationspartnerAufgabenstellungDas Ziel der Diplomarbeit war es ein Laserdistrometer mit integrierterEthernet- und USB-Schnittstelle zu entwickeln. Ein Laserdistrometer istein Messgerät, das die Größe und Geschwindigkeit von fallendenHydrometeoren (Regen, Schnee, Graupel und Hagel) misst.RealisierungUm die fallenden Hydrometeore messen zu können wurde mit Hilfeeines horizontal polarisierten Lasers ein Laserband erzeugt, welchesvon einer Konvexlinse parallel gerichtet wird. Dieses parallele Band trifftauf einen CCD (Charge Coupled Device) Zeilen-Sensor, der dieLichtinformation in elektrische Signale umsetzt. Wir haben den TSL210Sensor von TAOS (Texas Advenced Optoelectronic Solutions) gewählt.Wenn ein Hydrometeor durch das Laserband fällt, wird eine bestimmteAnzahl von Pixeln der CCD Zeile abgedunkelt und die Größe desHydrometeors kann bestimmt werden.Für die Analog-Digital-Wandlung verwenden wir den ADS822 ADC vonBurr Brown. Anschließend werden die vom ADC gelieferten Daten ineinem FPGA (Field Programmable Gate Array) verarbeitet. Dies erlaubtschnelle parallele Datenverarbeitung. Das Modul GODIL50_XC3S500Evon OHO Elektronik wurde ausgewählt, weil es über standardisierte2,54mm Buchsenleisten verfügt und mit bereits an der Schulevorhandenen Programmiergeräten programmiert werden kann. Dieverarbeiteten Daten werden vom FPGA über eine serielle Schnittstelleübertragen.Das von einem anderen Diplomanden (Stefan Heiderer) entwickelteARM Minimalsystem dient als Basis für die USB- und Ethernet-Verbindung. Der ARM Prozessor empfängt die Daten des FPGAs,speichert diese und stellt sie anschließend über USB und Ethernet zurVerfügung.ErgebnisseDie Datenverarbeitung unterscheidet Regentropfen, Schneeflocken,Graupel Körner und Hagel Körner aufgrund der charakteristischenGrößen und Geschwindigkeiten.Die ADCs liefern Daten, die von unserem Auswertealgorithmus imFPGA verarbeitet werden. Die serielle Kommunikation zum ARMMinimalsystem funktioniert problemlos und die Ergebnisse werdenübertragen.Seite 1 von 2

HÖHERE TECHNISCHE BUNDESLEHRANSTALT HOLLABRUNNAbteilung:ElektronikAusbildungsschwerpunkt: Technische InformatikDas Kommunikationsmodul sendet Daten über die EthernetSchnittstelle wenn dies manuell oder automatisiert vomDatenbankserver verlangt wird. Einstellungen und Systemparameterkönnen über die USB Schnittstelle geändert werden, die physischenZugriff auf das Gerät voraussetzt. Die Daten können aus der Ferneüber das Netzwerk abgerufen werden, eine Änderung vonEinstellungen ist auf diesem Weg jedoch nicht möglich.Abschließend werden die Daten grafisch dargestellt, um demBetrachter einen schnellen Überblick über die gelieferten Resultate zuermöglichen.Das Design mit der Analog-Digital Umwandlung, anschließendenVerarbeitung im FPGA und USB- und Ethernet-Schnittstelle kann fürzukünftige Projekte leicht als Referenz herangezogen werden.Typische Grafik, Foto etc.(mit Erläuterung)Laser&OptikStefan Heiderer'sARM Minimal SystemCCD sensor arrayADCFPGA Core moduleADCUSBInterfaceCortex M3Core moduleDatenerfassungSerial Verbindung Serial VerbindungEthernet InterfaceTeilnahme an Wettbewerben,AuszeichnungenJugend Innovativ, Bosch Technik fürs Leben PreisMöglichkeiten derEinsichtnahme in die ArbeitHTBL HollabrunnAnton Ehrenfriedstraße 10A-2020 HollabrunnApprobation(Datum / Unterschrift)Prüfer/inAbteilungsvorstand / Direktor/inSeite 2 von 2