Entwicklung einer steuerung mit grafische oberfläche auf einem mini-computer zur durchführung von fahrzyklen an einem motorprüfstand.

Entwicklung einer Steuerung mit Grafische Oberfläche

auf einem Mini-Computer zur Durchführung

von Fahrzyklen an einem

Motorprüfstand.

Bachelorarbeit

Zur Erlangung des akademischen Grades

Bachelor of Engineering (B.Eng.)

Vorgelegt von: Patrick SiandjiDjumedio

[e-mail]

s0551099

Studiengang: Elektrotechnik(B)

Fachrichtung: Ingenieurwissenschaften- Energie und Information

Hochschule: Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin.

University of Applied Sciences

Wilhelminenhofstraße 75A

12459 Berlin

Betreut von:

1. Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Norbert Klaes

2. Gutachter: M. Eng.Philipp Schmidt

Berlin,4Oktober 2019

Schüsselwort:

Bachelorarbeit, Grafische Benutzeroberfläche, CAN-Bus, Bussystem, Raspberry Pi, Python Programmiersprache, Durchführung von Fahrzyklen, Motorprüfstand, UART-Bus.

Kurzfassung

In dieser Bachelorarbeit wird eine grafische Benutzerschnittstelle mit Hilfe einesEinplatinencomputers (Raspberry Pi 3B) für die Durchführung von Fahrzyklen an einem Prüfstand entwickelt.

Für die Umsetzung dieser Aufgabe wird diesein zwei große Kapitel geteilt: Einerseits die Realisierung der GUI' und anderseits die Kommunikation mit derexternenWelt (Hardware)' bzw. mit dem Prüfstand durch die Anwendung von zweiBussystemen,und zwar dem CAN-und demUART-Bus.

Die grafische Benutzeroberfläche wird auf der Raspberry Pi mit der Python Programmiersprache realisiert.Hierfür wirddas Tkinter Modul für das GUI-Toolkit TK benutzt. Andere wichtige Module wiePython-Can, Pyserial, Re, CSV und Threadingwerden auch für die Umsetzung dieser Aufgabe verwendet.

Die Messdatenerfassungund der Datenaustausch gelingenerst, wenn vorher die Grundlagendes seriellenBussystemserläutert wurden. Als serielles Bussystem für die Kommunikation mit der Hardware wird einerseits der RS232 Schnittstelle verwendet und anderseits der MCP2515 CAN-Bus,derüber eine SPI-Schnittstelle gesteuert wird, während zudem die Konfiguration von diesemauf dem Raspberry Pi erforderlich ist. Des Weiteren wird der Telegrammaufbau erklärt; insbesondere geht es um das Auftrags- und AntworttelegrammeinesUSS Protokolls für eine fehlerfreie Kommunikation mit dem SIMOREG DC-Master.

Keyword:

Bachelor thesis, Graphical User Interface (GUI), Control Area Network, Bus system, Raspberry Pi, Python programming language, Performance of driving cycles, Engine test bench, UART Bus.

Abstract

This bachelor thesis deals with the development of a graphical user interface (GUI) using a single-board computer (the Raspberry Pi 3B) for the execution of driving cycles on a test bench.

For the implementation of this task, the work is divided into two major parts: The first is the realization of the GUI, and the second is securing communication with the external world (hardware) or with the test bench by using two bus systems, namely the CAN and UART buses.

The GUI is developed on the Raspberry Pi with the Python programming language. The TKinter module for the Tk GUI toolkit is used for this purpose. Other important modules such as python-can, pyserial, re, csv und Threading are also used to implement this task.

The measurement data acquisition and data exchange depend on successful implementation of the serial bus system. The MCP2515 CAN bus is used as a serial bus system for communication with the hardware. It is controlled via an SPI, and the configuration of these on the Raspberry Pi is required. Furthermore, we deal with the telegram structure and the order and response telegram of a USS protocol for error-free communication with the SIMOREG DC master.

Danksagung

Ohne die Unterstützung von einigen Personen wäre diese Abschlussarbeit fast unmöglich.

Hiermit möchte ich ganz ehrlich die Hochschule Für Technik und Wirtschaft HTW-Berlin danken mich diese Chance gegeben haben, ein Teil der Student im Studiengang Elektrotechnik sein zu dürfen und darüber hinaus meine ·Kenntnisse während meiner Tätigkeit als studentischer Mitarbeiter durch umfassende Praxis und Projekte zu vertiefen.

An der zweiten Stellebedanke ich mich bei meinen beiden Betreuer Prof. Dr. -Ing. Norbert Klaes und M. Eng Philipp Schmidt für den zur Verfügung gestellte Freiraum und Arbeitsplatz bzw. bei jeder Hilfe die Sie für die Umsetzung meine Aufgabe erbracht haben.

