Rundherum zufrieden Flexible Datenerfassung im Fahrversuch mit WLAN-Telemetrie

Mit Tentaclion stellt Caemax nun ein intelligentes und schnelles Messsystem vor, das für den Anschluss aller gängigen Sensoren ausgelegt ist und dabei große Signalbandbreiten von bis zu 20kHz/Kanal bietet. Über Ethernet lässt sich das System einfach an jedes Notebook anschließen und steuern. Ein WLAN-Interface erlaubt darüber hinaus auch die kabellose Übertragung der Messwerte – entweder über bis zu 300m direkt in ein mit WLAN ausgestattetes Notebook oder über bis zu 3km Freifeld an einen Empfänger, der dann die Daten über die Ethernet-Schnittstelle an den PC überträgt. Beim Tentaclion-System kommen sogenannte Transceiver (Transmitter+Receiver=Sender+Empfänger) zum Einsatz, die kontinuierlich kleinere Datenpakete senden und empfangsseitig auf Korrektheit überprüfen. Bei Übertragungsproblemen werden diese solange erneut angefordert, bis sie fehlerfrei ihr Ziel erreicht haben. Ermöglicht wird das durch bis zu 8MB große Zwischenspeicher, die in jedem Signalaufbereitungsmodul vorhanden sind. Die Nutzung der standardisierten Netzwerk- und Internetprotokolle TCP/IP, HTTP und FTP ermöglicht die weltweite Fernwartung durch autorisierte Nutzer für Messdaten-Downloads, Parameteränderungen, Stichprobenentnahmen bei Langzeitmessungen, File-Transfers zum Support-Center und Firmware-Updates. Dezentrale Signalaufbereitung mit Web-Bedienung Durch die dezentrale Systemarchitektur mit Platzierung der Signalaufbereitung direkt am Sensor und den Wegfall langer, störanfälliger Analogleitungen wird eine maximale Messgenauigkeit erreicht. Die kanalweise wählbare Sensorsignalaufbereitung erlaubt den direkten Anschluss von Dehnungsmessstreifen (DMS), Mikrofonen und Beschleunigungsaufnehmern (ICP/IEPE), Thermoelementen, widerstandsbasierenden Sensoren (RTD- und Pt-Elemente) sowie Strömen. Alle Signaleingänge sind als Einfach- oder Differenzspannungseingänge mit sehr hoher Gleichtaktunterdrückung ausgeführt und erlauben somit auch Messungen mit potenzialgekoppelten Thermoelementen. Das System bietet programmierbare Abtastraten von zwölf Samples/s bis 48 kSamples/s mit Signalbandbreiten von 5Hz bis 20kHz/ Kanal, stufenlos programmierbare Verstärkung von 1 bis 1024, automatische Offsetkompensation (Autozero), sowie programmierbare Sensorversorgungen von 0 bis 12V oder 0,1 bis 4mA mit 120mW/Kanal bei 16Bit Auflösung. Die vollständige Parametrierung erfolgt über einen integrierten Webserver mittels HTTP und ist somit unabhängig von Software und Betriebssystem. Nach Eingabe der moduleigenen IP-Adresse in einen Webbrowser öffnet sich die \’Homepage\‘ des Moduls, auf der alle Einstellungen vorgenommen werden. Anschließend werden diese in einer lokalen Konfigurationsdatei gespeichert, die über FTP von jeder externen Software gelesen werden kann. Flexibler Einsatz im Fahrversuch Ein realitätsnahes Beispiel zeigt die flexiblen Einsatzmöglichkeiten des Tentaclion-System im Fahrversuch auf: Bild 2+3 zeigen ein typisches Testoval mit etwa 6km Streckenlänge, auf dem sich ein oder mehrere Testfahrzeuge im Hochgeschwindigkeitsbereich von bis zu 250km/h bewegen. Messdaten sollen in den Testfahrzeugen erfasst und laufend an eine stationäre Messstation bzw. ein Messfahrzeug übertragen werden. Für die folgenden Betrachtungen ist es wichtig zu wissen, dass die tatsächlich erreichbaren Datenraten über die WLAN-Strecke natürlich von den Wetter- und Sichtbedingungen, aber auch von der