ExRobES ist ein studentisches Projekt im Labor für Signalverarbeitung der Fakultät Elektrotechnik und Informatik an der Hochschule Ingolstadt. Die Studentinnen und Studenten arbeiten an diesem Projekt im Rahmen ihres Projektstudiums oder ihrer Abschlussarbeit, sowie ggf. als studentische
Hilfskräfte.

Das Projekt wurde aus der Idee heraus geboren, für die Studenten ein ansprechendes Projekt zu realisieren, in welchem sie die theoretischen Grundlagen der Signalverarbeitung praktisch umsetzen können. Insbesondere sollen hierbei folgende Fähigkeiten praktisch vertieft werden:

	Implementierung von logischen Schaltungen und Mikrocontroller-Cores in FPGA-Bausteinen
	Verwendung der Hardwarebeschreibungssprache VHDL
	Auswertung von Sensor-Daten und Ansteuerung von Aktoren
	Implementierung unterschiedlicher Algorithmen der Signalverarbeitung in VHDL
	Entwurf von elektronischen Schaltungen
	Layout-Entwicklung von Platinen

Ziel des Projektes ist die Entwicklung und der Aufbau eines autonom agierenden Roboters. Dieser soll z. B. in der Lage sein eine Unterschreitung eines kritischen Ladezustands seiner Akkus zu erkennen und eine Ladestation automatisch anzufahren, wobei er bei auftretenden Hindernissen diesen selbständig ausweicht.

Bei der Realisierung dieses Roboters soll möglichst die gesamte Soft- und Hardware selbst entwickelt und aufgebaut werden. Es werden also keine fertigen Mikrocontroller-Boards oder ähnliches genutzt, sondern die gesamte Logik in einem bzw. mehreren FPGA-Bausteinen realisiert. Einzig das Fahrgestell, bestehend aus einem Kettenantrieb mit zwei Elektromotoren, wurde fertig gekauft.

Sommersemester 2009 (Start des Projektes)

	Projektstudium EIT6 (15.03.2009 bis 01.07.2009)


	Folgende Arbeiten wurden durchgeführt:

	Es wurde passend zum Fahrgestell eine Grundplatine entwickelt. Diese Hauptplatine stellt die Schnittstelle zum FPGA-Modul (zu diesem Zeitpunkt noch ein gekauftes Produkt) sowie für alle anderen Module und zukünftige Erweiterungen bereit. Außerdem enthält sie eine JTAG-Programmier-Schnittstelle, ein 4MBit Flash-PROM, sowie Steckplätze für zwei Quarzoszillatoren und ein LCD-Display.
	Es wurde ein Stromversorgungsmodul entwickelt. Dieses liefert mit Hilfe von Abwärtswandlern (Step-Down-Converter), gespeist aus einem Akkupack mit einer maximalen Spannung von 7.2V, alle für den Roboter benötigten Spannungen von 1.2V, 2.5V, 3.3V und 5V. Hierbei ist das Modul für Stromstärken von bis zu 5A pro Spannungsausgang ausgelegt. Des Weiteren ist eine Ladeelektronik und eine Ladungszustandsüberwachung für die Akkus realisiert.
	Es wurde ein Modul zur Motoransteuerung realisiert, welches eine getrennte Geschwindigkeits- und Richtungssteuerung für beide Elektromotoren erlaubt. Zur Steuerung werden im FPGA erzeugte PWM-Signale (Pulsweitenmodulation) verwendet.
	Unter Verwendung eines auf 8 Hall-Sensoren basierenden Drehwinkelsensors wurde ein Modul aufgebaut, welches den Drehwinkel der beiden Kettenantriebsräder mit einer Auflösung von bis zu 0.088 Grad misst.
	Es wurde eine bidirektionale ASK-Datenübertragungstrecke unter Verwendung der Spreizbandtechnik realisiert und deren Einsatzmöglichkeit untersucht.

Entwicklungsstand nach dem Projektstudium:

Laborarbeiten im August und September 2009:

Entwicklung eines FPGA-Steckmoduls mit dem FPGA-Baustein "XC3S500E" der Firma Xilinx.

Modifikation der Hauptplatine für die Aufnahme des neuen FPGA-Steckmoduls durch eine studentische Hilfskraft.

	Bachelor Abschlussarbeit (16.06.2009 bis 16.09.2009)


	Folgende Arbeiten wurden durchgeführt:

	Implementierung und Validierung eines Mikrocontrollers im FPGA-Baustein.
	Realisierung der Schnittstellen von der Motorsteuerung und des Drehwinkelsensors zum implementierten Mikrocontroller.
	Erstellung von Assembler-Programmen zur Ansteuerung des Roboters.

Sommersemester 2010

	Projektstudium EIT6 (15.03.2010 bis 29.06.2010)


	Folgende Arbeiten wurden durchgeführt:

	Die Hauptplatine wurde komplett überarbeitet. Sie verfügt nun über passende Schnittstellen zum selbstgebauten FPGA-Modul sowie zum Flash-PROM-Modul. Außerdem wurden neue Schnittstellen für die Sensormodule, das Stromversorgungsmodul, das Batteriemanagement-Modul, sowie zu einer Erweiterungsplatine geschaffen. Die Motoransteuerung wurde auf dieser Platine integriert und zwei Gabellichtschranken zur Auswertung der Zahnradumdrehungen des Motorgetriebes hinzugefügt.
	Es wurde ein Batteriemanagement-Modul entwickelt, welches aus einer prozessorgesteuerten Ladungszustandsüberwachungseinheit und einer Schnellladevorrichtung für das Akku-Pack besteht. Die Ansteuerung dieser Bausteine durch den FPGA, bzw. die Auswertung der Daten, wurde in VHDL realisiert.
	Zu Testzwecken (und aus Zeitgründen) wurde ein einfacheres Stromversorgungsmodul mit Festspannungsreglern aufgebaut, welches aus der Spannung von 7.2V des Akku-Packs alle für den Roboter benötigten Spannungen von 1.2V, 2.5V, 3.3V und 5V erzeugt. (Später ist geplant dieses Netzteil ggf. wieder durch das zuvor entwickelte Schaltnetzteil zu ersetzen.)
	Ergänzend zur Hauptplatine wurde eine Erweiterungsplatine entwickelt und aufgebaut, welche ebenfalls ein FPGA-Modul und ein Flash-PROM-Modul enthält. Diese Platine verfügt außerdem über mehrere Schnittstellen für Eingabe- und Anzeige-Modulen. Das Ergänzungsmodul ist so konzipiert, dass es auch einzeln als Entwicklungsboard verwendet werden kann.
	Ein Infrarot-Abstandssensor-Modul wurde entwickelt, aufgebaut und getestet. Die Ansteuerung durch das FPGA wurde in VHDL realisiert.
	Ein Ultraschall-Abstandssensor-Modul wurde entwickelt, aufgebaut und getestet. Die Ansteuerung durch das FPGA wurde in VHDL realisiert.

Entwicklungsstand nach dem Projektstudium: