Grundlagen GNSS-Hardware erklärt

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         "Austauschencoder",
         "Basissation",
         "Beidou",
+        "blox",
         "Blox",
         "bürstenbehafteten",
         "Christof",

040_grundlagen.tex

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 	\section{Rover}
 		\label{sec:rover}
+		Dieser Abschnitt beschreibt das in der zugrundeliegenden Projektarbeit \cite{Klein2023} erstellte Gesamtsystems des Rovers für diese Arbeit.
+		\par
 		Der Rover wird durch einen 3-Zellen Lithium-Ionen-Akkumulator mit Strom versorgt, dabei wird der Motortreiber und somit auch die beiden Motoren für den Skid-Antrieb mit der anliegenden Spannung des Akkus von nominal \(11,1V\) versorgt. Der Akkumulator und der Motortreiber befinden sich nebeneinander auf der Unterseite des Hauptträgers der Komponenten, auf dem Bild \ref{fig:rover} das blaue Plastik. Je einer der beiden Motoren treibt eine der Fahrzeugseiten an, diese bestehen aus jeweils drei Rädern welche alle über einen Riemen mit der Ausgangswelle des Getriebes zur Untersetzung verbunden sind. An der dieser Ausgangswelle befindet sich ein Encoder-Rad welches durch eine einfache Gabellichtschranke ausgelesen wird, dafür wird der in Hardware implementierte Pulsecounter des verbauten Prozessors verwendet.
 		\par
 		Die restlichen Komponenten werden mit \(5V\) versorgt, die \(5V\) werden über einen Spannungsregler mit einem maximalen dauerhaften Ausgangsstrom von \(1A\) bereitgestellt. Der Spannungsregler befindet sich auf der Hauptplatine, welche wiederrum auf der oberseite des Hauptträgers zentral verbaut ist. Diese Platine verbindet alle Komponenten mit dem auf einem aufgesteckten Entwicklungsboard verbauten ESP32 Prozessor. Der ESP32 stellt verschiedene Schnittstellen über die GPIO (General Purpose Input Output) Pins zur Verfügung, davon werden für den Rover die Bussysteme I2C und SPI, ein ADC Kanal (Analog Digital Converter) und PWM (Pulsweitenmodulation) genutzt. Weitere Kommunikation findet auf dem drahtlosen Weg statt, dafür wird das WiFi-Modul genutzt, mit diesem kann eine Verbindung zum einem \(2,4GHz\) WLAN aufgebaut werden und es wird mit dem Protokoll ESPNow über das selbe Frequenzband eine Verbindung zu der Fernbedienung hergestellt. Zur Verwaltung des Funkmoduls und der Bewältigung anderen Aufgaben, welche an den Prozessor gestellt werden, verfügt dieser über zwei Xtensa 32bit LX6 Kerne, welche mit bis zu \(240MHz\) takten. Als SRAM stehen 540 KB bereit und der Flash-Speicher für die Software ist 4 Megabyte groß.
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 		\par
 		Zu dem Rover gehört eine Fernbedienung, welche über sieben Tasten und einem Joystick als Eingabemöglichkeit verfügt. Vier Tasten bilden ein Steuerkreuz, um das navigieren im Menü zu ermöglichen. Zwei Weitere Tasten werden zum bestätigen und ablehnen genutzt. Die letzte Taste wird als Action-Button bezeichnet und wird betätigt, wenn der Joystick gedrückt wird. Die Taste ist für spezielle Aktionen der verschiedenen Betriebsmodi des Rovers vorgesehen. An der Fernbedienung wurde ebenfalls das zuvor genannte LCD verbaut, dieses spiegelt das Display am Rover. Die Fernbedienung wird ebenfalls von einem ESP32 gesteuert, dieser stellt die Kommunikation über das genannte ESPNow Protokoll zu dem Rover her. Um die Fernbedienung mit Energie zu versorgen wird eine Powerbank benötigt an der das heraushängende USB-Kabel vom Typ A angeschlossen werden kann.
 		\par
-		Die vorhandene Software für den Rover ist Objektorientiert und Modular aufgebaut. Zusätzlich ist Programmcode für die Benutzeroberfläche von dem restlichen Code getrennt. Die Struktur des Codes wird wesentlich durch zwei Interfaces bestimmt. Das erste wird als 'Component' bezeichnet und muss implementiert werden um eigenständige wiederkehrende Aufgaben zu implementieren. Das zweite Interface mit dem Namen 'DriveModi' definiert welche Mindestanforderungen an einen Betriebsmodus des Rovers gestellt werden und stellt die Komponenten für die Benutzereingaben, die Sensorverwaltung und die Bewegungsreglung zur Nutzung im Betriebsmodus bereit. Andere Komponenten überwachen den Akku, steuern das Display, verwalten die Benutzeroberfläche, überwachen Benutzereingaben oder verarbeiten Sensordaten.
+		Die vorhandene Software für den Rover ist Objektorientiert und Modular aufgebaut. Zusätzlich ist der Programmcode für die Benutzeroberfläche von dem restlichen Code getrennt. Die Struktur des Codes wird wesentlich durch zwei Interfaces bestimmt. Das erste wird als 'Component' bezeichnet und muss implementiert werden um eigenständige wiederkehrende Aufgaben zu implementieren. Das zweite Interface mit dem Namen 'DriveModi' definiert welche Mindestanforderungen an einen Betriebsmodus des Rovers gestellt werden und stellt die Komponenten für die Benutzereingaben, die Sensorverwaltung und die Bewegungsreglung zur Nutzung im Betriebsmodus bereit. Andere Komponenten überwachen den Akku, steuern das Display, verwalten die Benutzeroberfläche, überwachen Benutzereingaben oder verarbeiten Sensordaten.
 
