kleiax/Bachelor-Arbeit-Latex
Archived
1
0
Fork 0
Code Issues Pull Requests Packages Projects Releases Wiki Activity

- more pictures

Browse Source 
- more fixes
- more literatur
This commit is contained in:
kleiax
2024-08-11 14:31:02 +02:00
parent 4869e41e5d
commit b616953920
14 changed files with 215 additions and 82 deletions
Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files
050_hardwareauswahl.tex
+13 -5
View File
@@ -36,27 +36,35 @@
Da der Rover bereits mit einem GNSS-Modul und einer passenden Antenne ausgestattet ist, muss lediglich für die Basisstation weitere Hardware angeschafft werden. Dabei ist zu beachten, dass nicht die gleiche Hardware wie die des Rovers verwendet werden kann, weil GNSS-Modul ZED-F9K lediglich Korrekturdaten für die eigene Positionsbestimmung verarbeiten und keine Korrekturdaten für andere GNSS-Module erzeugen kann.
\subsubsection{GNSS-Modul}
Für die Basisstation wurde ein Modul aus der gleichen Produktfamilie gewählt. Die Bezeichnungen unterscheiden sich nur durch das letzte Zeichen. Der U-Blox Chip ZED-F9P \cite[]{zed-f9p} kann die benötigten Korrekturdaten erzeugen. Für die Integration in das Gesamtsystem wurde das von SparkFun !!!Data sheet!!! kreierte Entwicklungsboard mit dem ZED-F9P ausgewählt. Dieses verfügt, ähnlich wie das GNSS-Board des Rovers, über einen USB-C-Anschluss, Stiftleisten unter anderem mit I2C, SPI und zwei Serial Ports sowie einer SMA-Buchse für den Anschluss der GNSS-Antenne. Außerdem zeigen auf dem Board angebrachte LEDs an, ob Positionsbestimmung zurzeit möglich ist und ob RTK verwendet wird. Der Betriebstemperaturbereich des ZED-F9P reicht von \(-40^\circ C\) bis \(85^\circ C\).
Für die Basisstation wurde ein Modul aus der gleichen Produktfamilie gewählt. Die Bezeichnungen unterscheiden sich nur durch das letzte Zeichen. Der U-Blox Chip ZED-F9P \cite[]{zed-f9p} kann die benötigten Korrekturdaten erzeugen. Für die Integration in das Gesamtsystem wurde das von SparkFun \cite[]{sparkZedf9p} kreierte Entwicklungsboard mit dem ZED-F9P ausgewählt. Dieses verfügt, ähnlich wie das GNSS-Board des Rovers, über einen USB-C-Anschluss, Stiftleisten unter anderem mit I2C, SPI und zwei Serial Ports sowie einer SMA-Buchse für den Anschluss der GNSS-Antenne. Außerdem zeigen auf dem Board angebrachte LEDs an, ob Positionsbestimmung zurzeit möglich ist und ob RTK verwendet wird. Der Betriebstemperaturbereich des ZED-F9P reicht von \(-40^\circ C\) bis \(85^\circ C\).
\par
Ausschlaggebenden für die Auswahl dieses, in Abbildung \ref{fig:zedf9p} gezeigten, Moduls war die einfache Verbindung des Moduls über USB-C mit dem Computer, den passenden Betriebstemperaturbereich und die bereits bekannte Software der Produktfamilie zur Konfiguration des Moduls.
