- anpassen der Ausgangssituation

- poe extender beschriebe
2024-05-14 07:58:08 +02:00
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 	%Inhaltsverzeichnis
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 	%Verzeichnis aller Bilder
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 		- Rover Route abfahren
 	\section{Ausgangssituation}
-		Diese Arbeit baut auf einer Projektarbeit auf, bei welcher ein Rover mit Skid-Antrieb vorbereitet wurde. Dabei wurde ein erweiterbares System erschaffen, welches es erlaubt die für diese Arbeit notwendigen Implementierungen durchzuführen, eine abstrahierten Zugriff auf die Hardware bietet und eine Möglichkeit den Rover Fernzusteuern bereitstellt. Hardwareseitig wurden bereits diverse Sensoren verbaut, die zur Ortung und Ausrichtung des Rovers beitragen. Im nachfolgenden wird die Hard- und Software zusammengefasst, eine detailliertere Beschreibung ist in der genannten Arbeit zu finden \cite{Klein2023}.
+		Diese Arbeit baut auf einer Projektarbeit auf, bei welcher ein Rover mit Skid-Antrieb zum autonomen navigieren mittels GNSS vorbereitet wurde. Dabei wurde ein erweiterbares System erschaffen, welches es erlaubt die für diese Arbeit notwendigen Implementierungen durchzuführen, eine abstrahierten Zugriff auf die Hardware bietet und eine Möglichkeit den Rover Fernzusteuern bereitstellt. Hardwareseitig wurden bereits Sensoren verbaut, die zur Ortung und Ausrichtung des Rovers beitragen. Eine detailliertere Beschreibung ist in der genannten Arbeit zu finden \cite{Klein2023}. Zusätzlich beschreibt der Abschnitt \ref{sec:rover} den Rover in zusammengefasster und für diese Arbeit angepasster Form.
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 		!!!Bild vom Rover!!!
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+		!!!Bild von der Fernbedienung!!!?
 		Der Rover wird durch einen 3-Zellen Lithium-Ionen-Akkumulator mit Strom versorgt, dabei wird der Motortreiber und somit auch die beiden Motoren mit der anliegenden Spannung des Akkus von nominal !!!11,1V Mathe!!! versorgt. 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 Mathe!!! versorgt, die !!!5V!!! werden über einen Spannungsregler mit einem maximalen dauerhaften Ausgangsstrom von !!!1A!!! bereitgestellt. Der Spannungsregler befindet sich auf der Hauptplatine. 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 !!!2,4 GHz MAthe!!! 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 anderen Aufgaben welche an den Prozessor gestellt werden verfügt dieser über zwei Xtensa 32bit LX6 Kerne, welche mit bis zu 240 MHz takten. Als SRAM stehen 540 KB bereit und der Flash-Speicher für das Programm ist 4 Megabyte groß.
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 		Mit auf der Hauptplatine befindet sich das ebenfalls aufgesteckte Entwicklungsboard von Sparkfun. Das Board nutzt den SPI-Bus um die Kommunikation zwischen dem ESP32 und dem ZED-F9K herzustellen. Bei dem ZED-F9K handelt es sich um einen hochpräziser multi-band GNSS Receiver, welcher die Signale von allen öffentlichen Satelliten gestützten Navigationssystemen verarbeiten kann. Zusätzlich können Korrekturdaten verarbeitet werden mit welchen die Genauigkeit der Positionsbestimmung auf den Bereich einstelliger Centimeter erhöht wird. An dem Board befindet sich eine SMA-Buchse mit welcher die GNSS-Antenne verbunden ist.
 		\par
 		Der I2C-Bus wird benutzt um den letzten Sensor und ein Display anzubinden. Bei dem Sensor handelt es sich um einen Kompass, welcher ganz oben auf dem Rover montiert ist und die aktuelle Himmelsrichtung bei richtiger Kalibrierung auf !!!2° Mathe!!! genau angeben kann. Bei dem Display handelt es sich um ein 16 x 2 Zeichen LCD, dieses wird von einem I2C-Seriell Adapterinterface betrieben.
