MIMO TECHNOLOGY

In 2019 habe ich mein Bachelor Studium als Elektrotechnik Ingenieur abgeschlossen. Im Studium wurden insgesamt sechs Projekte in Projektteams durchgeführt.

Projekt 1
Titel:	Brandmeldeanlage für gehörlose
Projekt-Art:	Theoretisches Projekt mit Fokus auf das Projektmanagement
Teamgrösse:	6 Personen
Position:	Projektleiter
Lerninhalt:	Moderierte Sitzung Pflichten- und Lastenheft Projektplan Budgetierung

Projekt 2
Titel:	Bestimmung von Ersatzschaltbildern aus Impedanzmessungen
Projekt-Art:	Software-Projekt in Java
Teamgrösse:	7 Personen
Position:	stv. Projektleitung Dokumentationsverantwortlicher
Lerninhalt:	User Interface Statusberichte PMA-Bericht Projektsteuerung Korrekt Quellen referenzieren

Projekt 3
Titel:	EKG-Aufnahmegerät für Ferndiagnose (IoT)
Projekt-Art:	Hard- und Software Kombination
Teamgrösse:	4 Personen
Position:	Mikrocontroller Software Hardware Entwicklung
Lerninhalt:	PCB-Erstellung Drahtlose Datenübertragung Messverstärkung von sehr schwachen Signalen Störsignale Filtern Analog-Digital Wandlung

Projekt 4
Titel:	Motorisiertes Rollbrett (Elektromobilität)
Projekt-Art:	Hardware Projekt
Teamgrösse:	6 Personen
Position:	Stv. Projektleitung Projektplanung Battery Management (Balancer) Mikrocontroller Software
Lerninhalt:	Motoren Ansteuerung mit FOC (Feldorientierte Regelung) Schalten von hohen Strömen Akku-Batterie laden und balancen Meetings auf Englisch Präsentation auf Englisch

Projekt 5
Titel:	Library zur Steuerung von Elektro-Rollstühlen (CAN-BUS)
Projekt-Art:	Software-Projekt in C++
Teamgrösse:	2 Personen
Position:	Projektleitung Software Engineering
Lerninhalt:	Software Engineering Schreiben einer Library in C++ Funktionsanalyse des CAN-BUS

Projekt 6
Titel:	Bachelor Thesis: Stencil Management System
Projekt-Art:	Hard- und Software Kombination
Teamgrösse:	1 Person
Position:	Projektleitung Software Hardware
Lerninhalt:	Industrie 4.0 Skalierbare Hardware für fehlerfreie Detektion von Objekten User Interface Kombination verschiedener BUS-Systeme Client- und Serverseitige Kommunikation SQL-Datenbank

Objektorientiers Programmieren:

Das Objektorientierte Programmieren wurde in Java unterrichtet. Dabei wurde mit dem Abstract Window Toolkit (AWT) eigene GUI (Graphical User Interface) für die Applets erstellt. Anhand des Model View Controller Prinzip wurden funktionale Applets programmiert. Der Model Part wurden zuvor in UML-Notation (Unified Modelling Language) in Form eines Klassendiagramms geplant.

Digitaltechnik / Hardwarebeschreibungssprache VHDL:

Die Digitaltechnik Module befassten sich mit dem designen und optimieren digitaler Systeme, als auch die Anwendung der Hardwarebeschreibungssprache VHDL. Es wurden Schaltungen mit digitalen CMOS Bausteinen wie z.B. NOR-Gliedern oder JK-Flipflops entwickelt. Die Schaltungen wurden mittels Schaltalgebraischer Gleichungsreduktion (De Morgan / Shannon) oder durch Karnaugh-Tafeln vereinfacht.
In späteren Modulen lernten wir die Hardwarebeschreibungssprache VHDL, schrieben in ihr mehrere Programme und simulierten sie auf den FBGA Boards. Zudem wurden Problematiken wie die Clock Lag und Lead Zeiten von SDRAM, als auch die Grösse der Ausgangsvektoren bei Floating Point Berechnungen behandelt.

Microkontroller / Embedded Systems:

Mit dem Mikrocontroller ATmega2560 wurde das Programmieren eines Microkontrollers beigebracht. Um die Grundprinzipien zu verstehen wurden Programme mit Assembler geschrieben, welches Timer, Register und Interrupts direkt ansprach. Komplexere Programme wurden mit C geschrieben, welche das Prinzip von Headerfiles und der Statemachine näherbrachte.
In einem weiteren Modul wurde mit dem ST Microelectronics Controller STM32F429I das Programmieren auf einem Realtime Multitasking Operating System (RTOS) beigebracht. Dabei wurden Unterschiede zwischen Hard- und Soft-Realtime als auch die Task-synchronisation mittels Semaphore gezeigt.
Dies wurde im Modul Embedded System Software Design weiter vertieft und auf ein System on Chip Board mit einem Real Time Betriebssystem erweitert. Als Board wurde das "Wandboard" benutzt.