 	\section{Protokolle}
 		Dieser Abschnitt beschreibt die verschiedenen Protokolle, welche von unterschiedlichen Teilsystemen genutzt werden um die Funktionalität des Gesamtsystems zu ermöglichen.
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 		\subsection{USBIP}
 
 	\section{Hardware}
-		Das ist ein Test Text zum Thema Hardware dieser wird später wieder gelöschtr aber jetzt gerade möchte ich gucken ob das automatische formatieren nach dem Speichern erfolgreich ist, wenn ja werde ich danach noch versuchen die doof generierte pdf in einen anderen Ordner zu verschieben
+		In diesem Abschnitt wird zunächst die allgemeine Funktionalität von GNSS-Hardware allgemein und speziell der aktuell auf dem Rover verbauten erklärt. Darauf folgt die Funktionsbeschreibung von PoE-Hardware die zur späteren Anbindung der RTK-Basissation benötigt wird. In dem Abschnitt \ref{sec:PoE-Hardware} wird auf die konkret verwendete PoE-Hardware eingeangen, während Abschnitt \ref{sec:GNSS-Hardware} die Auswahl der GNSS-Hardware für die Basissation beschreibt.
-		\subsection{GNSS-Module}
+		\subsection{GNSS-Modul}
+			Auf dem Markt sind eine vielzahl von GNSS-Modulen erhältlich. Dessen allgemeine Aufgabe es immer ist die Position auf der Erde durch die über eine Antenne Empfangen Signale zu bestimmen. Die erhältlichen Module unterscheiden sich hauptsächlich in der Genauigkeit und der verfügbaren Features. Die günstigsten Module bieten keine Möglichkeit die Rohdaten auszugeben oder Korrekturdaten einzuspeisen, weshalb sich weder extern und intern Fehlerkorrekturen anwenden lassen und somit die Genauigkeit im 10 Meter Bereich liegt. Bei professionelleren Modulen kann beides möglich sein, wodurch sich Positionsbestimmungen im niedrigen Centimeter Bereich realisieren lassen.
+			\par
+			In dem Rover ist ein GNSS-Chip von u-blox auf einem Entwicklungsmodul von Sparkfun verbaut. Der Chip wird unter dem Namen ZED-F9K-00B vermarktet. Dem Datenblatt des Herstellers \cite{zed-f9k} sind folgende Informationen zu entnehmen. Das Modul unterstützt die Bänder L1/L2/E5b, damit können die Daten von den GNSSystemen BeiDou, Galileo, GLONASS und GPS verarbeitet werden. Unter normalen Bedingungen ist die Position bei einem Kaltstart nach spätestens 30 Sekunden ermittelt und bei einem Warmstart nach 2 Sekunden. In dieses Modul können Korrekturdaten eingespeist werden, allerdings ist es nicht in der Lage diese zu erzeugen. Im RTK-Modus ist die Genauigkeit mit 0,2 Meter angegeben.
 
-		\subsection{GNSS-Antennen}
+		\subsection{GNSS-Antenne}
-
+			Die Antennen von GNSS-Modulen können extern ausgeführt werden oder direkt am Modul verbaut sein und dienen dazu die Signale der Satelliten zu empfangen. Dabei bieten externe Antennen den Vorteil unabhängig und für den Empfang optimiert aufgestellt/verbaut werden zu können. Für externe Antenne steht häufig mehr Platz zur Verfügung, deshalb wird Empfangsqualität nicht durch mangelnden Bauraum beeinflusst.
-		\subsection{Computer}
+			\par
+			Die auf dem Rover extern installierte Antenne wurde wie das GNSS-Modul ebenfalls von u-blox entwickelt und auf die F9-Reihe abgestimmt. Dabei handelt es sich laut Datenblatt \cite{antenneKlein} um eine aktive Antenne welche die Bänder des GNSS-Moduls unterstützt und darüber hinaus noch die Bänder B2a und NavIC. Das Gehäuse der Antenne misst 60mm x 82mm, wobei die Position der eigentlichen im Gehäuse zentriert ist. Angeschlossen wir die Antenne über einen SMA-Stecker.
 
