Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
sowie ein Computerprogramm zur Flugüberwachung von Luftfahrzeugen
zu schaffen, welche eine effektive, sichere und preiswerte Datenerfassung,
Datenspeicherung, Datenverarbeitung und Datenübertragung ermöglichen.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 11 und 18 im Zusammenwirken
mit den Merkmalen im jeweiligen Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein
besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine zeitnahe
und umfassende Erfassung, Verarbeitung und Übermittlung von Daten über den
technischen Zustand und den Flugzustand von Luftfahrzeugen ermöglicht wird,
indem folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:
- – Erfassung
von technischen Betriebsdaten des Luftfahrzeuges,
- – Erfassung
von Flugdaten und Positionsdaten des Luftfahrzeuges sowie von Allgemeindaten,
- – Speicherung
und Verarbeitung der erfassten Betriebsdaten, Flugdaten, Positionsdaten
und Allgemeindaten im Luftfahrzeug,
- – Übertragung
der erfassten und/oder gespeicherten und/oder verarbeiteten Betriebsdaten,
Flugdaten, Positionsdaten und Allgemeindaten per Funk an eine Empfangsstation.
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht im Erkennen des Erreichens
beziehungsweise Überschreitens
von Grenzwerten und Belastungsgrenzen mittels einer Vorrichtung,
welche ein Bordcomputer zur Datenspeicherung und/oder Datenverarbeitung
mit einem Messmodul, welches mit Sensoren/Datengebern zur Erfassung
technischer Betriebsdaten des Luftfahrzeuges verbunden ist, einem
GPS-Modul zur Erfassung von Flugdaten und Positionsdaten sowie einem
Kommunikationsmodul zur Datenfernübertragung verbunden ist.
Das
Erkennen des Überschreitens
von Grenzwerten und Belastungsgrenzen eines Luftfahrzeuges ist insbesondere
dann von Bedeutung, wenn Schadenverursacher von Motor- und anderen
Schäden
ermittelt und haftbar gemacht werden müssen. Darüber hinaus bietet die Möglichkeit
des zeitnahen Verfolgens von bestimmten technischen Daten und Flugdaten
(zum Beispiel Motordrehzahl, Druck, Temperatur, Höhe, Geschwindigkeit,
Beschleunigung, Position und Kurs) Ansatzpunkte zum Vermeiden von
Grenzüberschreitungen, zur
Einhaltung von Fluggebieten, zur Erhöhung der Flugsicherheit, beispielsweise
auch der subjektiv empfundenen Sicherheit von Flugschülern und
zur Terrorismusabwehr, zur optimalen Flugaus- und -bewertung und zum Führen von
elektronischen Flugbüchern.
Ein
zusätzlicher
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Computerprogramm zur
Flugüberwachung
von Luftfahrzeugen mittels Datenerfassung und Datenübertragung
es einem Computer ermöglicht, nachdem
es in den Speicher des Computers geladen worden ist, ein Flugüberwachungsverfahren
durchzuführen,
wobei
- – technische
Betriebsdaten des Luftfahrzeuges erfasst werden,
- – Flugdaten
und Positionsdaten des Luftfahrzeuges sowie Allgemeindaten erfasst
werden,
- – erfasste
Betriebsdaten, Flugdaten, Positionsdaten und Allgemeindaten im Luftfahrzeug
gespeichert und verarbeitet werden,
- – erfasste
und/oder gespeicherte und/oder verarbeitete Betriebsdaten, Flugdaten,
Positionsdaten und Allgemeindaten per Funk an eine Empfangsstation übertragen
werden.
Beispielsweise
können
diese Computerprogramme (gegen Gebühr oder unentgeltlich, frei
zugänglich oder
passwortgeschützt)
downloadbar in einem Daten- oder Kommunikationsnetz bereitgestellt
werden. Die so bereitgestellten Computerprogramme können dann
durch ein Verfahren nutzbar gemacht werden, bei dem ein Computerprogramm
nach Anspruch 18 aus einem elektronischen Datennetz wie beispielsweise
aus dem Internet auf eine an das Datennetz angeschlossene Datenverarbeitungseinrichtung
heruntergeladen wird.
