Ein SoC-System zur Indoor-Positionsermittlung mittels Beschleunigungs-, Gyro- und Kompasssensordaten

Abstract

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Aufgabe mit Hilfe von Inertial- und Magnetfeldsensorik translatorische und rotatorische Beschleunigungskräfte und magnetische Flussdichten zu messen und diese Daten mit Hilfe eines Embedded Systems in Echtzeit auszuwerten. Die Entwicklung des Embedded-Systems gliedert sich in drei Teilabschnitte, wobei sich der erste Teil des Entwicklungsprozesses mit der Konfiguration des MicroBlaze Softcore RISC-Prozessors beschäftigt. Der zweite Entwicklungsschritt ist die Implementierung der C-Routinen zur Sammlung und Auswertung der Daten, welche nach Fertigstellung des Systems im dritten Schritt auf Genauigkeit und Fehler hin untersucht werden. Als Plattform für das Embedded-System wird ein Xilinx Virtex-5 FPGA verwendet. Das entwickelte System unterstützt die Messung von Rotationen und Translationen in allen drei räumlichen Ebenen, die Auswertung von Roll und Nick Winkeln, eine filterlose Approximation der Geschwindigkeit, sowie die daraus resultierende zurückgelegte Distanz in der X-Y-Ebene und die Berechnung des Azimiuth-Winkels (magnetische Ausrichtung des Sensors in Bezug zum Erdmagnetfeld) in Echtzeit.

This thesis describes the development of an embedded-system based on a Xilinx Virtex-5 FPGA, which evaluates rotational and translational acceleration, in real-time, and magnetic flux density, which is measured by inertial sensors and a magnetic field sensor. The development of this embedded-system is structured in three steps, detailed as follows. The first step deals with the configuration of the MicroBlaze Softcore RISCProcessor, the second step handles the implementation of the C-routines gathering and processing the sensor data. Once the embedded-system has been accomplished the data is analyzed considering accuracy and quality. The system is able to measure rotational and translational acceleration in all three planes, to calculate roll and pitch-angles, an approximation of the unfiltered velocity as well as the resulting distance in the X-Y-plane and the azimuth angle (magnetic orientation of the sensor relating to the earth´s magnetic field) in real time.