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Inhalt: Erfahrungen und Kenntnisse
Mixed-Signal Schaltungsdesign

Foto von einem 2-kanaligem 24Bit Temperatur Datenlogger

Entwicklung eines Messsystems zur Messung einer gasförmigen Substanz in der Prozesskette einer Industrieanlage

Zur Ermittlung der Konzentration einer gasförmigen Substanz mussten im ersten Schritt zwei Platin-Sensoren erfasst werden. Einer der Sensoren war für die Substanz chemisch Aktiviert, der Zweite sollte die Temperatur kompensieren.
Eine per DA-Umsetzer präzise geregelte Stromquelle versorgte die Sensoren mit Strom. Die daraus erzeugten feinen Sensorspannungen wurde von je einem 24-Bit AD-Umsetzer mit vorgeschaltetem Analogfrontend in die digitale Welt umgesetzt.
Ein Mikrocontroller der PIC-Serie PIC18 erfasste die digitalen Signale und führte die Berechnungen aus. Die Berechnungen bestanden aus linearen Gleichungssystemen mit rationalen Zahlen.
Dies würde eigentlich bedeuten, dass man auf Mikroprozessorebene mit Gleitkommazahlen (Floatingpoint) rechnen muss. Die IEEE 754 bietet in der Single-Precission-Auflösung aber nur eine 24Bit breite Mantisse. Dies war schon in der ersten Abschätzung viel zu ungenau für die verlangte Grundgenauigkeit dieses Messsystems. Die Double-Precission-Auflösung war für einen 8-Bit Mikrocontroller aber nicht realisierbar, wenn denn auch die Messgeschwindigkeit von etwa 100Hz eingehalten werden soll.
Eine Analyse der Zahlen sowie durch geschickte Gleichungsumstellung ergab dann doch die Möglichkeit mit natürlichen Zahlen (Integer) zu rechnen. Die Bitbreiten wurden soweit aufgeweitet, wie es die Rechnung erforderte ohne das Rundungsfehler zu stande kamen. Die größte Herausforderung war eine eine 40 Bit / 32 Bit Division. Durch das konsequente Durchziehen der maximalen Auflösung, konnte das geforderte Messergebnis noch um fast Faktor 10 verbessert werden.

Umsetzung:
analoges Frontend mit Mikroprozessor und Display

Foto von einer 230Vac Vollwellensteuerung für Heizelemente

Hardware-Entwicklung einer Vollwellensteuerung für Heizelemente

Es sollte eine mikroprozessor gesteuerte Vollwellensteuerung für Heizelemente (Temperaturregelung) am 230Vac/50Hz und 115Vac/60Hz Versorgungsnetz realisiert werden.
Aufgrund der hohen zu erwarteten Stückzahlen (größer 1000 Stück pro Jahr), musste sowohl auf Fertigungs- und Preisseite optimiert werden.
Grobe Architektur: Ein PIC misst die Potistellung für die Leistungsvorgabe sowie den Phasennulldurchgang und steuert daraus einen Leistungs-TRIAC.

Umsetzung:
digitales Mikroprozessor-Schaltungsdesign mit Leistungselektronik.

Foto eines Single-Board-Computers mit CARAMBOLA2

Hardware-Entwicklung eines kompakten Industriecomputers mit CARAMBOLA2 für den Industrieeinsatz.

Als Kernstück wird ein ARM-Prozessorboard des Typs CARAMBOLA2 eingesetzt.
Dazu gesellen sich noch ein wenig IO und die dazugehörigen Schaltnetzteile.
Als sehr kompakte und kostenoptimierte Baugruppe wird sie in hunderter Stückzahl produziert.

Umsetzung:
digitales Mikroprozessor-Schaltungsdesign.

Foto von einem UMTS-Board mit TELIT-Chip

Hardware-Entwicklung eines Interfacemoduls mit UMTS und WLAN für den Industrieeinsatz.

Als Kernstück wird hier ein TELIT UMTS-Modul, welches auch WLAN zur Verfügung stellt, eingesetzt.
Dazu kommt noch das paasende Schaltnetzteil und SIM-Kartenhalter.
Als sehr kompakte und kostenoptimierte Baugruppe wird sie in hunderter Stückzahl produziert.

