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07.07.26 Tag 5

Am fünften Arbeitstag wurde der Schaltplan der Microcontroller-Unit fertiggestellt.

Fertige Microcontroller Unit Schematik

Zusätzlich erfolgte eine ausführliche Recherche zu den Themen Impedanzanpassung, Serienabschlusswiderstände und deren Integration in das bestehende Systemdesign. Ein besonderer Fokus lag dabei auf der Anbindung der FPC-Verbindungen.

Dabei wurden verschiedene Aspekte der Signalintegrität untersucht, darunter:

- Leiterbahnimpedanz

- Masseführung

- Isolation

- Verhalten der Übertragungsleitung

- Anpassung zwischen Treiber und Last

Besonders relevant war die Frage, wie die nicht vollständig kontrollierte Impedanz des FPC-Kabels berücksichtigt werden kann und welche Maßnahmen zur Reduzierung von Signalreflexionen und Störungen eingesetzt werden können.

Darüber hinaus wurde die KiCad-Bibliothek um weitere für die Microcontroller-Unit benötigte Komponenten erweitert.

Im Software- und Systembereich wurden zusätzliche Optimierungen und Feineinstellungen an der ToF-Hardware sowie der optischen Anordnung durchgeführt.

Ergänzend dazu erfolgte eine Recherche zu Verfahren der Walk-Error-Korrektur sowie zu schnelleren Time-to-Digital-Convertern (TDCs), um mögliche Verbesserungen der Messgenauigkeit zu untersuchen.

06.07.26 Tag 4

Am vierten Arbeitstag wurde mit dem Schaltplan der Microcontroller-Unit begonnen.

Da das System in Version 2.0 in KiCad entwickelt wird, umfasste dieser Prozess das Suchen, Herunterladen und Anpassen von Symbolen, Footprints und 3D-Modellen der verwendeten Komponenten.

Unterstützt wurde dieser Prozess durch den Mouser Project Manager, welcher eine zentrale Übersicht über alle benötigten Komponenten bietet, sowie den SamacSys Library Manager, der fertige Bibliotheken mit Symbolen, Footprints und 3D-Modellen bereitstellt.

Mouser Project Manager:

SamacSys Library Manager:

Aktueller Stand der Schaltung:

Zusätzlich wurde das gesamte ToF-Board getestet, um mögliche Hardwareprobleme zu identifizieren. Dabei zeigte sich, dass die ToF-Version 1.0 grundsätzlich einwandfrei funktioniert.Die verbleibenden Arbeiten konzentrieren sich somit auf die Optimierung der Konfiguration sowie das Feintuning der Parameter, um die bestmögliche Messleistung zu erreichen.

03.07.26 Tag 3

Am dritten Arbeitstag wurde die Stückliste (BOM) des ToF-Systems fertiggestellt. Da mehrere in Version 1.0 verwendete Bauteile nicht mehr verfügbar waren, mussten geeignete Ersatzkomponenten recherchiert und ausgewählt werden.

Dies betraf unter anderem den 5V-auf-3,3V-LDO sowie den Lasertreiber MOSFET. Die Auswahl erfolgte unter Berücksichtigung der elektrischen Anforderungen und der Verfügbarkeit der Komponenten.

Anschließend wurde die vollständige BOM mithilfe des Mouser Project Managers erstellt und organisiert, wodurch eine zentrale Übersicht über benötigte Komponenten, Verfügbarkeit und Beschaffungsstatus ermöglicht wurde.

Im Softwarebereich wurde die Kommunikation zwischen der ToF- und der Main Unit weiterentwickelt. Hierfür wurde ein MAVLink-basiertes Kommunikationsprotokoll implementiert und die CLI erweitert, sodass der Sensor vollständig gesteuert werden kann, beispielsweise zum Starten von Messungen und Auslesen der Messergebnisse.

Zusätzlich wurde der Sensorcode für den Build mit CMake in Visual Studio Code konfiguriert.

02.07.26 Tag 2

Am zweiten Arbeitstag wurde die überarbeitete Version des Connector-Support-Arms fertiggestellt und erfolgreich 3D-gedruckt.

3D Design des Support Arms:

Parallel dazu wurde das neue ToF-Systemkonzept weiterentwickelt und in drei getrennte Einheiten (Laser Unit, APD Unit und Microcontroller Unit) aufgeteilt. Diese Trennung ermöglicht eine gezieltere Anpassung der Signalwege, Leitungslängen und Impedanzen, um Laufzeitverzögerungen zwischen Laser- und APD-Signal besser berücksichtigen zu können.

Durch die neue Architektur sollen mögliche Signalabweichungen reduziert und eine zeitlich korrekte Verarbeitung der ToF-Messung sichergestellt werden.

Zusätzlich erfolgte eine technische Recherche zu APD- und Laserdioden sowie der Beginn der BOM-Erstellung zur Überprüfung von Lagerbestand und Nachbestellbedarf.

Im Softwarebereich wurde die USB-CDC-Kommunikation für den STM32 implementiert, die CLI über CDC zu etwa 50 % umgesetzt sowie LVGL inklusive Benutzeroberfläche erfolgreich integriert und gestartet.

01.07.26 Tag 1

Der Arbeitstag begann mit einer Projektbesprechung, in der die nächsten Arbeitsschritte sowie die Ziele der aktuellen Entwicklungsphase definiert wurden. Basierend auf den Erkenntnissen der ersten ToF-Unit (Version 1), deren Messgenauigkeit und Messbereich nicht die gewünschten Anforderungen erfüllten, wurde ein neues Systemkonzept ausgearbeitet.

Dabei wurde entschieden, Sender und Empfänger zukünftig auf getrennten Leiterplatten unterzubringen. Die optischen Achsen der Laserdiode und der APD sollen mithilfe eines Beam-Splitters auf einen gemeinsamen Strahlengang überlagert werden. Durch diese Architektur soll eine bessere Kontrolle der optischen Ausrichtung sowie der zeitlichen Signalverarbeitung ermöglicht werden.

Zur Vereinfachung des Debuggings der Main Unit wurde außerdem eine 3D-Halterung für den Tag-Connect-Programmieranschluss konstruiert. Nach einem ersten Prototyp, dessen Abmessungen nicht den Anforderungen entsprachen, wurde unmittelbar eine überarbeitete Version entwickelt.

Im Softwarebereich erfolgte die Migration des Projekts von der STM32CubeIDE auf eine CMake-basierte Build-Umgebung. Zusätzlich wurde ein GitHub-Repository zur Versionsverwaltung, Dokumentation und Projektorganisation eingerichtet sowie die grundlegende Entwicklungsumgebung konfiguriert.

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