Danken möchte ich auch meine Schwiegermutter Eleni Soniadou, ihr Freund Niko, und meinem zweiten Bruder Christo für Ihre Finanzielle Unterstützung, meine Freundin Elisavet Alexiadou die während das Schreiben dieser Bachelorarbeit allein auf unserem Sohn aufgepasst musste damit ich mich besser konzentriere, Vielen Dank für deine Geduld und Unterstützung.

Dankbar bin ich auch meiner lieben Familie und besonders meiner Schwester Eliane aus Berlin und Ihr Mann Isaac Fothio, meine Eltern Djumedio Bejanmin und Tcheuckam Elise, meine anderen Geschwister aus Kamerun Djassi alvine, Tientcheu Martial und Djomaleu Merlin, die trotz Schwierigkeiten immer für mich da war, ebenfalls recht herzlich bedanken.

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis II

Tabelle VII

Abkürzungsverzeichnis VIII

Begriffserklärung IX

1. Einführung 1

1.1. Motivation 1

1.2. Ziel der Arbeit 1

1.3. Aufbau der Arbeit 1

2. Technische Grundlage 3

2.1 Der Raspberry Pi 3

2.2 Bussystem 4

2.2.1 Allgemein 4

2.2.2 CAN-Bus 5

2.2.2.1 SPI Schnittstelle 8

2.2.2.2 MCP-2515 9

2.2.3 UART-Bus 10

2.2.3.1 RS232-Schnittstelle 11

2.2.3.2 USS-Protokoll 11

2.2.4 Halbduplex-Betrieb 12

2.2.5 Vollduplex-Betrieb 12

3. Analyse 13

3.1 Anforderungen 13

3.2 UML Diagramm 14

4. Konzept 15

4.1 Umfeldanalyse 15

4.2 Der Erste Prototyp 15

4.3 Design 16

5. Realisierung der Benutzeroberfläche 17

5.1 Vorbereitung 17

5.1.1 Installation des Betriebssystems 17

5.1.1.1 NOOBS Installation 17

5.1.2 Installation der Module 19

5.1.2.1 Python IDE 19

5.1.2.2 Pyserial 20

5.1.2.3 Pillow 20

5.1.2.4 Webbrowser 20

5.1.2.5 CSV 21

5.1.2.6 RPi.GPIO 21

5.1.2.7 Threading 21

5.2 Tkinter 21

5.2.1 Widgets Entwurf 21

5.2.1.1 Label 22

5.2.1.2 Button 25

5.2.1.3 Canvas 25

5.2.1.4 Menü 29

5.2.1.5 Text-Box 29

6. Kommunikation mit der Hardware 31

6.1 CAN-Bus-Kommunikation 31

6.1.1 Der MCP-2515 31

6.1.2 Vorbereitung 33

6.1.2.1 SPI Konfiguration 33

6.1.2.2 CAN-Bus (MCP2515) Konfiguration 34

6.1.2.3 Installation von CAN-Utils 35

6.1.2.4 PCAN-USB-Adapter Konfiguration 36

6.1.3 Senden und Empfang der CAN-Message 38

6.2 Die UART-Kommunikation 39

6.2.1 Vorbereitung 39

6.2.1.1 RS232 Schnittstelle 39

6.2.1.2 Aufbau der Telegrammrahmen 39

6.2.1.3 Parametrierung des USS-Protokolls für das SIMOREG 6RA7025 41

6.2.1.4 Konfiguration der RS232-Schnittstelle auf dem Raspberry Pi 45

6.2.2 Auftragstelegramm 46

6.2.3 Antworttelegramm 47

7. Laborpraktikum 49

8. Fazit und Ausblick 58

Literaturverzeichnis und Quellenverzeichnis 59

Anhang X

A1. 8-Kanal Relay Modul Schaltung X

A2. Das F28335 Modul XI

A3. F28335 Pins Belegung XI

A4. Schaltung eines MCP2562-Transceivers mit dem Mikrocontroller XII

A5. Der MCP2562 Transceiver XII

A6. Funktionsplan einem USS Schnittstelle auf dem SIMOREG DC Master XIII

A7. Die Wichtigste Parameterliste für die Konfiguration der Seriellen Schnittstellen (USS1) des SIMOREG DC-Master XIV

A8. Parameter für die Diagnoseinformation der Seriellen Schnittstellen (USS1) des SIMOREG DC-Master XVI

A9. Funktionsplan eines Hochlaufgebers XVII

A10. Funktionsplan des Feldstromregelung für das SIMOREG-DC-Gerät XVIII

A11. Funktionsplan der EMK-Regelung für das SIMOREG-DC Gerät XIX

A12. Funktionsplan der Drehzahlregelung für das SIMOREG-DC Gerät XX

A13. Funktionsplan der Ankerstromregelung für das SIMOREG-DC Gerät XXI

2. CD-Verzeichnis XXII

Eidesstattliche Erklärung XXIII