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Bachelor-Fachprojekte SommerSemester 2018

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Bring Your Idea into Reality: Design and Implement Your Own Embedded Systems

  • Modul

    Design of Embedded Systems

  • Zahl

    Bis zu 24 Studenten

  • Supervisors

    Niklas Ueter (E-mail: niklas.ueter@tu-dortmund.de)

    Junjie Shi (E-mail: junjie.shi@tu-dortmund.de)

    Prof. Dr. Jian-Jia Chen (E-mail: jian-jia.chen@cs.uni-dortmund.de)

  • Sprache

    Deutsch und Englisch (Download English version of the introduction here)

  • Einführung

    Automobile, Flugzeuge, Automatisierungstechnik oder Smart-Home Systeme sind Beispiele für Systeme, die aus Subsystemen verschiedener Domänen bestehen. Computer- beziehungsweise Microcontrollersysteme, die Informationen der physischen Welt (mechanisch, elektrisch, thermisch) mit Hilfe von Sensoren aufnehmen, verarbeiten und mit Aktoren in die physischen Subsystemen rückkoppeln (vgl. FIG), werden als Cyber-Physical-Systems (CPS) bezeichnet. Bei der Entwicklung solcher Systeme müssen die Eigenschaften, Besonderheiten und Modellierungen beider Domänen entsprechend verstanden und berücksichtigt werden. Um dieses anhand eines Beispiels zu lernen, entwickeln die Studierenden in Kleingruppen ein eigenes eingebettetes System.

    The way how the embedded system works.

    In der ersten Phase des Fachprojektes lernen die Studierenden den Umgang mit dem Arduino Board kennen und lernen anhand von Übungen und Beispielen die erforderlichen Grundlagen wie z. B. A/D-, D/A-Wandlung, hardwarenahe Programmierung, Grundschaltungen, Modellbildung, einfache Regelalgorithmen, Motoransteuerungen, den Einsatz von Echtzeitbetriebssystemen sowie Designprinzipien zur Entwicklung von Systemen mit vorhersagbarem Verhalten.

    In der zweiten Phase setzen die Studierenden in Kleingruppen ein selbstgewähltes Projekt auf Grundlage eines Arduino-Kits um(Fig von amazon.de). Dazu bekommt jede Gruppe ein Arduino-Kit, das aus dem MEGA2560 R3 Development Board, USB Kabel, LCD1602, Widerständen, LED, Netzteil sowie Relais und anderem Zubehör besteht. Zusätzlich bekommen die einzelnen Gruppen ein Budget, mit denen die Gruppen die für ihre Projekte zusätzlich notwendigen Bauteile beschaffen können.

    An Arduino.

    Exemplarische Projekte:

    1. Die Implementierung einer Anti-Schlupf-Regelung eines Arduino Fernlenkautos

    2. Entwicklung eines autonomen Arduino Fernlenkautos, das Linien folgt oder auf Hindernisse reagiert

    3. Entwicklung eines selbstbalancierenden Roboters

    4. Entwicklung eines "Smart-Home" Systems, das einen Wärmetauscher, Lichtsysteme oder Ähnliches steuert

    5. Mehr Informationen zu Arduino Projects

    Die Kleingruppen können ihre Entwicklungsschwerpunkte entsprechend ihren Vorlieben in den Hardware- oder in den Softwarebereich legen.

    Formale Minimalanforderungen an das Bestehen des Fachprojekts ist die Demonstration und der Nachweis einer sinnvollen Bearbeitung des von den Kleingruppen vorgeschlagenen Projektes. Dazu fertigt jede Kleingruppe einen Abschlussbericht an, in dem die Studierenden ihre entworfenes Konzept, relevante Grundlagen, Formalisierungen und Modellierungen der Problemstellungen sowie ihre Lösungen und Implementierungen dokumentieren. Am Ende des Fachprojektes werden sich die Kleingruppen ihre Ergebnisse in einem Kolloquium gegenseitig vorstellen und Erfahrungen austauschen.

  • Lernziele

    Die Studierenden erwerben anhand der Entwicklung eines Beispielhaften Eingebetteten Systems, Erfahrung bei dem Entwurf komplexer Eingebetteter Systeme und der praktischen Umsetzung von formalen Modellen, Tools und Techniken in realen Systemen. Des weiteren werden die Studierenden für Probleme, die an der Schnittstelle von Cyber- und Physikalischen Systemen entstehen, sowie die Grenzen der verwendeten Modelle sensibilisiert und das interdisziplinäre Denken gefördert.

  • Anforderungen

    Die Studierenden sollten Interesse an der Thematik "Eingebettete Systeme"  und Kenntnisse in der Programmiersprache C haben oder die Bereitschaft sich darin einzuarbeiten.

  • Zeitplanung

    14 Wochen (3 Stunden pro Woche)

    Vier Wochen

    Einführung und Übungen zur Verwendung des Arduino Boards

    Einführung und Übungen zu relevanten Grundlagen wie z. B. dem Abtasttheorem

    Vier Wochen

    Entwicklung eines eigenen eingebetteten Systems

    Eine Woche

    Kurze Präsentation des Zwischenstands und Problembesprechung

    Vier Wochen

    Fortsetzung der Entwicklung des eigenen eingebetteten Systems

    Schreiben des Abschlussberichts

    Eine Woche

    Abschlusspräsentationen