Um
das erfindungsgemäße Verfahren
durchzuführen,
wird vorteilhafterweise ein computerlesbares Speichermedium eingesetzt,
auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einem Computer ermöglicht,
nachdem es in den Speicher des Computers geladen worden ist, ein
Verfahren zur Flugüberwachung
von Luftfahrzeugen mittels Datenerfassung und Datenübertragung
durchzuführen,
wobei
- – technische
Betriebsdaten des Luftfahrzeuges erfasst werden,
- – Flugdaten
und Positionsdaten des Luftfahrzeuges sowie Allgemeindaten erfasst
werden,
- – erfasste
Betriebsdaten, Flugdaten, Positionsdaten und Allgemeindaten im Luftfahrzeug
gespeichert und verarbeitet werden,
- – erfasste
und/oder gespeicherte und/oder verarbeitete Betriebsdaten, Flugdaten,
Positionsdaten und Allgemeindaten per Funk an eine Empfangsstation übertragen
werden.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Computerprogramms
ist vorgesehen, dass erfasste Daten komprimiert und/oder in einem
nichtflüchtigen
Speicher wie beispielsweise einem EEProm gespeichert werden. Damit
wird erreicht, dass eingeschriebene Daten resistent sind gegen Netz-,
Akkuausfall und gegen Zerstörung
anderer Komponenten.
In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Computerprogramms
ist vorgesehen, dass das Computerprogramm ein Speicherplatzmanagement,
insbesondere eine Reduzierung des für ein- und/oder auszulesende
Daten genutzten Speicherplatzes, durchführt zur Reduzierung von Zugriffszeiten
auf die Daten. Insbesondere kann mit dieser Maßnahme verhindert werden, dass
ankommende Befehle, die beispielsweise in SMS enthalten sein können, verloren
gehen. Lange Zugriffszeiten durch die Modemhardware (Lesen einzelner
SMS) werden z. B. dadurch vermieden, dass ein Teil des Speicherplatzes
aufgefüllt und/oder
gesperrt wird. Speziell das Modem meldet dann „Speicher voll" an die Provider-Zentrale.
Der Speicherplatz wird dadurch zur Kurzmitteilungszentrale verschoben.
Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Computerprogramms
sieht vor, dass zur Steuerung des Verfahrens zur Flugüberwachung
von Luftfahrzeugen genutzte Protokolle um benutzter- und/oder gerätespezifische
Befehle erweiterbar sind.
Zusätzlich ist
es möglich,
dass das Computerprogramm eine Überprüfung von
für die
Datenfernübertragung
erforderlichen Kriterien, wie beispielsweise Guthaben für Kommunikationsgebühren, durchführt. Mit
einer Abfrage von Daten, welche nicht direkt technische Betriebsdaten
oder Flugdaten sind, wird verhindert, dass z. B. durch ein aufgebrauchtes
Kommunikationsguthaben die Übermittlung
von kritischen technische Betriebsdaten oder Flugdaten beeinträchtigt wird.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, dass das Computerprogramm
Daten zyklisch erfasst.
Von
Vorteil ist es ebenfalls, dass das Computerprogramm Module umfasst,
welche, gesteuert durch Protokollbefehle, (de)aktivierbar sind.
Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass diese Protokollbefehle
im Bedarfsfall extern über
Tastatur, Handy oder Internet-PC eingegeben werden. Eine weitere
Ausführungsform sieht
vor, dass eine Aktivierung/Deaktivierung von Modulen passwortabhängig erfolgt.
In
einer weiteren speziellen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Computerprogramms
ist vorgesehen, dass
- – eine parallele oder sequentielle
Abarbeitung von Protokollbefehlen,
- – eine
Kennzeichnung von kritischen Betriebsdaten, Flugdaten, Positionsdaten
und/oder Allgemeindaten und/oder
- – eine
bevorzugte Abarbeitung und/oder eine zwangsweise Übermittlung
von gekennzeichneten Daten erfolgt.
Die
vorliegende Erfindung realisiert eine Systemlösung mit Flug- und Technikdatenerfassung,
Datenübertragung
und Datenauswertung sowie Langzeitspeicherung für insbesondere kleine Luftfahrzeuge.
