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Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Burkart Voß

Titel
Prof. Dr.-Ing.
Vorname
Burkart
Nachname
Voß
Position
BaföG-Beauftragter​, Leiter des Master-Studiengangs Raumfahrtelektronik
Kontakt
  • 05.02.04
Sonstiges

Lehrgebiet: Mikroprozessortechnik, Signalprozessoren, Mikrorechnerentwurf, Prozessordesign, Raumfahrtsysteme, Elektronikdesign für Weltraumanwendungen

Lehrveranstaltungen

In der Vorlesung werden grundlegende Kenntnisse über die Verwendung von signalverarbeitenden Algorithmen vermittelt. Als Beispiel dienen Audiosignalverarbeitungsanwendungen mit dem STM32F412 Discovery kit. 

Werkzeuge: Wir benutzen die GCC-basierte auf Eclipse aufsetzende freie SW4STM32 IDE von AC6. Diese kann hier heruntergeladen werden.

Abschluß: APL, für die ein selbst auszuwählendes Projekt bearbeitet werden soll. In dem dazugehörigen Beleg sollen die folgenden Punkte betrachtet werden (abhängig von der Aufgabenstellung sind nicht alle Punkte sinnvoll!):

  • Funktionsprinzip des verwendeten Algorithmus 
  • Anpassung des Algorithmus an die verwendete DSP-Architektur
  • Daten zur Leistungsfähigkeit der Implementierung und zu dessen Grenzen (z.B. maximale Abtastrate, Speicherbedarf etc.)
  • Kenndaten der Signalverarbeitung, die sich mit der Implementierung erreichen lassen

In der Veranstaltung Prozessordesign sollen die grundlegenden Funktionsprinzipien eines Prozessors vertieft werden. Deshalb soll in dieser Veranstaltung - aufbauend auf den Kenntnissen aus Digitaler Schaltungstechnik und Mikroprozessortechnik - ein RISC Prozessor mit einer vorgegebenen Instruktionsmenge entworfen und auf einem FPGA implementiert werden.  

Ziel der Veranstaltung ist es, in einem Projekt die regelungstechnischen Kenntnisse mit den Kenntnissen über Mikrocontroller zu verknüpfen und damit zu festigen.

Im Rahmen des Projektes soll die Teilnahme an einem internationalen Wettbewerb vorbereitet werden, der auf der “embedded world” in Nürnberg stattfinden wird (siehe hier).

Nach erfolgreicher Teilnahme an dem Modul sollen die Studierenden in der Lage sein:

  • ein regelungstechnisches System mit nicht vollständig bekanntem Streckenmodell zu analysieren,
  • die Softwarearchitektur für ein komplexes System zu entwerfen,
  • einen digitalen Regler bei nur unvollständig bekanntem Streckenmodell zu entwerfen,
  • ein Funktionsmodell eines autonom fahrenden Modellfahrzeugs zu entwickeln.

Die Prüfung erfolgt in Form eines mündlichen Einzelgespräches mit den Studierenden unter Einbeziehung der erzielten Projektergebnisse.

Eine Besonderheit dieses Wahlpflichtfaches ist das Vorhandensein einer beschränkten Teilnehmeranzahl, die sich aus der Anzahl der von der „Renesas Electronics Europe“ zur Verfügung gestellten Fahrzeuge ergibt.

Sollte die Nachfrage das Angebot übersteigen, treffen die betreuenden Hochschullehrer die Entscheidung über die Teilnahme der einzelnen InteressentInnen.

In der Vorlesung Mikroprozessortechnik werden grundlegende Kenntnisse über den Aufbau und die Funktionsweise von Prozessoren und Mikrocontrollern vermittelt. Am Beispiel der 8-bit RISC Prozessorfamilie AVR von Microchip in einem Roboter werden die Grundprinzipien eines Mikrocontrollers verdeutlicht. Die Vorlesung wird durch ein begleitendes Praktikum ergänzt, in dem ein Roboter in C programmiert wird.

In dem Modul "Elektronikdesign für Weltraumanwendungen" wird das Wissen vermittelt das notwendig ist, um unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen einer Weltraumanwendung Elektronik zu entwickeln.
Im Praktikum wird das Erlernte im Rahmen einer weltraumtauglichen Modulentwicklung angewendet.
 

