Προσαρμοσμένη επεξεργασία σήματος πολλαπλών καναλιών

Το έργο

Το έργο περιλαμβάνει την ανάπτυξη ηλεκτρονικών μετρήσεων βασισμένων σε FPGA που περιέχουν μετατροπείς AD (από αναλογικό σε ψηφιακό) και DA (από ψηφιακό σε αναλογικό). Αυτά τα ηλεκτρονικά μέτρησης θα χρησιμεύσουν ως πλατφόρμα δοκιμών για την ανάπτυξη λογισμικού. Στο πλαίσιο του έργου, θα σχεδιαστούν κυκλώματα, θα αναπτυχθούν πλακέτες κυκλωμάτων και θα σχεδιαστεί το περίβλημα. Τα ηλεκτρονικά θα συναρμολογηθούν και θα δοκιμαστούν. Στόχος είναι να παρασχεθεί πλήρως λειτουργικό υλικό το οποίο, μαζί με λεπτομερή τεκμηρίωση, θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για την περαιτέρω ανάπτυξη λογισμικού.

Ο στόχος και οι σχετικές προκλήσεις 

Ο στόχος ανάπτυξης είναι μια καθολικά εφαρμόσιμη, αρθρωτή πλατφόρμα υλικού με βασικό λογισμικό και διεπαφές για προσαρμοσμένες μονάδες λογισμικού. Αυτή πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές απόκτησης, επεξεργασίας και εξόδου δεδομένων πολλαπλών καναλιών στην περιοχή συχνοτήτων από MHz έως GHz. Λόγω της αυξανόμενης ψηφιοποίησης και αυτοματοποίησης, υπάρχουν πολυάριθμες εφαρμογές, όπως η τεχνητή νοημοσύνη, οι δοκιμές HIL, η τεχνολογία ελέγχου και τα συστήματα γρήγορων αισθητήρων/μετρήσεων. Μπορούν να αναπτυχθούν προσαρμόσιμα και πιο οικονομικά αποδοτικά συστήματα μέτρησης και επεξεργασίας δεδομένων με βάση τα SoC (system-on-chip) σε σύγκριση με τα σημερινά συστήματα επιτραπέζιων υπολογιστών (πάνω από 20 χιλιάδες ευρώ). Αυτά τα νέα συστήματα είναι επομένως κατάλληλα και για ευρεία βιομηχανική χρήση. Το έργο περιλαμβάνει την ανάπτυξη λογισμικού διασύνδεσης για εργαλεία όπως το MATLAB για τη διευκόλυνση της δημιουργίας σύνθετων εφαρμογών χωρίς γνώσεις προγραμματισμού. Ο συνδυασμός αυτού του λογισμικού με τη νέα τεχνολογία υλικού (SoCs) και η ανάπτυξη μιας αρθρωτής ηλεκτρονικής πλατφόρμας από κοινού με τη VELOMAT Messelektronik GmbH αποτελούν ένα σημαντικό επίτευγμα που υπερβαίνει τις συνήθεις εργασίες.

Πλεονεκτήματα έναντι των υφιστάμενων συστημάτων

Στη γερμανική αγορά, οι ενισχυτές μέτρησης και οι ηλεκτρονικές μονάδες για την απόκτηση και την επεξεργασία δεδομένων μέτρησης είναι συνήθως προκαθορισμένες από τον προμηθευτή. Αυτό σημαίνει ότι οι προσαρμοσμένες προσαρμογές για τον χρήστη είναι σπάνιες ή δαπανηρές. Ωστόσο, οι μελλοντικές εφαρμογές με πιο σύνθετους αλγορίθμους επεξεργασίας δεδομένων, όπως αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης που βασίζονται σε δεδομένα διεργασιών, απαιτούν εξατομικευμένες λύσεις. 

Η υλοποίηση

1. Προανάπτυξη:

  • Καθορισμός των απαιτήσεων για την ανάπτυξη
  • Δημιουργία ιδεών για την υλοποίηση των απαιτήσεων σε υλικό και λογισμικό
  • Δημιουργία ιδέας για το περιβάλλον δοκιμής του συστήματος
  • Αξιολόγηση εναλλακτικών εννοιών και λήψη απόφασης

2. κύρια ανάπτυξη:

  • Ανάπτυξη μονάδων διασύνδεσης υλικού σε επίπεδο FPGA
  • Ανάπτυξη της εφαρμογής της ΚΜΕ, συμπεριλαμβανομένων των μονάδων διασύνδεσης λογισμικού
  • Ανάπτυξη εφαρμογής κεντρικού υπολογιστή
  • Ανάπτυξη του περιβάλλοντος δοκιμών για δοκιμές μονάδων και συστημάτων
  • Ανάπτυξη διαδικασιών και εργαλείων για την παραγωγή
  • Κατασκευή πρωτοτύπων 

3. Εκτέλεση δοκιμών:

  • Δοκιμές ενότητας και επαναληπτική βελτιστοποίηση
  • Δοκιμές συστήματος και επαναληπτική βελτιστοποίηση
  • Δοκιμές παραγωγής και επαναληπτική βελτιστοποίηση

4. τεκμηρίωση:

  • Τεκμηρίωση των αποτελεσμάτων της ανάπτυξης
  • Τεκμηρίωση των αποτελεσμάτων των δοκιμών
  • Τεκμηρίωση των διεπαφών χρήστη 

Οι προκλήσεις

Η απλή προσαρμογή απαιτεί αρθρωτό λογισμικό με διεπαφές που επιτρέπουν την ενσωμάτωση και τη λειτουργία από τον πελάτη. Η πρόκληση έγκειται στο μεταβλητό μέγεθος, τη διαμορφώσιμη ταχύτητα επεξεργασίας και τις ευέλικτες διεπαφές με την εφαρμογή και το υλικό του πελάτη. Επιπλέον, οι ενότητες πελάτη θα πρέπει να δημιουργούνται εύκολα από τον πελάτη χωρίς γνώσεις προγραμματισμού και να ενσωματώνονται στο λογισμικό FORTecH. Αυτό απαιτεί εκτεταμένες εργασίες ανάπτυξης της αρχιτεκτονικής του λογισμικού και νέες έννοιες για τη μεταφορά δεδομένων και τις διεπαφές. Ταυτόχρονα, πρέπει να αναπτυχθεί μια πλατφόρμα υλικού που να μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί στις απαιτήσεις του πελάτη, παρά το πολύπλοκο σύστημα SoC και τις απαιτήσεις υλικού (π.χ. EMC). 

Συμπέρασμα

Συμπερασματικά, μπορεί να ειπωθεί ότι το έργο για την ανάπτυξη ηλεκτρονικών μέτρησης με βάση FPGA αποτελεί σημαντική συμβολή στη δημιουργία μιας ευέλικτης και προσαρμόσιμης πλατφόρμας υλικού για την απόκτηση, επεξεργασία και έξοδο δεδομένων. Η ενσωμάτωση των μετατροπέων AD και DA και η αρθρωτότητα του υλικού επιτρέπουν την ευέλικτη χρήση σε διάφορους τομείς εφαρμογών. Παρά τις προκλήσεις στην ανάπτυξη αρθρωτών λύσεων λογισμικού και ευέλικτων πλατφορμών υλικού, το έργο υπόσχεται καινοτόμες λύσεις για την αυξανόμενη ψηφιοποίηση και αυτοματοποίηση σε διάφορες βιομηχανίες.

Επικοινωνήστε μαζί μας