Das
System
- – erhöht die allgemeine
und besondere Flugsicherheit (speziell auch den Sabotageschutz und
ermöglicht zusätzlichen
Terrorismusschutz) beziehungsweise die Sicherheit gegenüber Missbrauch
oder Diebstahl, einschließlich
eines optionalen Eingriffs in das Management des Luftfahrzeuges
wie zum Beispiel Abschalten des Motors über sicherem Gelände und
Verhinderung des unbefugten Benutzens des Luftfahrzeuges (mittels
Wegflugsperre),
- – kann
bei Auslösung
des Rettungssystems die letzten Positionsdaten absenden, um schnellstmögliche Rettung
und erste Hilfe zu leisten,
- – unterstützt den
ordnungsgemäßen und
sorgfältigen
Umgang mit dem Fluggerät,
- – vermeidet
beziehungsweise reduziert überhöhten Verschleiß der Flugzeugzelle,
- – hilft,
Gewährleistungsansprüche zu erhalten
beziehungsweise ermöglicht
gesichertes Haftbarmachen von fahrlässigen oder vorsätzlichen
Schadensverursachern,
- – kann
bei Luftsportveranstaltungen, Wettbewerben und Meisterschaften Grundlage
und Arbeitsmittel einer optimalen Auswertung sein,
- – ermöglicht ein
elektronisches Flugbuch,
- – kann
Flugschüler
besser überwachen
bei Überschreitung
von Grenzwerten und eine optimale Flugauswertung und Beratung unterstützen.
Alle
im Luftfahrzeug registrierte Daten oder nur Grenzwertüberschreitungen
können
erfasst, gespeichert und gesendet werden. Bevor das LFZ landet,
sind die wichtigsten Flug und Triebwerksdaten empfangen worden.
Als Empfänger
dient beispielsweise ein Funktelefon (oder es kann der klassische
Funk als Mittler zum GSM-Netz fungieren). Die Daten können auch
zu einer zentralen Erfassung auf einem Server (PC) gesendet werden.
Die
erfassten Positions- und Kursdaten können informativ oder kartografisch
festogestellt werden.
Das
System funktioniert als Zusammenspiel aus Sensoren/Datengebern,
Rechen-/Datenverarbeitungseinheiten sowie Anzeigen- und Sendekomponenten.
Im System finden laufend (zeitnah) geordnet und abgestimmt folgende
Aktionen statt:
- – Erfassen
- – Berechnen
- – Verknüpfen
- – Auswerten
- – Anzeigen
in Echtzeit, akustisch und optisch vor Ort (im Fluggerät bzw. im
mobilen System)
- – Senden
(zeitnah) von Daten während
des Fluges bzw. während
der Landung per SMS u./o. DFÜ (Datenfernübertragung)
(u./o. mittels klassischem Funk als Mittler zum GSM-Netz), d.h. über GMS-Modem,
bzw. während
der Fahrt bei anderen mobilen Systemen Anzeigen in Echtzeit und
zeitnahes Senden erfolgen
- 1. als Grenz- bzw. Sollwertüberschreitung
mit „Das" und „Was" als Alarmmeldung
und
- 2. bei Anforderung als Senden des vollständigen Datensatzes des gesamten
Flugabschnittes bzw. Fahrabschnittes bei anderen mobilen Systemen
- – Anzeige
wird wie folgt als KAPI-Code gestaltet (in Anlehnung bestehender
Kodierungen aus der Avionik entwickelt):
- o Datum Tag, Monat/UTC/Position/Höhe Fuß/Ground-Speed km/h/
- o Geschw. TAS km/h/ Kurs Grad/Temp. CHT (Zylinderkopf) C°/
- o Temp. Oel C°/Temp.
Wasser/
- o Drez. RPM /Beschleunigung g x=q, y=h, z=l
Beispiel (SMS)
- 1803/1401/N524343-E0133800/ft:04000/GS:230/
- TC:050/TAS:210/ CHT:170/
- OT:100/WT:85/
- RPM:3200/g:2q-3h
Das
ausgewählte
System für
kleinere und mittlere Motor-, Sport- und Segelflugzeuge arbeitet
mit folgenden Sensoren/Datengebern:
Erfassen technischer Zustände:
- A Drehzahl (Motor)
- B Temperatur Zylinderkopf (Motor)
- C Temperatur Motoröl
- D Temperatur Wasser (bei wassergekühltem Motor), Öldruck
Erfassen von Flugzustandsdaten
- E Geschwindigkeit über
Grund (speed over ground)
- F Geschwindigkeit gegenüber
der umströmenden
Luft, wahre Geschwindigkeit (true air speed)
- G Beschleunigung aller drei räumlichen Achsen (x-, y- und
z-Achse)
- H Höhe über MSN
Erfassen weiterer/sonstiger
Daten
- I Regensensor
- J GPS-Position
- K GPS-Kurs
- L Datum, Uhrzeit
In
folgender Tabelle sind beispielhaft zu erkennende, zu vermeidende
und zu kontrollierende technische oder Flugzustände aufgelistet mit den jeweiligen „Verantwortungen" der Sensoren/Datengebern:
Die
Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Es
zeigen:
1 ein
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein
Beispiel eines Flugdiagramms.
