Forschungsprojekt
System zur Aufzucht von Aallarven
Projektlaufzeit
2020
Rolle und Beitrag
Leitender Hardware- & Softwareentwickler (Gesamtverantwortung)
Eingesetzte Technologien und Kompetenzen
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Embedded-Hardware-Entwicklung (OrCAD: Schaltplan & PCB-Layout)
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Embedded-Software-Entwicklung (STM32: C mit RTOS)
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UI-Design & -Entwicklung unter Linux (Qt, QML)
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Mechanische Konstruktion (CAD)
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Regelungstechnik & Steuerungsalgorithmen
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Hardware-Integration & Elektroinstallation
Einführung
Mit Unterstützung des National Institute of Fisheries Science (Südkorea) entwickelte ich ein Aallarven-Aufzuchtsystem, um Aale erfolgreich vom Larvenstadium bis zum Erwachsenenalter aufzuziehen – ein Durchbruch, der zuvor in der Aquakultur als unmöglich galt.
Ziel des Projekts
Ich entwickelte die zentrale Steuereinheit für den Roboterarm (Manipulator), der das Futter dosiert und das Becken mittels Wasserstrahl von Verunreinigungen befreit. Hierfür entwarf ich eine maßgeschneiderte Steuerplatine (PCB), die nicht nur die Servomotoren des Manipulators ansteuert, sondern auch den Flüssigkeitsfluss (Wasser und Futter) über interne Ventile und Schlauchpumpen (Peristaltikpumpen) regelt.
Um einen stabilen Betrieb in rauen Industrieumgebungen zu gewährleisten, wurde das PCB so konzipiert, dass alle Strom- und Signalleitungen vollständig galvanisch getrennt sind (mittels Optokopplern und Isolatoren).
Technische Umsetzung
Zur Ansteuerung der Servo-Aktuatoren wurde ein STM32-Mikrocontroller mit einem Echtzeitbetriebssystem (RTOS) auf der Steuerplatine eingesetzt. Die Befehlsübermittlung an die Motoren erfolgt über eine serielle Schnittstelle. Sowohl die Schnittstelle als auch die Motorstromversorgung sind galvanisch getrennt, um Schutz vor externem Rauschen und elektrostatischer Entladung (ESD) zu gewährleisten.
Da der Roboterarm sowohl Frischwasser zur Reinigung als auch Futter bereitstellen muss, verfügt das System über zwei getrennte Flüssigkeitsleitungen. Interne Schlauchpumpen dosieren exakt die benötigte Flüssigkeitsmenge, während Magnetventile den Fluss steuern. Um das Futter frisch zu halten, wurde eine Kühleinheit auf Peltier-Basis direkt in die Hardware integriert.
Das Gesamtsystem wird über eine externe grafische Benutzeroberfläche (GUI) auf Basis von Qt (C++) bedient. Die Softwarearchitektur basiert auf einem robusten Zustandsautomaten (State Machine), um einen ausfallsicheren Betrieb zu garantieren.
Zustandsdiagramm der Steuerungs-GUI für das Aallarven-Zuchtsystem (Nov. 2020)
Konzeptioneller Schaltplanentwurf für das System (Juli 2020)
Entwickelte Leiterplatte für das Zuchtsystem (Aug. 2020)
Industrietaugliche galvanische Trennung (Juli 2020)
Entwickeltes Gehäuse sowie interne Verkabelung/Fluidverrohrung der Steuereinheit (mit Fenster für den Futterkühlschrank) (Nov. 2020)