Umsetzung:
digitales Mikroprozessor-Schaltungsdesign.

Foto von einem Industrie Shield für einen Arduino Duo

Entwicklung einer Interfacebaugruppe (Shield) zur Anpassung industrieller Signale an ein ARDUINO DUE - Modul

Hier war die Aufgabe, eine Interfacebaugruppe auf minimalem Bauraum zu entwickeln, die folgende IO-Signale von einem ARDUINO DUE bedient:

  • 19 Stück 24V-Digitalinputs
  • 11 Stück 24V-Digitaloutputs
  • 2 Stück Single-Ended Analoginputs
  • 2 Stück Differential Analoginputs
  • 2 Stück Analogoutputs

Zusätzlich dazu kamen noch Längs- und Schaltregler zur Versorgung der Bauteile zum Einsatz.
Aufgrund der Bauteil- und Netzdichte musste hier eine 4-Lagen Leiterkarte eingesetzt werden.

Umsetzung:
Analoges und digitales Schaltungsdesign mit Mikroprozessormodul.

Foto von Adapterplatine für Mainboard zum Single-Board-Computer

Entwicklung einer Adapterbaugruppe für einen Single-Board-Computer zu einem Industrie-PC

Projektierung der Baugruppe und Entwicklung von Schaltnetzteilen sowie UMTS- und I/O-Anbindung auf einem Board, welches einen Single-Board-Computer (SBC) zu einem Industrie-PC macht.
Die Baugruppe wird in hunderter Stückzahl produziert.

Umsetzung:
Analoges und digitales Schaltungsdesign.

Foto vom Betterphaser

Entwicklung von Phasenlagen-Detektoren für Audio- und Videogeräte (Audio-Video-Phasen-Detektor)

Entwicklung von analogen Schaltungen mit Unterstützung durch einen PIC Mikroprozessor für die Netzspannungs-Phasenlagen bei Audio- und Video-Geräten.

Auf der Projektseite zum Audio und Video Phasenlagendetector können Sie beispielhaft den kompletten Verlauf einer Entwicklung verfolgen.

Umsetzung:
Analoges Schaltungsdesign mit mechanischer Verifikation und Mikroprozessorentwicklung.

Foto vom 24Bit DMS Mikrologger

Entwicklung eines implantierbaren Fadenspannungsmesssystems mit Datenloggerfunktion

Auf Basis einer Halbleiter-DMS-Vollbrücke wurde ein Mikrodatenlogger für DMS-Elemente entwickelt.
Basiskomponente war dort ein ANALOG DEVICE ADuC824 mit integriertem 24Bit-Delta-Sigma-Umsetzer.
Ein externes RAM zur Datenablage und einer schaltbaren Brückenspeisung ergänzten die Entwicklung.
Dies war eine Teamarbeit zu zweit, wobei unser Anteil die Auslegung und Entwicklung der Elektronikkomponenten und die Erstellung des Layouts war.

Umsetzung:
Analoges und digitales Schaltungsdesign in Subminiaturausführung.

Foto der Elektronik des E-Steel-Dart-Systems

Entwicklung einer induktiven Sensormatrix zur Erfassung von Dartpfeilen

Entwicklung einer Auswerteelektronik für eine normale Sisal-Dartscheibe mit austauschbarem Gitter.
In die Scheibe eindringende Pfeile wurden induktiv erfasst und in einem XILINX Spartan XL FPGA ausgewertet.
Ein angeschlossener Mikrocontroller (8051-Derivat) der Firma Philips lokalisierte letztendlich das getroffene Feld und steuerte eine Anzeige an.
Diese Entwicklung wurde im Team zu zweit mit einem Diplomanten durchgeführt, wobei unser Anteil die Konzeption und Entwicklung des Gesamtsystems sowie die Entwicklung der Elektronik und des FPGAs war.
Diese Entwicklung führte zu einem deutschen Patent und zu einigen Veröffentlichungen in der Zeitschrift Elektronik.

Umsetzung:
Analoges und digitales Schaltungsdesign.

weitere Erfahrungen und Kenntnisse:

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