Wie
aus 1 zu ersehen ist, beinhaltet die Vorrichtung zur
Flugüberwachung
von Luftfahrzeugen neben dem Bordcomputer 1 das GPS-Modul 3,
das Messmodul 2 und das Kommunikationsmodul 4.
Das
Programm „Flugdatenschreiber" besteht aus folgenden
Hauptmodulen:
- – dem GPS-Modul
- – dem
Mess-, Auswertungs- und Verarbeitungsmodul
- – dem
Kommunikationsmodul
Alle
Module 2, 3, 4 sind über definierte Schnittstellen
verknüpft
und mit dem Bordcomputer 1 verbunden. Je nach Anwendungsfall
laufen die Module 2, 3, 4 sequentiell
oder im Multitaskingmodus.
Außerdem wurde
bei der Programmierung ein offenes System realisiert. Perspektivische
Erweiterungen sind deshalb ohne Weiteres mögliche.
Innerhalb
der Module 2, 3, 4 sind einzelne Programmteile
extern durch Tastatur, Handy oder Internet-PC zuschaltbar.
Nachfolgend
werden die einzelnen Module 2, 3, 4 detailliert
beschrieben.
Das GPS-Modul 3
Das
System besitzt mehrere serielle Schnittstellen. Eine davon ist direkt
mit einem handelsüblichen GPS-Gerät verbunden.
Vorraussetzung
für einen
reibungslosen Empfang ist das standardisierte NMEA-Format.
Folgende
Funktionen werden durch das GPS-Modul 3 realisiert:
- – mehrfaches
Einlesen der GPS-Daten im definierten Zeitzyklus,
- – mehrfache
Prüfung
auf Gültigkeit
des Datensatzes im definierten Zeitzyklus,
- – Selektion
des Datum-Zeit-, Geschwindigkeits- und Positionsdatensatzes (RMC-)
und des Höhen-(GGA-) Datensatzes,
- – Aufarbeitung
des RMC-Datensatzes für
Datum, Weltzeit (UTC), genaue Position, Geschwindigkeit (über Grund/GS
in Km/h beziehungsweise Knoten) und Kurs (TC)
- – Aufarbeitung
des GGA- Datensatzes für
die Höhe
(ft oder m),
- – sowohl
die Geschwindigkeit als auch die Höhe werden je nach Option in
verschiedene Messgrößen innerhalb
des Programms umgerechnet,
- – visuelle
Formatierung zur weiteren Verarbeitung in anderen Modulen,
- – mathematische
Formatierung für
Vergleichsoperationen (zum Beispiel Maximalwertermittlung),
- – Zuordnung
und Verknüpfung
der Daten mit flugtechnischem Fachvokabular,
- – Aufbau
zuschaltbarer Programmteile für
verschiedene Ausgabe- und Visualisierungsmöglichkeiten (Laptop, TV, LCD,
7-Segmentanzeige, Grafikterminal ...),
- – Aufbau
des I-Codes (GPS-Teil 1 und 2) zum SMS- und E-Mail-Versand,
- – Verwaltung
der permanenten Speicherbank für
GPS-Rohdaten,
- – Gestaltung
der zeitlichen Empfangs- und Speicherzyklen (5 sec bis 10 h).
Die
GPS-Daten werden in einem zentralen Speicherpuffer eingelesen. Gegenüber der
direkten Lesemethode hat es den Vorteil, dass ein direkter zeitlicher
Zusammenhang des RMC- und
des GGA Datensatzes gewährleistet
wird. Das heißt
die Geschwindigkeit (RMC-Datensatz) wird im gleichen Zeitfenster
wie die Höhe (GGA-Datensatz)
registriert.
Aus
dem Speicherpuffer werden die o.g. Datensätze selektiert und gesondert
abgespeichert. Diese können
dann über
das Kommunikationsmodul durch SMS, Mail beziehungsweise durch eine
schnelle GPRS-Datenübertragung
genutzt werden.
Herkömmliche
Kartensysteme benötigen
die direkte Einspeicherung eines GPS-Gerätes zur kartografischen Ausgabe.
Im Gegensatz dazu ermöglich
das erfindungsgemäße System
mittels einer microcontroller-gesteuerten GPS-Simulation die Einsparung
einer aufwendigen Kartenprogrammierung beziehungsweise die Nutzung
vorhandener Kartensoftware.