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 		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.
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 		!!!Bild von der Fernbedienung!!!
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 \chapter{Grundlagen}
 	Dieses Kapitel startet mit der Beschreibung des vorhandenen Fahrzeugs, dem Rover, anhand der darüber verfassten Projektarbeit. Dabei ist die Systemarchitektur und die vorhandene Schnittstellen von besonderer Relevanz, da diese genutzt werden müssen, um die nötigen Implementierungen für diese Arbeit ausführen zu können. Im weiteren Verlauf des Kapitels werden die notwendigen Protokolle erläutert. In diesem Abschnitt wird besonderes auf die Erläuterung der Funktionsweise von GNSS und den Möglichkeiten für Korrekturen der Positionsdaten eingegangen. Darauf folgt eine Beschreibung der Funktionen von Hardwarekomponenten. Geschlossen wird das Kapitel mit der Erläuterung von benötigter und verwendeter Software.
 	\section{Rover}
 		\label{sec:rover}
 		Der Rover wird durch einen 3-Zellen Lithium-Ionen-Akkumulator mit Strom versorgt, dabei wird der Motortreiber und somit auch die beiden Motoren mit der anliegenden Spannung des Akkus von nominal !!!11,1V Mathe!!! versorgt. 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.
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 		Die restlichen Komponenten werden mit !!!5V Mathe!!! versorgt, die !!!5V!!! werden über einen Spannungsregler mit einem maximalen dauerhaften Ausgangsstrom von !!!1A!!! bereitgestellt. Der Spannungsregler befindet sich auf der Hauptplatine. 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 !!!2,4 GHz MAthe!!! 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 anderen Aufgaben welche an den Prozessor gestellt werden verfügt dieser über zwei Xtensa 32bit LX6 Kerne, welche mit bis zu 240 MHz takten. Als SRAM stehen 540 KB bereit und der Flash-Speicher für das Programm ist 4 Megabyte groß.
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 		Mit auf der Hauptplatine befindet sich das ebenfalls aufgesteckte Entwicklungsboard von Sparkfun. Das Board nutzt den SPI-Bus um die Kommunikation zwischen dem ESP32 und dem ZED-F9K herzustellen. Bei dem ZED-F9K handelt es sich um einen hochpräziser multi-band GNSS Receiver, welcher die Signale von allen öffentlichen Satelliten gestützten Navigationssystemen verarbeiten kann. Zusätzlich können Korrekturdaten verarbeitet werden mit welchen die Genauigkeit der Positionsbestimmung auf den Bereich einstelliger Centimeter erhöht wird. An dem Board befindet sich eine SMA-Buchse mit welcher die GNSS-Antenne verbunden ist.
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 		Der I2C-Bus wird benutzt um den letzten Sensor und ein Display anzubinden. Bei dem Sensor handelt es sich um einen Kompass, welcher ganz oben auf dem Rover montiert ist und die aktuelle Himmelsrichtung bei richtiger Kalibrierung auf !!!2° Mathe!!! genau angeben kann. Bei dem Display handelt es sich um ein 16 x 2 Zeichen LCD, dieses wird von einem I2C-Seriell Adapterinterface betrieben.
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 		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.
 	\section{Protokolle}
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+		Dieser Abschnitt beschreibt die verschiedenen Protokolle, welche von unterschiedlichen Teilsystemen genutzt werden um die Funktionalität des Gesamtsystems zu ermöglichen.
 		\subsection{GNSS}
 			!!! Tabelle aus Projektarbeit mit Satelliten übernehmen!!!
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 	\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
 		\subsection{GNSS-Module}
 		\subsection{GNSS-Antennen}
 		\subsection{Computer}
 		\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.
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 				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.
 			\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.