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=\linewidth]{img/zed-f9p.jpg}
\includegraphics[width=0.5\linewidth]{img/zed-f9p.jpg}
\caption{Das verbaute GNSS Modul von SparkFun mit dem ZED-F9P \protect\footnote[2]{GPS-RTK-SMA Breakout von Sparkfun, lizenziert unter [CC BY 2.0] \url{https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/legalcode.en}, abgerufen von \url{https://www.sparkfun.com/products/16481}}}
\label{fig:zedf9p}
\end{figure}
\subsubsection{GNSS-Antenne}
Bei der gewählten Antenne handelt es sich um das Modell JCA228F von der Firma Jinchang Electron. !!!Data cheet!!! Diese wird als GNSS Multi-Band Surveying Antenne vermarktet und eignet sich besonders für den stationären Einsatz als Referenzstation. Die Antenne erfüllt die Anforderungen der IP 67 Schutzklasse und ist zusätzlich mit dem Betriebstemperaturbereich von \(-40^\circ C\) bis \(85^\circ C\) für ganzjährigen ungeschützten Einsatz im Freien geeignet. Da es sich um eine aktive Antenne handelt, wird diese über das GNSS-Modul mit Strom versorgt, dabei sind Gleichspannungen von \(3V - 12V\) zulässig. Die Stromaufnahme wird mit kleiner gleich \(50mA\) angegeben. Es werden alle Frequenzbänder der aktuellen GNSS unterstützt. Die Montage erfolgt, in dem die Antenne auf eine \(\frac{5}{8}\) Zoll Schraube mit 11 Gewindegängen pro Zoll nach dem amerikanischen UNC (5/8''-11UNC) Standard aufgeschraubt wird. An der Antenne befindet sich eine TNC-Buchse zur Verbindung mit dem GNSS-Modul, da sich die Anschlüsse unterscheiden braucht es ein Adapterkabel, welches mit einem TNC-Stecker und einem SMA-Stecker endet. Das erworbene Antennenkabel weist eine Länge von \(2,5m\) auf. !!!Bild der Antenne?!!!
Bei der gewählten Antenne, welche in Abbildung \ref{fig:antenneDach} zu sehen ist, handelt es sich um das Modell JCA228F von der Firma Jinchang Electron \cite[]{antenneDach}. Diese wird als GNSS Multi-Band Surveying Antenne vermarktet und eignet sich besonders für den stationären Einsatz als Referenzstation. Die Antenne erfüllt die Anforderungen der IP 67 Schutzklasse und ist zusätzlich mit dem Betriebstemperaturbereich von \(-40^\circ C\) bis \(85^\circ C\) für ganzjährigen ungeschützten Einsatz im Freien geeignet. Da es sich um eine aktive Antenne handelt, wird diese über das GNSS-Modul mit Strom versorgt, dabei sind Gleichspannungen von \(3V - 12V\) zulässig. Die Stromaufnahme wird mit kleiner gleich \(50mA\) angegeben. Es werden alle Frequenzbänder der aktuellen GNSS unterstützt. Die Montage erfolgt, in dem die Antenne auf eine \(\frac{5}{8}\) Zoll Schraube mit 11 Gewindegängen pro Zoll nach dem amerikanischen UNC (5/8''-11UNC) Standard aufgeschraubt wird. An der Antenne befindet sich eine TNC-Buchse zur Verbindung mit dem GNSS-Modul, da sich die Anschlüsse unterscheiden braucht es ein Adapterkabel, welches mit einem TNC-Stecker und einem SMA-Stecker endet. Das erworbene Antennenkabel weist eine Länge von \(2,5m\) auf.
\begin{figure}[ht]
\vspace{1cm}
\centering
\includegraphics[width=0.5\linewidth]{img/antenneDach.jpg}
\caption{Seitliche Ansicht auf die Antenne}
\label{fig:antenneDach}
\end{figure}
\section{Installationskasten}
Für Installation der nicht wasserfesten Komponenten wird ein Installationskasten benötigt, um diese zu schützen. Für ein einheitlicheres Bild wurde ein Kasten von derselben Firma, wie der vorhandene Gewählt. Allerdings wurde für günstigere Temperaturen in dem Kasten die helle Ausführung gewählt. Bei dem Installationskasten handelt es sich um den KF 5000 H von der Firma Hensel. Laut des Datenblatts \cite{kasten} verfügt dieser über die Schutzklassen IP66, TP67 und IP69. Unter dem Punkt Umgebungsbedingungen wird als Einsatzgebiet die ungeschützte Installation genannt, dabei ist die Umgebungstemperatur von \(-25^\circ C\) bis \(70^\circ C\) angegeben. Als Ausnahme wird die maximale Umgebungstemperatur über 24 Stunden mit \(55^\circ C\) angegeben. Durch diese Eigenschaften ist der Kasten für die Dachinstallation geeignet.