Das
heißt,
es werden die gespeicherten RMC- und GGA- Datensätze vom Sendemodem (zum Beispiel
aus einem UL-Flugzeug) in ein stationäres Modem-Speichersystem übertragen.
Somit kann das Modem-Speichersystem ein GPS-Gerät emulieren und so direkt in
einen PC oder Notebook die Daten zyklisch übertragen. Eine Routenverfolgung
lässt sich
somit einfach realisieren.
Nachdem
die RMC- und GGA Datensätze
selektiert sind, werden die Kerndaten wie Datum, UTC, Position,
Geschwindigkeit über
Grund, Kurs und Höhe
bearbeitet. Die Kerndaten liegen in Zeichenform (ASCII-Format) vor.
Um schnelle logische Operationen, Routinen und weiterführende mathematische
Verknüpfungen
durchführen
zu können,
muss eine Umformatierung vorgenommen werden, zum Beispiel die Maximalwertermittlung
der Geschwindigkeit und der Höhe,
des weiteren die Gegenüberstellung
von „ground
speed" (aus GPS)
und „true
air speed" (siehe
Beschreibung Messmodul 2) zur Windeinflussberechnung.
Für den Aufbau
des Codes werden die Kerndaten in Strings umgewandelt. Es entsteht
dadurch eine übersichtliche
Form von relevanten GPS- und Betriebsdaten (siehe Beschreibung Messmodul 2).
Der Code wird durch Mehrfachverkettung von GPS-und Betriebsdatenstrings
realisiert (siehe Beschreibung Messmodul 2). Dieser eignet
sich wiederum zum SMS-Versand (Handy, Pocket PC).
Eine
für dieses
Ausführungsbeispiel
charakterisierte SMS hat folgenden Inhalt:
- • Datum Tag,
Monat/UTC/Position/Höhe
Fuß/Ground-Speed
km/h/
- • Kurs
Grad/Geschw. TAS km/h/ Temp. CHT (Zylinderkopf) C°/
- • Temp.
Oel C°/Temp.
Wasser/
- • Drehz.
RPM /Beschleunigung g x=q, y=h
- • Beispiel
(SMS)
1803/1401/N524343-E0133800/ft:04000/GS:230/
TC:050/TA5:210/
CHT:170/
OT:100/WT:85/
RPM:3200/g:2q-3h
Oben
genannte Kerndaten-Formate lassen sich auch zur Ansicht auf unterschiedlichen
Ausgabemedien einsetzen. Der Code besitzt als optionale Variante
die Anschlussmöglichkeit
von LCD-, LED und Grafikdisplayanzeigen. Auch der direkte Anschluss
an Notebook und TV ist möglich.
Das
GPS-Modul 3 enthält
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
auch eine Zeitsteuerung zur Einstellung des Empfangszyklus und eines
selbst vom Nutzer gewählten
Speicherzyklus. Diese Einstellungen beinhalten die Stauchung bzw.
Streckung der zeitlichen Gesamtdokumentation. Empfangszyklen können von
permanenter Überwachung
(Echtzeit) bis hin zu 1 Minute eingestellt werden, dementsprechend
auch die Speicherzyklen.
Sämtliche
GPS-Rohdaten wie auch die formatierten Kerndaten werden in einem
internen Rundspeicher abgelegt. Bei der größten Speicherkapazität erlangt
man eine Gesamtdokumentation von max. 50 Stunden. Nichtabgerufene
Daten werden nach voreingestellter SMS-Warnung überschrieben.
Das Messmodul
Das
Messmodul 2 beinhaltet die Erfassung, Formatierung und
Aufbereitung der Betriebsdaten. Hardwareseitig besteht das Messmodul 2 aus
Messplatine 6, Multiplexer 7 und Messadapter 8.
Folgende
Betriebsdaten können
erfasst und verarbeitet werden:
- – die Zylinderkopftemperatur
- – die Öltemperatur
- – die
Wassertemperatur
- – die „wahre
Geschwindigkeit/true air speed"
- – der
barometrische Druck
- – die
direkte Drehzahl (Spannungsfolger) vom Messinstrument
- – die
optisch erfasste Drehzahl
- – die
magnetisch erfasste Drehzahl
- – der
Feuchtigkeitsindex
- – die
Beschleunigung (3 Achsen)
- – die
Winkelbeschleunigung
Die
Zylinderkopftemperatur-Messung erfolgt mit verschiedenen Sensoren.
Sowohl analoge Widerstandssensoren als auch digitale I2C-Bus-Sensoren
kommen zum Einsatz.