In dem Modul Raumfahrtsysteme werden grundsätzliche Zusammenhänge zu Raumfahrtsystemen behandelt, wie

  • weltraumspezifische Terminologie
  • Verständnis des Verhaltens von Satelliten (Umlaufbahnen, Treibstoffbedarf, etc.)
  • Weltraumtypische Probleme und deren Lösung
  • Grundsätzlicher Aufbau von Satelliten und Satellitensystemen
  • Instrumente zur Fernerkundung

Aufbauend auf dem Modul Mikroprozessortechnik werden im Modul Mikrorechnerentwurf komplexere Mikroprozessorkonzepte am Beispiel einer ARM Architektur behandelt. Im Rahmen eines Projektes soll eine ARM basierte Anwendung entwickelt werden. Neben zu lösenden Programmierproblemen werden auch die Entwicklung und Inbetriebnahme einer kundenspezifischen Leiterplatte sowie allgemeine Herangehensweisen bei einem Entwicklungsprojekt thematisiert.

Forschungsprojekte

Ein Schwerpunkt unserer Forschungsbemühungen ist die Untersuchung von Möglichkeiten, nicht speziell für den Weltraum qualifizierte elektronische und elektromechanische Bauteile für Weltraumprojekte einzusetzen.

"Raumfahrtanwendung kommerzieller Sensoren" (gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages (Förderkennzeichen: 50RM1410))

Moderne Sensorsysteme ermöglichen heute bereits zuverlässig die autonome Navigation von PKWs und Drohnen und sind in der Lage das Umfeld genau zu erfassen. Beim Einsatz dieser nicht raumfahrtqualifizierten Sensorsysteme in Weltraumanwendungen ist das Risiko eins Ausfalls oder eines Fehlers wesentlich höher als bei Systemen, welche für die Raumfahrt qualifiziert wurden. Dennoch besteht der Wunsch, diese nicht raumfahrtqualifizierten Sensorsysteme auch in Raumfahrtanwendungen zu verwenden.

In dem Vorhaben „Raumfahrtanwendung kommerzieller Sensoren – RAKS“ wurden neuartige nicht raumfahrtqualifizierte Sensoren (häufig „commercial of the shelf“ oder COTS genannt) für Raumfahrtanwendungen untersucht. In diesem Vorhaben wurden zur Kombination vier verschiedenartige Sensoren für die Entfernungsmessung ausgewählt: Ein FMCW-Radarsensor, ein PMD-Sensor, ein TOF-Sensor und zwei Kameras welche als Stereokamera fungieren.

Die für dieses Vorhaben ausgewählten Sensoren zur Entfernungsmessung decken eine möglichst große Bandbreite unterschiedlicher Messprinzipien ab. Die konkrete Auswahl der einzelnen Sensoren hing letztendlich nicht nur von deren Leistungsfähigkeit, sondern auch von ihrer Verfügbarkeit sowie deren Kosten und ihres Formfaktors ab.

"Latchup UNTersuchungen an Elektronikkomponenten“ (gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages (Förderkennzeichen:  50PS1704))

Da Einzelereignisse bei der Verwendung von nicht raumfahrtqualifizierten Bauteilen bei Einsatz im Weltraum nicht ohne sehr großen Aufwand vermieden werden können, werden Strategien entwickelt, wie missionsgefährdende Auswirkungen dieser Ereignisse verhindert werden können. Dazu sollen Daten in Versuchsreihen generiert und veröffentlicht werden, die das Verhalten verschiedener nicht raumfahrqualifizierter Mikrocontroller bezüglich der Zerstörung durch Single-Event-Latchups (SEL) statistisch gesichert charakterisieren. Ein wesentlicher Parameter ist dabei die Zeit zwischen Latchupbeginn und Zerstörung des Bauteils.

Im Rahmen des Vorhabens wurde bereits ein automatisierbarer kompakter Pulslaseraufbau zur Erzeugung von Einzelereigniseffekten (Latchup, Bit-flip) entwickelt. Nach weiteren Optimierungen kann eine große Stückzahl an Bauteilen mit relativ geringem Aufwand getestet und so verschiedene Strategien zum Erkennen und Löschen von Latchups entwickelt und validiert werden. Dabei ist ein Untersuchungsgegenstand das Zeitverhalten nach einem durch ein Strahlungsereignis generierten Latchup.

Mit den Resultaten können die Latchupschutzschaltungen angepasst und gegebenenfalls vereinfacht werden.