Für Installation der nicht wasserfesten Komponenten wird ein Installationskasten benötigt, um diese zu schützen. Für ein einheitlicheres Bild wurde ein Kasten von derselben Firma, wie der vorhandene Gewählt. Allerdings wurde für günstigere Temperaturen in dem Kasten die helle Ausführung gewählt. Bei dem Installationskasten handelt es sich um den \texttt{KF 5000 H} von der Firma Hensel. Laut des Datenblatts \cite{kasten} verfügt dieser über die Schutzklassen IP66, TP67 und IP69. Unter dem Punkt Umgebungsbedingungen wird als Einsatzgebiet die ungeschützte Installation genannt, dabei ist die Umgebungstemperatur von \(-25^\circ C\) bis \(70^\circ C\) angegeben. Als Ausnahme wird die maximale Umgebungstemperatur über 24 Stunden mit \(55^\circ C\) angegeben. Durch diese Eigenschaften ist der Kasten für die Dachinstallation geeignet.
\par
Die Innenmaße bieten bei einer hochkantigen Ausrichtung einen Installationsraum von 320x215x106mm (hxbxt). Somit lassen sich der Computer, der PoE-Splitter und das GNSS-Modul nebeneinander platzieren. Die Montage soll auf einer Hutschiene stattfinden, die dem Kasten noch hinzugefügt wird. Außerdem müssen für den Computer und das GNSS-Modul entsprechende Halterungen geschaffen werden.
\section{Gyroskop}
\label{sec:gyroskop}
Die Anforderung ein Gyroskop zu integrieren soll durch das GY-521 Modul !!!data sheet!!! von AZ-Delivery erfüllt werden. Auf dem Modul ist ein Chip mit der Bezeichnung MPU-6050 aufgelötet. Dieser vereinigt einen 3-Achsen Gyroskop und eine 3-Achsen Beschleunigungssensor. Das Gyroskop kann auf den Bereich der erwarteten Winkelgeschwindigkeiten eingestellt werden, diese reichen von \(\pm 250^\circ/sec\) bis \(\pm 2000^\circ/sec\). Der Beschleunigungssensor ist ebenfalls anpassbar, von \(\pm 2g\) bis \(\pm 16g\). Die analogen Werte der Sensoren werden mit 16-Bit ADC digitalisiert. Des Weiteren verfügt der MPU-6050 über einen Digital Motion Processor (DMP), dieser kann zu den vom Sensor erzeugten 6-Achsen zusätzlich die 3-Achsen von einem extern über I2C angeschlossenen Magnetometer verrechnen. Die Daten, welche durch diese Sensorfusion entstehen, erhöhen die Genauigkeit, ergeben ein Zugewinn an Information bezüglich der Ausrichtung des Chips und erlauben es dem Nutzer diese zentral abzurufen.
Die Anforderung ein Gyroskop zu integrieren soll durch das GY-521 Modul \cite[]{gyroskop} von AZ-Delivery erfüllt werden. Auf dem Modul ist ein Chip mit der Bezeichnung MPU-6050 aufgelötet. Dieser vereinigt einen 3-Achsen Gyroskop und eine 3-Achsen Beschleunigungssensor. Das Gyroskop kann auf den Bereich der erwarteten Winkelgeschwindigkeiten eingestellt werden, diese reichen von \(\pm 250^\circ/sec\) bis \(\pm 2000^\circ/sec\). Der Beschleunigungssensor ist ebenfalls anpassbar, von \(\pm 2g\) bis \(\pm 16g\). Die analogen Werte der Sensoren werden mit 16-Bit ADC digitalisiert. Des Weiteren verfügt der MPU-6050 über einen Digital Motion Processor (DMP), dieser kann zu den vom Sensor erzeugten 6-Achsen zusätzlich die 3-Achsen von einem extern über I2C angeschlossenen Magnetometer verrechnen. Die Daten, welche durch diese Sensorfusion entstehen, erhöhen die Genauigkeit, ergeben ein Zugewinn an Information bezüglich der Ausrichtung des Chips und erlauben es dem Nutzer diese zentral abzurufen.
\par
Die Kommunikation findet über I2C statt, dies ermöglicht die Einbindung des Sensors in das bestehende System. Durch das Board von AZ-Delivery ist eine Versorgung mit der gegebenen Spannung von \(5V\) möglich. Der bereits verbaute Kompass könnte vom ESP32 getrennt und an das GY-521 Modul angeschlossen werden.