Der
Vorteil besteht in der Zuverlässigkeit
und der Linearität
mehrerer Komponenten als auch im direkten Abgleich (Fehlerminimierung).
So
können
verschiedene Messpunkte (zum Beispiel Zylinder II) ausgewertet werden.
Programmtechnisch
ist eine mehrstufige Mittelwertbildung implementiert. So werden
bis zu 200 Messzugriffe mit nachfolgenden Annäherungverfahren gekoppelt.
Die Genauigkeit wird im Dezimalstellenbereich garantiert.
Parallel
läuft im
Hintergrund eine Berechnung nach folgender Formel ab: Temperatur
= (0.390802/(2·0.00005802))-math.sgrt
(((0.390802·0.390802)/(4·0.0000582· 0.0005802)-((Widerstand-100)/(0.00005802))))+273.15
Die
Bearbeitung der Öl-
und Wassertemperatur erfolgt analog zum oben genannten Verfahren.
Die
Erfassung der „wahren
Geschwindigkeit" wird
durch ein Druckdifferenz-Sensormodul gespeist. Die Druckdifferenz
wird durch eine Spannung ausgegeben. Über Optokoppler und Analog-Digital-Wandler
entsteht ein mathematisches Raster (0–1023 Messwerte). Der weitere
Zugriff über
eine Zuordnungstabelle ermöglicht die
Auslesung genauer Geschwindig keitswerte. Eine sorgfältige Eichung
und Testung ist die Voraussetzung für oben genanntes Messverfahren.
Analog
zu den letztgenannten Verfahren wird die Feuchtigkeit bearbeitet.
Die
direkte Messung der Drehzahl (Abgriff vom Messinstrument) ist im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
die technisch und mathematisch aufwendigste Lösung. Analog zur Motordrehzahl
folgt eine Wechselspannung von 0 bis 11 Volt. Die Schwankungsbreite
pro Zeiteinheit ist gravierend groß. Aufwendige Beschaltung,
ein Mittelwert und Korrelationsverfahren bestimmen die Ausgabe der
Drehzahl. Ursache dieser Spitzen ist der Abgriff am Motormanagement
des Flugzeuges.
Das
interne Messinstrument ist sehr träge und ermöglicht so im Gegensatz zur
digitalen Auswertung eine akzeptable Anzeige.
Programmtechnisch
wird die geglättete
und geteilte Spannung über
einen Optokoppler und Messplatine dem AD-Wandler zugeführt. Der
Teilerfaktor muss wiederum einer empirisch ermittelten Tabelle zugeordnet
werden. Danach kommt es zur rasterorientierten Drehzahlausgabe.
Im
Gegensatz zur direkten Drehzahlausgabe ist die Messung über optische
Sensoren einfacher.
Lediglich
die Einschränkung
bei Nachtflügen
ist zu berücksichtigen.
Anhand
der Rotor-Anzahl wird ein interner Teilerfaktor festgelegt. Die
physischen Signale werden einem Frequenzport zugeführt. Dort
erfolgt die Frequenzbestimmung. Die anschließende Multiplikation gewährleistet
die Angabe in U/min.
Alternativ
zur direkten Messung kann ein magnetisches Verfahren eingesetzt
werden. Die Installation wird im internen Motormanagement an rotierenden
Teilen angebracht. Dieses Verfahren hat sich in der Industrie bewährt. Anhand
von Hallsensoren erfolgt die Auslesung und weitere Verarbeitung über oben
genannte Analog-Digital-Wandlung.
Die
Erfassung der Beschleunigung/Winkelbeschleunigung unterliegt einer
zeitkritischen Routine.
Ein
kapazitives Verfahren gewährleistet
die Beschleunigungsmessung bis 10 g. Um einen Impuls zu erfassen,
ist eine Thread-Routine (Parallelverarbeitung auf atomarer Ebene
lt. Microcontroller-Handbuch) erforderlich. Ausführliche „vor Ort Tests" ermöglichen
aber ein empirisches Abgleichen.
Des
Weiteren ist die Position des Schaltkreises zu eichen (3-Achsen).
Sämtliche
aufbereitete Daten werden einem Unterprogramm zur Maximalwertermittlung
zugeführt. Dieses
Unterprogramm berechnet den aktuell erfassten Maximalwert und steht
nach entsprechender Formatierung zur SMS-/Mail-Anforderung bereit.
Je
nach Kundenwunsch kann das Unterprogramm zu- und ausgeschaltet werden.
