FORPROSJEKTRAPPORT - H15E08

FORPROSJEKTRAPPORT - H15E08

INNHOLD Prosjektinformasjon... 3 Bakgrunn... 4 Prosjektmål... 4 Problemstilling... 4 Avgrensninger... 5 Oppgave... 5 Krav fra oppdragsgiver... 5 Prosjektplan... 6 Gannt-diagram... 6 Tidsforbruk... 7 Standarder... 7 Miljø... 7 Programmering... 7 Aktivitetsbeskrivelse... 8 Utstyr... 14 GPS Modul:... 14 GPS Antenne:... 14 Mikrokontroller:... 14 Akselerometer/Gyroskop:... 15 Kontaktinformasjon... 16

PROSJEKTINFORMASJON Prosjektkategori: Hovedprosjekt Omfang i studiepoeng: 20 Fagområde: Elektronikk Tittel: Design og utvikling av mikrobøye for måling og observasjon av vanntilstand Gruppemedlemmer: Håkon Hedlund & Thomas J. Kjærstad Dato: 10.04.2015 Antall sider: 15 Antall vedlegg: 0 Gruppeveileder: Åge T. Johansen Avdeling: Elektro ved Høgskolen i Østfold, Fredrikstad Samarbeidspartner: ISPAS AS Prosjektnummer: H15E08 Kontaktperson: Viggo A. Solli

BAKGRUNN Det brukes bøyer med måleinstrumenter for å samle inn informasjon om sjøtilstand og værforhold, slik at man kan ta hensyn til disse data i forbindelse med radarmålinger. Dagens måleutstyr av sjøtilstand er tungvint fordi det kreves spesialutstyr for å få måleinstrumentet på plass i ønsket posisjon grunnet høy vekt og stort volum. ISPAS AS ønsker en mikroutgave av denne formen for måleutstyr som enkelt kan fraktes rundt i f.eks en koffert, pakkes ut, aktiveres og kastes i posisjon for hånd. PROSJEKTMÅL Målet med prosjektet er å lage en prototype for en mikrobøye med måleutstyr som skal kunne regne ut sjøtilstand, måle temperatur og bruke GPS til posisjonering av bøyen, for så å sende all denne informasjonen med radio til en mottaker over en viss distanse. Langtidsmålet er å lage et fungerende produkt som skal kunne brukes av ISPAS AS i forbindelse med utviklingen av oljedeteksjonsradar på havoverflate, og samtidig kunne tilpasses fremtidige kunder etter bedriftens behov. Gruppen ønsker å fullføre oppdragsgivers oppgave med underliggende krav på en tilfredsstillende måte med tanke på: Pris Nøyaktighet av utstyr Mulighet for videreutvikling av utstyr PROBLEMSTILLING Ved måling av olje på vann er det av interesse å vite hvilken sjøtilstand som det faktisk er på vannet under måling. Dette kan leses ut av radardata, men det er ønskelig å kunne verifisere dette med en bøye. Det ønskes å kunne lese av: Bølgehøyde Vanntemperatur Posisjon i form av GPS data I tillegg ønskes det at bøyen skal kunne kommunisere med en mottaker slik at data kan behandles i software.

AVGRENSNINGER OPPGAVE 1 Fremme løsning for et system med fokus på pris, funksjonalitet og miljø. o Designe og utvikle elektronikken (PCB) for løsning i.e. mikrokontroller, sensorer, GPS og radiolink. o PCB med komponenter må kunne brytes ned i vann over tid. o Designe dataoverføringsprotokoll som kan snakke med eksisterende radiolink(ispas). o Utvikle programvare til mikrokontroller. Kommunikasjon med alle sensorer, GPS etc. Utregninger av bølgehøyde, driving etc. Lokal og sentral lagring av data. Minnepenn og på PC. o Lage et enkelt program til PC for visualisering av bøyedata. 2 Utvikle og designe en innpakning innenfor nevnte krav. a. Ta stilling til materialvalg og produksjonsenkelthet. b. Bestemme med designet av bøyen hvor den skal ligge i forhold til overflaten på vannet. 3 Utvikle og utføre tester som kan reproduseres og verifisere målte data. 4 Produsere relevant dokumentasjon for punkt 1, 2 og 3 slik at denne passer inn i ISPAS gjeldende dokumentstruktur. Dette innebærer; prosjektplan, budsjett, designdokumentasjon, datablader, brukerdokumentasjon og sluttdokumentasjon. 5 Levere punkt 1,2 og 3 i henhold til gjeldende føringer for avsluttende hovedprosjekt for bachelorstudenter ved Høgskolen i Østfold. KRAV FRA OPPDRAGSGIVER 1 Minimum avstand for kommunikasjon er 1000m 2 Tilstrekkelig overføringsbandbredde slik at bøyen kan sende all data på bølgetopp 3 Enheten skal ha mulighet for å kalibreres 4 Enheten skal ha mulighet for lokal lagring av data på minnepinne 5 Bøyen må være innenfor forurensningsloven og være nedbrytbar i vann

