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Miniaturisierter Datenlogger mit drahtloser Daten- und Energieübertragung für Elektrokleingeräte

Decker, Jona (2009):
Miniaturisierter Datenlogger mit drahtloser Daten- und Energieübertragung für Elektrokleingeräte.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Im Bereich Corporate Electronics der Firma Procter & Gamble werden Elektrokleingeräte entwickelt. Aufgabe dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines miniaturisierten Datenloggers, der in diese Geräte eingesetzt werden kann. Die aufgenommenen Messdaten dienen zur Untersuchung des Systemverhaltens der Geräte bei verschiedenen Umgebungsbedingungen. Herausfordernd sind die Anforderungen an die Abmessungen und an den Stromverbrauch des Systems, sowie der Wunsch eines drahtlosen Betriebes.

Die Arbeit besteht aus der Spezifizierung der Anforderungen an das Messsystem und der Entwicklung eines Gesamtkonzeptes, für das anschließend eine elektronische Schaltung entworfen wird. Die für den Datenlogger benötigte Software wird entwickelt und nach dem Aufbau der Schaltung mit der Hardware zusammen getestet. Eine Validierung und Charakterisierung des Systems schließt die Arbeit ab.

Das entwickelte Messsystem verfügt über vier analoge und vier digitale Eingangskanäle zur Spannungsmessung. Die analogen Kanäle sind DC-gekoppelt und differentiell ausgelegt. Eine Umschaltung zwischen einem 1,7V und einem 4,5V Messbereich ist per Software möglich. Der Eingangswiderstand beträgt 100GOhm. Ein Messbereich für 16V kann durch manuelles Zuschalten eines Spannungsteilers genutzt werden. Dann wird ein Eingangswiderstand von 2MOhm gewährleistet. Eine Auflösung von 12Bit gilt für alle Messbereiche. Die Digitalkanäle detektieren, ob das Messsignal einen festgelegten Pegel überschreitet. Dieser Pegel ist in 100mV Schritten zwischen 0 und 5V einstellbar. Zur Messung der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit wird der Sensor SHT21 eingesetzt. Alle aufgenommenen Messwerte werden wahlweise in einem internen nichtflüchtigen Speicher abgelegt oder per Funk an einen Empfänger gesendet. Der gesamte Ablauf wird durch einen Mikrocontroller gesteuert. Im Funkbetrieb, bei einer maximalen Messrate von 100Hz und einer Betriebsspannung von 4V, hat der Datenlogger eine Stromaufnahme von 12mA. Die Schaltung ist auf einer beidseitig bestückten, vierlagigen Leiterplatte mit den Abmessungen von 3,3 x 1,5cm realisiert.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2009
Creators: Decker, Jona
Title: Miniaturisierter Datenlogger mit drahtloser Daten- und Energieübertragung für Elektrokleingeräte
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Im Bereich Corporate Electronics der Firma Procter & Gamble werden Elektrokleingeräte entwickelt. Aufgabe dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines miniaturisierten Datenloggers, der in diese Geräte eingesetzt werden kann. Die aufgenommenen Messdaten dienen zur Untersuchung des Systemverhaltens der Geräte bei verschiedenen Umgebungsbedingungen. Herausfordernd sind die Anforderungen an die Abmessungen und an den Stromverbrauch des Systems, sowie der Wunsch eines drahtlosen Betriebes.

Die Arbeit besteht aus der Spezifizierung der Anforderungen an das Messsystem und der Entwicklung eines Gesamtkonzeptes, für das anschließend eine elektronische Schaltung entworfen wird. Die für den Datenlogger benötigte Software wird entwickelt und nach dem Aufbau der Schaltung mit der Hardware zusammen getestet. Eine Validierung und Charakterisierung des Systems schließt die Arbeit ab.

Das entwickelte Messsystem verfügt über vier analoge und vier digitale Eingangskanäle zur Spannungsmessung. Die analogen Kanäle sind DC-gekoppelt und differentiell ausgelegt. Eine Umschaltung zwischen einem 1,7V und einem 4,5V Messbereich ist per Software möglich. Der Eingangswiderstand beträgt 100GOhm. Ein Messbereich für 16V kann durch manuelles Zuschalten eines Spannungsteilers genutzt werden. Dann wird ein Eingangswiderstand von 2MOhm gewährleistet. Eine Auflösung von 12Bit gilt für alle Messbereiche. Die Digitalkanäle detektieren, ob das Messsignal einen festgelegten Pegel überschreitet. Dieser Pegel ist in 100mV Schritten zwischen 0 und 5V einstellbar. Zur Messung der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit wird der Sensor SHT21 eingesetzt. Alle aufgenommenen Messwerte werden wahlweise in einem internen nichtflüchtigen Speicher abgelegt oder per Funk an einen Empfänger gesendet. Der gesamte Ablauf wird durch einen Mikrocontroller gesteuert. Im Funkbetrieb, bei einer maximalen Messrate von 100Hz und einer Betriebsspannung von 4V, hat der Datenlogger eine Stromaufnahme von 12mA. Die Schaltung ist auf einer beidseitig bestückten, vierlagigen Leiterplatte mit den Abmessungen von 3,3 x 1,5cm realisiert.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Messdatenerfassungssystem, Instrumentenverstärker, Kalibrierung, Energieübertragung drahtlos, Datenübertragung mit GHz-Funk, Programmierung Mikrocontroller, Mikrocontroller ATXmega 256A3
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 07 Nov 2011 08:08
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1717

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 03-09-2009

Ende Datum: 03-12-2009

Querverweis: 17/24 EMKS 1052, 17/24 EMKD 1164, Projektseminar 18.122.4.3W07

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKD 1717
Referees: Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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