Im
laufenden Messmodul 2 kommt es zu einem Vorabgriff der
Echtzeitwerte (Betriebsdaten). Diese werden in einem Komprimierungsunterprogramm
minimiert (Ausblendung höherwertiger
Bits).
Vorteil
der Aktion ist das weitaus größere Speichervolumen
(100:1) gegenüber
einer Zeichenkettenspeicherung.
Die
Ablage der komprimierten Werte erfolgt in einem EEProm. Eingeschriebene
Daten sind somit resistent gegen Netz-, Akkuausfall und gegen Zerstörung der
anderen Komponenten. In Notsituationen können diese mit Hilfe eines
Zweitgerätes
rückgelesen
und ausgewertet werden.
Nach
SMS-/Mail-Anforderung läuft
der Prozess in umgekehrter Reihenfolge ab. Die EEProm-Daten gelangen über ein
Formatierungsprogramm und Aufbau des Codes zum Sender (siehe Beschreibung
Kommunikationsmodul 4).
Die
Struktur des Softwaremoduls „Messen" wurde so gestaltet,
dass sämtliche
hinzukommende innovative Sensortechnik schnellstmöglich und
unkompliziert eingebunden werden kann. Zeitkritische Routinen laufen
wie oben beschrieben parallel ab.
Zu
beachten ist aber, dass die Größe und Leistungsfähigkeit
der Software durch den Microcontroller beschränkt bleibt.
Das Kommunikationsmodul
GSM/GPRS
Hardwarebasis
für das
Kommunikationsmodul 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Industriemodem. Das Einsatzgebiet betrifft hauptsächlich die
SMS/E-Mail/FAX- und Datenübertragung.
Sprachausgaben sind optional zuschaltbar. Sämtliche Initialisierungen,
Prüfabläufe, Sende-
und Empfangsroutinen müssen
in der so genannten Modemsprache (AT-Programmierung) durch die vom
Microcontroller vorgegebene C-Sprache emuliert werden. Jeder AT-Befehl
ist durch eine Programmfunktion deklariert.
Beispiel.: „Lösche SMS
auf Modemspeicherplatz 1" function
cmgd1 () { //Ausgabe Schnittstelle A, at+cmgd=1, ...}
Das
Kommunikationsmodul 4 ist umfangreich dokumentiert. Alle
benutzten Hayes-Befehle (Erfinder der Modemsprache) sind in der
Quelle (Programmcode) enthalten.
Zusätzlich programmierte
Funktionen ermöglichen
eine visuelle (über
Notebook) und akustische (Starthymne, Tonsequenzen) Kennung über den
aktuellen Stand des Programmablaufs.
Das
Modem besitzt hardwareseitig 40 SMS Speicherplätze. Um lange Zugriffszeiten
durch die Modemhardware (Lesen einzelner SMS) zu vermeiden, wird
folgende Maßnahme
angewendet: Von den 40 Speicherplätzen benötigt der Code maximal 2 auszuwertende
SMS. Der Rest wird aufgefüllt
und gesperrt. Das Programm vermeidet dadurch, dass mehrere ankommende
SMS verloren gehen können.
Das Modem meldet nämlich
nach 2 eingegangenen SMS-Meldungen, „ Speicher voll" an die Provider-Zentrale. Der Speicherplatz wird
dadurch zur Kurzmitteilungszentrale verschoben.
Nach
Abarbeitung der SMS-Anforderungen, gibt das Modem die Speicherplätze frei.
Die Zentrale liefert dann die aufgelaufenen SMS, welche ohne Verluste
bearbeitet werden können.
Zur
anwenderfreundlichen Nutzung bzw. aus sicherheitsrelevanten Aspekten
entstand das so genannte KAPI-Protokoll. Die Struktur abgehender
und eingehender SMS ist folgendermaßen gegliedert: Beispiel
1:
weitere Anwendungen:
*pwdair# – Kurzbefehl
dies
bedeutet: eingehende SMS-Anforderung → Sendung des allgemeinen KAPI-Codes
aufs Handy oder/und in das Internet.
*pwdlcd#&Bitte um Rueckruf* – ausführlicher
Befehl
dies bedeutet: SMS erscheint auf der bordinternen LCD
mit Text „Bitte
um Rückruf".
*pwdeon#&andreaspilawski@web.de*
dies
bedeutet: parallele Zuschaltung d. angegeben E-Mail Adresse,
die
Daten/KAPI-Code werden sowohl aufs Handy/MDA als auch ins Internet
gesendet.
*pwdgua#
dies bedeutet: Info-Anforderung Guthaben
GSM-Karte/Pre paid-Karte per SMS.
