Einrichtung des HAPSAR Steuerrechners und Ansteuerung eines GPS-Moduls und eines Temperatur- und Feuchtigkeitssensors. Anpassung der Sensorsteuerung an eine Multithreading Struktur und Erstellung einer Datenbank zur Messdatenarchivierung.

Abstract

Im Rahmen der Aufgabenstellung wurde ein Rechnersystem für eine autonom fliegende Plattform in einem experimentellen Aufbau implementiert und eingerichtet. Verbunden mit dem hardwaretechnischen Aufbau war die softwareseitige Ansteuerung verschiedenster Schnittstellen des Steuerrechners und folglich die Verbindung mit den Steuerrechnerkomponenten. Das finale System besteht aus dem Steuerrechner, einem Temperatur- und Feuchtigkeitsensor und einem GPS-Modul. Zur Einrichtung der Hardware wurde die Linux Distribution Fedora auf dem Rechner installiert und eingerichtet. Insbesondere war zur Ansteuerung der einzelnen Sensoren eine Installation von Treibern notwendig, die unter anderem die Kommunikation über I2C und GPIO ermöglichen. Eine Kommunikation mit den einzelnen Sensoren wurde mittels der Programmiersprache Python 3 implementiert, die dies über Zusatzpakete ermöglicht. An dem Temperatursensor wurden sowohl Einzelmessungen als auch periodische Messungen programmiert und getestet. Zur Ansteuerung des GPS-Moduls wurde der SCPI-Befehlssatz in Python Funktionen implementiert. Die Empfangsdaten des GPS-Moduls, werden in einem Kommunikationsstandard für Navigationsdaten, dem NMEA Format gesendet. Anschließend werden diese im CPU Modul verarbeitet und gespeichert. Um eine asynchrone Verarbeitung, der über die serielle Schnittstelle gesendeten Daten zu gewährleisten, wurde die Anbindung mit Hilfe von Queues und Threads implementiert. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine relationale Datenbank mit Messdatensätzen erstellt, sowie die Implementierung der zugehörigen Multithreading Struktur umgesetzt. Die Grundlage des Datenbankaufbaus ist die Datenbanksprache SQL und der ORM Sqlalchemy. In einer ersten Testimplementierung wurde eine Datenbank mit lediglich einer Tabelle für die Temperatur programmiert. Aufbauend hierauf konnten Daten einer periodischen Temperaturmessung in einem gegebenen Intervall in die Tabelle eingetragen werden. Zur Auswertung der gespeicherten Daten wurden mithilfe von SQL und SQLAlchemy Funktionen zum Auslesen der Daten programmiert. Um die im Messbetrieb generierten Anfragen an den Steuerrechner zu bearbeiten, wurde eine Klasse implementiert, die Anfragen des Benutzers entgegennimmt und an die entsprechenden Sensoren weitergibt. Die angeforderten Daten werden danach zum einen im Python Terminal ausgegeben und zum anderen in der Datenbank gespeichert. Zusammenfassend wurde im Rahmen dieser Arbeit ein experimentelles Rechnersystem von Grund auf aufgebaut, welches regelmäßig Sensordaten in der Datenbank speichert, sowie Messanfragen des Benutzers ausführt und die zurückgegebenen Daten ausgibt und gegebenenfalls abspeichert.