Entfernung zwischen Sender und Empfänger abhängig sind. Möglichst kurze Übertragungswege sind also von Vorteil. Beispiel 1: Im einfachsten Fall befindet sich nur ein Fahrzeug auf der Teststrecke, die zudem ohne Sichthindernisse, d.h. von überall komplett einsehbar sein soll. Das stationäre Messfahrzeug sei im Beispiel in der Mitte einer der beiden langen Geraden platziert, was einen maximalen Übertragungsweg von ca. 1500m ergibt (Bild 2). Die höchsten Transferraten erzielt man dabei, wenn das fahrende Testfahrzeug die Rolle des WLAN Access Points übernimmt (Download-Modus). Die Spezifikationen des Systems erlauben in diesem Fall und bei idealen Wetterbedingungen eine Datenrate von bis zu 30Mbps (Megabit/sec). Das genügt um beispielsweise 36 Kanäle mit 16Bit Auflösung und einer Abtastrate von 48kSamples/sec fehlerfrei zu erfassen. Das entspricht der maximalen Signalbandbreite von 20kHz/Kanal. Beispiel 2: Nun soll ein zweites Testfahrzeug hinzutreten, dessen Daten simultan erfasst werden müssen. In diesem Fall platziert man das stationäre Fahrzeug sinnvoller Weise zentral im Gelände, um die kürzesten Übertragungswege zu gewährleisten (Bild 3). Für eine möglichst einfach konfigurierbare System-Topologie übernimmt nun das Messfahrzeug die Rolle des Access Points. Die Datenübertragung über WLAN erfolgt daher im Upload-Modus, was zwangsläufig zu einer erheblichen Reduzierung der maximalen Transferraten führt. Im Beispiel beträgt diese beim kürzesten Abstand von etwa 600m noch 5Mbps, im weitesten Fall (1200m) nur noch 3Mbps. Die Datenraten reduzieren sich weiter, da sich nun zwei Transceiver das gleiche Frequenzband teilen müssen. Andererseits lassen sich durch den Zwischenspeicher im Sender langsamere Übertragungsphasen überbrücken. Die Praxis zeigt, dass in diesem Fall eine kontinuierliche Transferrate von ca. 1,5Mbps pro Fahrzeug erreicht werden kann. Das entspricht immerhin vier Kanälen mit einer Abtastrate von jeweils 24kSamples/sec bzw. auch mehr als vier Kanälen mit entsprechend geringerer Abtastrate. Beispiel 3: Im letzten und kompliziertesten Fall soll nun ein dichtes Waldstück in der Mitte des Ovals die freie Sicht erheblich begrenzen. Die optimale Position für unser stationäres Messfahrzeug befindet sich nun in einer Ecke, von wo aus etwa 50% der Teststrecke einsehbar sind, d.h. die beiden Testfahrzeuge befinden sich jeweils die Hälfte der Zeit im Funkschatten. Bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 250km/h und einer daraus resultierenden Rundenzeit von etwa 90sec erfordert dies demnach eine durchschnittliche Zwischenspeicherung der Messdaten für mindestens 45sec. Die Speichergröße von 8MB reicht dann in der Theorie nicht ganz, um die Transferrate aus dem vorherigen Beispiel in allen Fällen zu gewährleisten. Eine weitere Reduktion der Abtastrate und/oder Kanalzahl wäre also eventuell notwendig. In der Praxis erfolgt die Leerung des Datenpuffers in der Annäherungsphase der Fahrzeuge aber meist erheblich schneller. Erfordert der Fahrversuch darüber hinaus ein kontinuierliches Online-Monitoring, d.h. ohne Unterbrechungen im Funkschatten, so kann auch dies durch den Einsatz weiterer Transceiver – so genannter \“Repeater-Stationen\“ – realisiert werden, die eine durchgängige Sicht- und Funkverbindung rings um die Strecke gewährleisten. Dabei wird auf das WDS (Wireless Distribution System) Protokoll zurückgegriffen, dass eine drahtlose Kommunikation auch zwischen mehreren Access Points ermöglicht.