*pwdflb#
dies bedeutet:
SMS Anforderung Sendung Flugbucheintrag (mit Mail-Zuschaltung in
das Internet).
Insgesamt
stehen zurzeit ca. 50 Befehle dem Anwender zu Verfügung. Zusätzliche
Kundenwünsche lassen
sich ohne Komplikationen erweitern.
Um
einen sicheren und störungsfreien
Ablauf bei der GSM-Modemkommunikation
zu gewährleisten, müssen sämtliche
Einbuchungsvorgänge
einzeln interpretiert und geregelt werden.
Folgende
Initialisierungsschritte werden im online-login geschaltet und ausgewertet.
- – Einstellung
des Textmodus,
- – Anweisung
bei Änderung
des Netzwerkstatus stellen,
- – Automatische
Netzeinwahl,
- – Einstellung
der Syntax GSM 07.05 PH+ (standardisierte Ausgaben und Meldungen),
- – Einstellung
der Übertragungsrate
(Baudrate),
- – Aktivierung
der Tel.-Nr. der Kurzmitteilungszentrale,
- – Deaktivierung
des Modem-Echo,
- – Parametersetzung
um eingehende SMS zu registrieren,
- – Setzung
des zeitlichen Abfragezyklus.
Der
nächste
Schritt beinhaltet die Abfrage „Modem online ?". Das Unterprogramm
spricht dabei das Modem mit dem Hayes-Befehl „at" an. Nach positiver Nachricht wird ein
Flag (Statuszelle) gesetzt.
Weitere
Abfragen sind:
- – Abfrage der geforderten Signalstärke,
- – Einlesen
des Kartenguthabens,
- – Kontrolle
des Guthaben auf Unterschreitung.
Sinkt
die Guthabengrenze (Prepaid-Karte) des KAPI auf unter 5,00 Euro,
erfolgt umgehend die Information per SMS/Mail an den Anwender/Nutzer.
Diese wiederholt sich zyklisch pro angefangenen Start.
Die
Flagsetzung der einzelnen Prozeduren beeinflusst den weiteren Programmablauf
maßgeblich.
Folgende
Statusmeldungen werden zyklisch untersucht.
- – Passwort_Flag
- – Tel.
Nr._Flag
- – Alarm
Tel.-Nr._Flag
- – Text_Flag
- – Modem
online_Flag
- – Modem
eingebucht_Flag
- – Signalstaerke
OK_Flag
- – Guthaben_Flag
(nicht bei Vertragskarten)
Die
Initialisierung der RS 232 Schnittstellen beendet den „check
in" des KAPI.
Nach
erfolgreicher Initialisierung des Modems beginnt der Hauptzyklus.
Dabei wird wie in der Anfangs-Init, zyklisch das Modem auf Funktionalität geprüft.
Parallel
werden die Empfangspuffer und sämtliche
Statuszellen rückgesetzt.
Der
Microcontroller beginnt mit dem Zugriff auf die SMS-Speicherplätze 1 und 2.
Zur Sicherheit werden die Zugriffe doppelt ausgeführt. Ein
Filter blendet alle nicht sichtbaren Zeichen aus.
Im
Textmodus wird die Struktur der gesendeten Handy-Nummer überprüft und gesondert
abgelegt. Im Zusammenhang mit dem SMS-Befehl „air", kann die anrufende GSM-Nummer (Handy)
sofort als Ziel eingeschrieben werden.
Der
zweite Schritt beinhaltet die rasterorientierte Selektierung von
Passwort, Befehl inklusive der Zusatzinformation. Ebenso wie o.g.
Tel-Abspeicherung erfolgt die gesonderte Ablage von Passwort/Befehl
und Zusatzinformation.
Nach
erfolgreicher Filterung der SMS-Anforderung beginnt die in Funktionen
verzweigte Befehlsabarbeitung. Diese ist modular aufgebaut und kann
durch die Befehlsstruktur von 3 Buchstaben und/oder Zahlen „air/lcd/123/xyz" beliebig erweitert
werden (siehe oben).
Zu
beachten ist, dass die Übergabe
des „Alarm-Flag" (zum Beispiel Drehzahl > 2800 U/min) oberste Priorität besitzt
und vor allen Funktionsverzweigungen bearbeitet wird. Dementsprechend
auch die hardwareseitig automatisch oder durch den Piloten ausgelöste Notsituationsmeldung.
Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist es möglich,
durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale
weitere Ausführungsvarianten
zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