PROSJEKTPLAN Det er laget et forslag til fremtidsplan i form av et Gannt-diagram og oversikt over tidsforbruk. Total varighet av hele prosjektet er omtrent 10 uker. GANNT-DIAGRAM

TIDSFORBRUK STANDARDER MILJØ En viktig del av arbeidet i dette prosjektet blir å forholde seg til RoHS så godt som mulig. RoHS er den Europeiske standarden for begrensning av bruk av farlige materialer (Restriction of Hazardous Substances). Gruppen skal etter krav fra ISPAS benytte materialer til produksjon som utgjør så lav fare for miljøet som overhodet mulig. PROGRAMMERING All programkode som blir produsert i forbindelse med prosjektet vil bestå av en kombinasjon av C/C++/C#.

AKTIVITETSBESKRIVELSE CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Mikrobøye for måling av vanntilstand Oppdragsgiver: ISPAS Planlagt start: Planlagt ferdig: 13.04.15 21.04. 15 CTR ( Aktivitetsnummer:) Tittel: Innkjøp og vurdering av 1 komponenter Prosjekt ID: B15E08 Varighet: 7 Dager Dato: 9.04.15 Rev: Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Alternativer til komponenter for bøyen skal vurderes og kjøpes. Arbeidsbeskrivelse: (Hva skal gjøres) Lete etter komponenter som har spesifikasjoner som passer til hvordan bøyen skal brukes. Kjøpe komponentene tidligst mulig. Inngangsdata: (Hva må være på plass for å starte aktiviteten (avhengighet)) Aktiviteten avhenger av en forståelse av hvordan bøyen skal brukes Leveranser: Kommentarer, antagelser Komponentene kommer til å bli kjøpt en av de første dagene, det som tar tid er leveransen. Anskaffelser: Ressursbehov Timer: 40 timer Utarbeidet av: Håkon Hedlund Kontrollert av: Thomas Kjærstad

CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Mikrobøye for måling av vanntilstand Oppdragsgiver: ISPAS Planlagt start: Planlagt ferdig: 20.04.15 22.14.15 CTR ( Aktivitetsnummer:) Tittel: 2 Opprette hjemmeside Prosjekt ID: B15E08 Varighet: 3 Dager Dato: 9.04.15 Rev: Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Prosjektet skal ha en hjemmeside Arbeidsbeskrivelse: (Hva skal gjøres) Lage en hjemmeside Hjemmesiden skal hvert fall inneholde: - Presentasjon av prosjektgruppen - Forprosjektrapport Inngangsdata: (Hva må være på plass for å starte aktiviteten (avhengighet)) En ferdig forprosjektrapport Leveranser: Kommentarer, antagelser Antar at der er lettere å få et bra resultat ved å bruke ferdige oppsett, og ikke HTML direkte. Frist for hjemmeside er 27.04.15. Anskaffelser: Ressursbehov Timer: 16 timer Utarbeidet av: Håkon Hedlund Kontrollert av: Thomas Kjærstad

CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Mikrobøye for måling av vanntilstand Oppdragsgiver: ISPAS Planlagt start: Planlagt ferdig: 22.04.15 05.05.15 CTR ( Aktivitetsnummer:) Tittel: Designe og konstruere en 3 kretsløsning Prosjekt ID: B15E08 Varighet: 10 Dager Dato: 9.04.15 Rev: Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Designe og konstruere en kretsløsning klar til å programmeres. Arbeidsbeskrivelse: (Hva skal gjøres) Designe og konstruere kretsløsning som det skal være mulig å møte kravene til oppgaven med. Inngangsdata: (Hva må være på plass for å starte aktiviteten (avhengighet)) CTR nr. 1 - Innkjøp må være ferdig Leveranser: Leveranse av komponenter fra CTR nr. 1 Kommentarer, antagelser Anskaffelser: Ressursbehov Timer: 64 Timer Utarbeidet av: Håkon Hedlund Kontrollert av: Thomas Kjærstad

CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Mikrobøye for måling av vanntilstand Oppdragsgiver: ISPAS Planlagt start: Planlagt ferdig: 06.05.15 19.05.15 CTR ( Aktivitetsnummer:) Tittel: Programutvikling og 4 bøyekonstruksjon Prosjekt ID: B15E08 Varighet: 10 dager Dato: 9.04.15 Rev: Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Ha et program og en prototype av bøyen klar til testing Arbeidsbeskrivelse: (Hva skal gjøres) Lage programmet til kretsløsningen og lage en prototype av bøyen Inngangsdata: (Hva må være på plass for å starte aktiviteten (avhengighet)) CTR nr. 3 Konstruksjon av kretsløsning må være ferdig Leveranser: Kommentarer, antagelser Anskaffelser: Ressursbehov Timer: 80 timer Utarbeidet av: Håkon Hedlund Kontrollert av: Thomas Kjærstad

CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Mikrobøye for måling av vanntilstand Oppdragsgiver: ISPAS Planlagt start: Planlagt ferdig: 20.05.15 28.05.15 CTR ( Aktivitetsnummer:) Tittel: 5 Testing og justering Prosjekt ID: B15E08 Varighet: 7 dager Dato: 9.04.15 Rev: Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Få prototypen til å fungere etter kravene. Arbeidsbeskrivelse: (Hva skal gjøres) Teste programmet og konstruksjonen, og gjøre endringer ut i fra testene. Inngangsdata: (Hva må være på plass for å starte aktiviteten (avhengighet)) CTR nr. 4 Prototypen må være klar til testing. Leveranser: Kommentarer, antagelser Anskaffelser: Ressursbehov Timer: 40 timer Utarbeidet av: Håkon Hedlund Kontrollert av: Thomas Kjærstad

CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Mikrobøye for måling av vanntilstand Oppdragsgiver: ISPAS Planlagt start: Planlagt ferdig: 29.05.15 10.06.15 CTR ( Aktivitetsnummer:) Tittel: 6 Prosjektrapport Prosjekt ID: B15E08 Varighet: 9 dager Dato: 9.04.15 Rev: Mål: (Hva skal oppnås med aktiviteten) Ferdig sluttrapport for bachelorprosjektet Arbeidsbeskrivelse: (Hva skal gjøres) Skrive ferdig sluttrapporten Inngangsdata: (Hva må være på plass for å starte aktiviteten (avhengighet)) CTR nr. 6 konstruksjonsløsningen må være klar for kunne sluttføre Leveranser: Kommentarer, antagelser Fristen for innlevering er satt til 10.06.15. Anskaffelser: Ressursbehov Timer: 60 timer Utarbeidet av: Håkon Hedlund Kontrollert av: Thomas Kjærstad

UTSTYR GPS MODUL Maestro Wireless Solutions A2200A 1.575GHz Grensesnitt: I2C, SPI og UART Protokoller: NMEA, SiRF Nøyaktighet: 2.5m Drivspenning: 3-3.6V Pris: 131,54kr Denne modulen ble valgt pga. grensesnitt og drivspenningskrav. Den er også en av de billigere modulene. Lenke: http://no.farnell.com/maestro-wireless-solutions/a2200a/gps-module-rom-based-mini-outline/dp/2281694 Datablad: http://www.farnell.com/datasheets/1681427.pdf GPS ANTENNE Maxtena MPA-184 Passive Embedded 18mm Pris: 42,65kr Dette er den billigste embedded GPS antennen fra farnell. Lenke: http://no.farnell.com/maxtena/mpa-184/ant-l1-gps-passive-embedded-18mm/dp/2281623 Datablad: http://www.farnell.com/datasheets/1681375.pdf MIKROKONTROLLER Atmel ATMEGA328-AU 32-pin, 32kB flash, 2kB RAM, 20MHz, 8-bit AVR 8 ADC kanaler (10 bit), 6 PWM kanaler. kr 23,79 Pris ekskl. MVA Valget går til denne mikrokontrolleren da den er billig, har nok I/O til prosjektets behov og innebygd ADC. Anbefalt av ISPAS. Lenke: http://no.rs-online.com/web/p/microcontrollers/7380432/ Datablad: http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0db4/0900766b80db4deb.pdf

AKSELEROMETER/GYROSKOP STMicroelectronics LSM6DS0 3+3 akser gyro+akselerometer, innebygd temperatursensor Grensesnitt: I2C, SPI Drivspenning: 1.71-3.6V Pris: 33,22kr Denne modulen ble valgt pga. grensesnitt, drivspenningskrav og sist men ikke minst pris, samt at den måler 3 akser på både gyroskopet og akselerometeret. Lenke: http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/fm89/sc1448/pf259913?icmp=pf259913_pron_pf_nov2 013 Datablad: http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/dm00101533.pdf TEMPERATURSENSOR Valget går til en enkel termistor som skal leses av med ADC på mikrokontroller. Alternativet ville vært en digital sensor, men termistorløsningen er billigere og mer nøyaktig. RADIOMODUL Radiocrafts RC1740HP-RC232 5V, 433/466 MHz Levert av ISPAS Datablad: http://www.radiocrafts.com/uploads/rc17xxhp-rc232_datasheet_1_0.pdf RADIOANTENNE 433MHz antennen blir en kvartbølge coil, pisk eller cloverleaf. Ingenting bestemt foreløpig. Valget avhenger av endelig konstruksjon av huset til bøyen, og behov for rekkevidde.

KONTAKTINFORMASJON Kontaktperson ISPAS Viggo A. Solli o Telefon 91878430 o Epost viggo.solli@ispas.no Prosjektveileder Åge T. Johansen o Telefon 48249109 o Epost age.t.johansen@hiof.no Prosjektgruppe Håkon Hedlund o Telefon 97627515 o Epost hakon.hedlund@hiof.no Thomas J. Kjærstad o Telefon 99598599 o Epost thomas.j.kjarstad@hiof.no