Rack'n'Roll
Im Projekt Rack'n'Roll wurde ein System zur Messdatenauswertung eines modularen Messsystems mit Spannungsbegrenzung entwickelt. Dieses System wurde dabei echtzeitfähig entwickelt und basiert auf einem Arduino Mega 2560. Entwickelt wurde das Programm von Peter Wiese im Rahmen des Moduls Vertiefung Systemtechnik am Campus Velber/Heiligenhaus der Hochschule Bochum und wird in einem modularen Messsystem, welches im Modul Elektronik und digitale Signalverarbeitung aufgebaut wurde, eingesetzt. Das Projekt ist mittels der Arduino IDE in C++ geschrieben und steht unter BSD Simplified Licence [1].
Einleitung
Im Rahmen des Moduls Sensortechnik und digitale Signalverarbeitung am Campus Velbert/Heiligenhaus wurde eine modulare Messeinrichtung entwickelt und aufgebaut. Dieses besteht aus einzelnen, wechselbaren Platinen welche verschiedene Aufgaben erfüllen sollen. So wurden bisher z.B. eine Platine entwickelt mit denen zwei Signale Addiert oder Subtrahiert werden können, eine Platine zur Strom-Spannungswandlung und eine Platine zur Implementierung diverser Filter. Da in diesen Schaltungen Operationsverstärker verwendet werden, welche nur in begrenzten Spannungsbereichen arbeiten, wurden auf den Platinen außerdem Kontrollschaltungen eingebaut. Diese erkennen, ob ein bestimmter Schwellwert überschritten wurden und informieren daraufhin den Nutzer, da es dadurch zu Messfehlern kommt. Alle Platinen sollen außerdem digital Ausgewertet werden können. Genau bei den letzten beiden Punkten kommt das hier dokumentierte Projekt ins Spiel.
Ziel dieses Projektes ist die Implementierung der digitalen Auswertung der Signale des Messaufbaus, sowie die Verwaltung der Kontrollschaltung. Dabei sollen die Signale mittels eines Arduino Mega 2560 verarbeitet und auf einem Computer ausgegeben werden. Außerdem soll der Arduino die Spannungsbegrenzung zurücksetzen und verwalten können.
Konzept und Echtzeitfähigkeit
Das Konzept des Systems ist relativ einfach gehalten. Die einzelnen Platinen sind an ein Bussystem angeschlossen, welches sich um die Spannungsversorgung und die Kommunikation mit dem Arduino kümmert. Die genaue Definition des Bussystems ist nachfolgend dargestellt.
| Bahnnummer | Verwendung |
|---|---|
| 1 | -12 V Spannungsversorgung |
| 2 | +12 V Spannungsversorgung |
| 3 | Masse |
| 4 bis 14 | analoge Ausgangssignale der Platinen |
| 15 | Reset der Spannungsbegrenzung |
| 16 bis 29 | Anzeige der einzelnen Spannungsbegrenzungen |
| 30 | ODER-Verknüpfte Begrenzung für der Interrupt |
| 31 | +5 V Spannungsversorgung |
| 32 | -5 V Spannungsversorgung |
Dabei werden die analogen Ausgangssignale der Bahnen 4 bis 14 direkt mit den analogen Eingängen des Arduino verbunden um die schnelle Auswertung zu ermöglichen. Die Bahn 15 wird genutzt um die Spannungsbegrenzung zurückzusetzen und ist mit einem Ausgang des Arduino verbunden. Die Bahn 30 ist mit einem Interrupt-Pin des Arduino verbunden und sorgt dafür, dass ein Interrupt aufge- rufen wird, sobald eine Platine in die Begrenzung gerät. Anschließend können die Bahnen 16 bis 29 ausgewertet werden um herauszufinden, welche Platine dafür verantwortlich ist.
Auf der Gegenseite, also am Arduino, sind dann die Bahnen mit den Ports verbunden. Die konkrete Pin-Belegung des Arduino kann der nachfolgenden Tabelle entnommen werden. Dabei sind neben den Äquivalenten zum Bussystem auch noch weitere Pins definiert, welche für Schalter reserviert sind, mit denen ausgewählt werden kann, welche Analog-Pins abgefragt werden.
| Port | Verwendung |
|---|---|
| A4 bis A14 | analoger Eingang, Bahnen 4 bis 14 vom Bus |
| 2 | Interrupt-Pin für Begrenzung, Bahn 30 vom Bus |
| 3 | Interrupt-Pin zum Neustart, Bahn 15 vom Bus |
| ungerade Pins 31 bis 51 | Input-Pins für Schalter |
| gerade Pins 22 bis 48 | Spannungsbegrenzungen, Bahnen 16 bis 29 vom Bus |