Abschlusspräsentation Informationstechnik Labor Thema: Entwicklung eines MP3-GPS Player

Problem- und Aufgabenstellung Einleitung Module Software Gehäusekonzept Ausblick Fazit Problemstellung: Der Umgang mit der Entwicklungsumgebung AVR Studio und dem kostenfreien C-Compiler avr-gcc sowie der Umgang mit den Mikrocontrollern von Atmel wird in keiner Vorlesung des Fachbereichs Mechatronik direkt behandelt. Zum Kennen lernen der Atmel Mikrocontroller und der Programmiersoftware bilden sie den Kern unseres Projektes. Aufgabenstellung: Es ist ein Kombinationsgerät für den Freizeitbereich zu entwickeln, das MP3 Dateien abspielen und Positionsänderungen registrieren kann. Dabei soll es den zurückgelegten Weg und die benötigte Zeit aufnehmen und aufbereiten.

Module

Grafikdisplay 128x64 Pixel Paralleler 8bit Datenbus ASCII-Zeichensatz Hintergrundbeleuchtung 60mA Lauftext

SD-Karte MP3-Daten auslesen GPS-Daten schreiben SPI Bus FAT-Bibliothek von Holger Klabunde FAT 16 (FAT32 möglich) Paralleles Öffnen von Dateien zum Lesen Lesen mit 50 Kb/s 1 Gigabyte getestet

JTAG Programmierung und Debugging Benötigte Anschlüsse TAP-Controller On-Chip Debugging: Breakpoints Verschiedene Stepping Möglichkeiten Speicherbereiche darstellen

GPS-Empfänger Lassen iQ*) Bestimmung von Position und Momentangeschwindigkeit 12 Kanal Technik Serielle Schnittstelle Verbrauch 86mW Abmessungen: 26x26x6mm Protokolle: TSIP (binär) und NMEA (ASCII) *) kostenloses Sample der Firma Trimble

GPS-Daten Anzeige von: Koordinaten Geschwindigkeit zurückgelegter Strecke Durchschnitts- geschwindigkeit Empfangsstatus Speichern der GPS-Daten auf SD-Karte zur Auswertung mit z.B. Routenplanern oder Google Earth

Lithium Polymer Akku 1550mAh 3V bis 4,2V Cut-off Spannung 3V

Spannungsregler MAX1672 Step-up/down DC-DC-Converter 1,8V bis 11V Eingangsspannung 3,3V Ausgangsspannung 150mA Ausgangsstrom Selbsthalteschaltung MAX1759 5V Charge Pump 1,6V bis 5,5V Eingangsspannung für Hintergrundbeleuchtung

Ladeschaltung MAX1555 Lade-IC für 1-Zellen Lithium-Polymer Akkus Eingangsspannung 3,7V bis 7V (Netzteil) USB Support (100mA Begrenzung) On-Chip Temperaturüberwachung Ladestatusanzeige

VS1011 Sample Rate 44,1kHz Codierung 128 kbit/sec 196 kbit/sec 220 kbit/sec (VBR) Kompressionsrate 11,025 7,2 6,4 Zeit um 32Byte an VS1011 zu senden 0,2ms 1 codiertes MP3 Byte in Audiospielzeit 0,0625ms 0,041ms 0,036ms 32 codierte MP3 Byte in Audiospielzeit 2ms 1,3ms 1,2ms 512 codierte MP3 Byte in Audiospielzeit 32ms 20,9ms 18,6ms Schreibzyklen (je 32Byte) bis Audio FIFO Buffer voll 5 8 9 Dauer für diese Anzahl an Schreibzyklen 1ms 1,6ms 1,8ms Spielzeit des Audio Buffer am VS1011 10ms 10,4ms 10,5ms

µController - Atmega64 I/O ports External interrupts Sleep mode 8-bit Timer/Counter0 with asynchronous operation 16-bit Timer/Counter1 SPI – Serial Peripheral Interface USART – serial communication Analog to digital converter Watchdog JTAG interface and on-chip debug system

Layout

Flussdiagramm der main-Funktion

Benutzerschnittstelle 5 Taster zur Steuerung des Players Abfrage über externe Interrupts Realisierung verschiedener Kombinationen: Taster kurz, lang, sehr lange gedrückt Tastenkombinationen Taster kurz lang 1 Play / Pause Bassverstärker ein/aus 2 Lauter nächste MP3 3 Leiser vorherige MP3 4 GPS an/aus GPS reset 5 --- Gerät ein/aus Tastenkombination Funktion Taster 1 + 4 lange gedrückt Tastensperre ein/aus

Technische Daten des Y-Pot Kopfhörer >30 Ohm Versorgungsspannung: Player LiPoly Akku 2,8V bis 4,2V 1550mAh Ladeschaltung 4,5V Maximum 100mA Speichermedium SD-Karte: 1 Gigabyte Spielbare Dateitypen MPEG 1.0 & 2.0 audio layer III (MP3) variable and constant bitrate bis zu 320 kbit/sec und 44,1 kHz Spielzeit ohne GPS: 20h mit GPS: 15h Displayauflösung 128x64

Gehäusevorschlag Material: Plexiglas Spritzwasserschutz durch Klebefolie 4 Führungen zur Aufnahme in Draisine

Ausblick Miniaturisierung des Y-Pot Fertigung eines Gehäuses Integration in Draisine Verwaltung von Ordnerstrukturen Kleineres Display Solarpanelaufsatz

Fazit Sehr gute Unterstützung von Herrn Beck und Herrn Stumpf Viel gelernt über Schaltungsentwicklung Umgang mit zeitkritischen Funktionen in µControllern gelernt Umgang mit On-Chip Debugging Wahnsinnig viel Spaß Dank an Trimble und Maxim für die kostenlosen Samples Auf Grund der von uns gemachter Ausarbeitung, empfehlen wir für ein weiteres DoE folgende Faktoren: Temperatur: wegen der starken Temperaturabhängigkeit der LED, Photodiode, des Rauschens und PC Frequ PP: höherer Eingangsstrom und damit höhere Ausgangsleistung möglich Dämpfung des PC: wegen der starken Reduzierung der Strahlleistung Toleranz der Linse und Detektor: wie in der Strahldurchrechnung gezeigt, hängt von diesen zwei Komponenten die Bündelung der Strahlung am meisten ab. Um nicht nur theoretisch auf den realen Sensor zu schließen, sollte ein systemnaher Aufbau allen verwendeten Komponenten und Abmaßen verwendet werden. Die in diesen Versuchen bewiesene Nichtlinearität kann mit einer Wahl von 3 Faktorstufen in der Übertragungsfunktion mit berücksichtigt werden.