Software Engineering:

Das Software Engineering befasste sich mit dem finden und dokumentieren der Anforderungen eines Kunden. Mittels Requirements-Elicitation und -Analysis wurden Use Case-, Objekt- und Sequenzdiagrammen erstellt. Diese wurden dann im System Design und Klassendiagrammen weiter ausgearbeitet.

Bildverarbeitung / Nano Technology:

In der Bildverarbeitung wurden Techniken zur Bildverarbeitung gezeigt und mit MatLab und LabView durchgeführt. Neben Bildtransformation, Interpolations Arten (Pixelrasterisierung nach einer Transformation), Filter, Farbmodelle und Morphologie (Formenerkennung), wurden auch die Kamera- und Beleuchtungstechnik behandelt.
Das Modul Mikro- und Nanotechnologie zeigte verschiedene Nanolithographien und deren vor und Nachteile auf. Mit Cantilever (welche als Messnadel für ein Rasterkraftmikroskop dienen) und der Messung ihrer Resonanzfrequenz können z.B. neue Messmethoden für die Dichtemessung von Gasen realisiert werden.

Signalverarbeitung:

In den Signalverabeitungs Modulen wurden Signale Mathematisch beschrieben und mithilfe der Fourrier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert. Dort konnten die Signale relativ einfach mit z.B. einem Dirac-Stoss multipliziert werden (was einer Faltung im Zeitbereich entspricht), um daraus die Stossantwort zu erhalten. Auch wurden dynamische Systeme mithilfe der Laplace-Transformation als Übertragungsfunktion beschrieben, Grenzwerte berechnet, die Stabilität der Systeme analysiert und Filter entworfen. Auch Zeitdiskrete Signale wurden mithilfe der Z-Transformation in den Spektralbereich transformiert. Dabei wurden Problematiken bei der Abtastung bzw. der Quantisierung von AD-Wandlern näher erläutert.

Kryptographie:

Im Modul Kryptographie wurde die Geschichte, Funktionsweise, Stärken und Schwächen von verschiedenen Kryptologischen Verfahren wie DES (Data Encryption Standard), AES (Advanced Encryption Standard) und IDEA (International Data Encryption Standard) betrachtet und in einfachen Beispielen selbst berechnet. Dazu wurden Berechnungen in endlichen Körpern benötigt. Auch asymmetrische Verschlüsselungstechniken wie RSA (Rivest – Shamir - Adleman) und das Schlüsselaustauschverfahren Diffie & Hellman wurde unterrichtet. Zusätzlich wurde die Elliptic Curve Cryptography als auch Kryptologische Hashfunktionen wie SHA (Secure Hash Algorithm) oder MD-5 (Message-Digest Algorithm 5) betrachtet und an einfachen Beispielen berechnet.

Und vieles Mehr:

Dies sind Eindrücke aus einem Bruchteil des Studiums. Naben den Aufgelisteten Themen wurden auch viele Mathematik-, Deutsch-, Englisch-, Physik-, Regelungstechnik-, Informatik-, Betriebswirtschaft-, Microelektronik- und Leistungselektronik- Module unterrichtet. Alles aufzulisten würde den Rahmen eine Übersicht sprengen.

Im Jahr 2012 schloss ich meine Berufslehre als Elektroniker ab. Die Lehrzeit teilte sich in praxisorientiertes Arbeiten in der Firma und Lernen der Theorie in der Schule auf. In der Schule lernte ich die Grundlagen der analogen und digitalen Elektrotechnik kennen, erweiterte meinen Mathematischen Horizont und lernte das Programmieren in C und Assembler.
Im Betrieb konnte ich das gelernte in die Praxis umsetzen. Ich lernte korrekte Messberichte zu schreiben, Leiterplatten nach Firmenstandard zu entwerfen und elektronische Schaltungen zu entwickeln und aufzubauen. Zudem lernte ich das saubere löten nach Industrienorm und konnte meine Programmierungskenntnisse vertiefen.


Als Abschlussarbeit erstellte ich ein Peripheriegerät zum Überprüfen von Timing Fehlern in seriellen Datenübertragungen. Da die Kommunikationswege nicht beeinflusst werden durften, musste eine Hochimpedanz Messhardware entwickelt werden um die Signale an den LPC1227 (ARM cortex-M0) Mikrocontroller weiterzuleiten.
Wird das Timing des Protokolls verletzt, wird ein Trigger-Signal an ein Oszilloskop gesendet. Um die Fehler zu finden, musste das Signal in Echtzeit im Mikrocontroller analysiert und ausgewertet werden. Dazu musste mit den Timern und Interrupts und mit dessen Prioritäten gearbeitet werden.