 		\subsection{PoE Hardware}
 			\subsubsection{PoE Extender}
 				Ein PoE Extender wird dafür genutzt die Reichweite eines mit PoE versehenen Twisted-Pair-Kabel zu verlängern. Die Reichweite wird durch die begrenzte Segmentlänge des verwendeten Mediums beschränkt. Im Fall von Twisted-Pair-Kabeln beträgt diese \(100m\). Der Extender nutzt die über PoE verfügbare Energie zur Signalaufbereitung und gibt das Signal inklusive PoE wieder aus, dabei ist zu beachten, dass aufgrund der verbrauchten Energie das ausgangsseitige PoE um einen Typen verringert wird und somit weniger Leistung zur Verfügung stellt.
 				\par
-				Speziellere Extender können zusätzlich als Switch fungieren. Diese Extender verfügen typischerweise über zwei Ethernet Ausgänge. Die verfügbare PoE Leistung wird dann auf diese beiden Ports aufgeteilt.
+				Speziellere Extender können zusätzlich als Switch fungieren. Diese Extender verfügen typischerweise über zwei Ethernet Ausgänge. Die verfügbare PoE Leistung wird dann auf diese beiden Ports aufgeteilt. !!!Datenblatt!!!
 			\subsubsection{PoE Splitter}
-				Der PoE Splitter trennt die Daten und den Strom vom Ethernetkabel. Diese Geräte haben typischerweise drei Anschlüsse, dabei ist der erste der PoE Eingang. Bei den anderen beiden handelt es sich um die Ausgänge für die Daten und den Strom. Bei dem Anschluss für die Daten ohne Strom handelt es sich normalerweise wieder um ein Ethernet anschluss mit einer RJ-45 Buchse. Der Strom wird über Anschlussklemmen oder einen Terminalblock ausgegeben. Die Ausgegebene Spannung hängt von dem gewählten Splitter ab, wird aber meistens von der höheren PoE Spannung (siehe Unterabschnitt \ref{sssec:PoE}) auf typische Spannungen von Netzteilen wie \(12V\) reduziert.
+				Der PoE Splitter trennt die Daten und den Strom vom Ethernetkabel. Diese Geräte haben typischerweise drei Anschlüsse, dabei ist der erste der PoE Eingang. Bei den anderen beiden handelt es sich um die Ausgänge für die Daten und den Strom. Bei dem Anschluss für die Daten ohne Strom handelt es sich normalerweise wieder um ein Ethernet anschluss mit einer RJ-45 Buchse. Der Strom wird über Anschlussklemmen oder einen Terminalblock ausgegeben. Die Ausgegebene Spannung hängt von dem gewählten Splitter ab, wird aber meistens von der höheren PoE Spannung (siehe Unterabschnitt \ref{sssec:PoE}) auf typische Spannungen von Netzteilen wie \(12V\) reduziert. !!!Datenblatt!!!
 
 
 	\section{Software}

050_hardwareauswahl.tex

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 \chapter{Hardwareauswahl}
+	\label{cha:Hardwareauswahl}
 	Dieses Kapitel widmet sich der Auswahl passender Komponenten für die Basisstaion und der Erweiterung des Rovers. Die zu installierende Basisstaion soll fortan dauerhaft betrieben werden, deshalb muss diese unabhängig von anderen Teilen dieser Arbeit funktionsfähig sein und den Witterungsbedingungen an dem Installationsort standhalten. GNSS-Antennen benötigen eine freie Sicht auf dem Himmel am Standort des Fachbereichs Informatik der Fachhochschule Dortmund eignet sich dafür das Dach des Gebäudes Emil.Figge-Straße !!!??!!!, weil hier bereits die Installation eines !!!LoraGateways!!! stattgefunden hat und deshalb ein Netzwerkkabel mit PoE am verfügbar ist.
 
 	\section{Computer}
 		- wird zwar mit 60w angebene benötogt aber maximal ??W im test
 
 	\section{PoE-Hardware}
+		\label{sec:PoE-Hardware}
 		Das vorhandene Netzwerkkabel mit angelegtem PoE wird bereits von dem erwähnten !!!LoraGateway!!! genutzt, weshalb die folgenden beiden Komponenten benötigt werden um beiden Installationen Strom zuzuführen und eine Netzwerkverbindung bereitzustellen.
 
 		\subsection{PoE Extender}
 		\subsection{PoE Splitter}
 
 	\section{GNSS-Hardware}
+		\label{sec:GNSS-Hardware}
 	\section{Gyroskop}

Literatur.bib

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   year     = {2021},
 }
 
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+  author   = {u-blox},
+  date     = {2024-05-03},
+  title    = {ZED-F9K-00B - Datasheet},
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+  subtitle = {High precision automotive DR GNSS receiverProfessional grade},
+  urldate  = {2024-05-17},
+  version  = {R08},
+}
+
+@Online{antenneKlein,
+  author   = {u-blox},
+  date     = {2023-06-12},
+  title    = {ANN-MB1 - Data sheet},
+  url      = {https://content.u-blox.com/sites/default/files/ANN-MB1_DataSheet_UBX-21005551.pdf},
+  subtitle = {L1/L5 multi-band high precision GNSS antenna},
+  urldate  = {2024-05-17},
+  version  = {R04},
+}
+
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