Entwurf und Programmierung einer Microcontroller-Umgebung zur Regelung eines Aktor-Sensor-Arrays

Zusammenfassung: Diese Studienarbeit ist Teil des Projektes „Hapkeys“, das die Entwicklung eines neuartigen Bedienfeldes für technische Geräte verfolgt. Dieses Bedienfeld ist in 15 Segmente gegliedert, die jeweils eigene Sensor-Aktor-Systeme darstellen. Durch eine geeignete Regelung können Tasten variabler Größe mit unterschiedlicher haptischer Rückmeldung gebildet werden. Kern dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Mikrocontroller-Umgebung, die diese Regelung übernimmt. Unter Verwendung externer A/D- und D/A-Wandler entsteht ein geschlossener Signalkreis. Bei dem Mikrocontroller handelt es sich um einen 16/32-bit Mikrocontroller der Firma Atmel, der mit 32 MHz getaktet ist. Für diesen Mikrocontroller wurden zwei Software-Entwicklungsumgebungen (für Linux- und für Windowsbetriebssysteme) in Betrieb genommen. Die entstandenen Programme dienen den Ein- und Auslesefunktionen der Wandler und enthalten daher hauptsächlich die entsprechenden Schritte zum Ansprechen der Wandler: definieren, zuweisen, einstellen und handling mit den ausgewählten Ports des Mikrocontrollers. Das Programmieren des Regelalgorithmus war nicht Teil dieser Studienarbeit. Eine große Bedeutung kommt der Auswahl der Wandler zu: durch die unterschiedlichen Verfahren zum Datenaustausch zwischen Wandler und Mikrocontroller resultieren komplexe Datennetze unterschiedlicher Leistungsfähigkeit. Diese werden zunächst ausführlich vorgestellt, bevor eine Entscheidung für ein System gefällt wird. Die entstandene Busarchitektur verbindet den Mikrocontroller mit insgesamt 30 Wandlern über einen Datenbus (12-Bit), Adressbus (5-Bit) und Steuerbus (3-Bit). Für die Aktorik des Bedienfeldes wurden Stromquellen als Treiberstufen aufgebaut. Nach einem Muster wurden diese spannungsgesteuerten Konstantstromquellen für alle Segmente aufgebaut und mit zusätzlichen Komparatorschaltungen zur Anzeige des jeweiligen aktuellen Stromflusses ausgestattet. Nach Abschluss des gesamten Systemaufbaus sowie der Programmierung des Mikrocontrollers konnte die Funktionsfähigkeit gezeigt werden