MEXLE steht für

Multimodale
EXperimentier- und
LErnumgebung

Die Idee dahinter ist, dass Sie als Studenten in Ihrem Lernen unterstützt werden. Auf verschiedenen Wegen soll das selbstständige Lernen angeregt werden. Ein Teil davon ist dieses Wiki.









MEXLE System

MiniMEXLE - die Historie

In der Fakultät T1 an der Hochschule Heilbronn wird seit über 15 Jahren ein Mikrocontroller-Lernsystem (MiniMEXLE) für die Lehre in Labor und Projekten im Bereich Informatik/Mikrocontroller mit großem Erfolg eingesetzt. Ein wichtiger Teil dieses Erfolgs war dem Umstand zu verdanken, dass die Studierenden das Lernsystem entweder selbst erwerben oder ausleihen konnten und damit auch am heimischen Schreibtisch arbeiten konnten. Neben dem MiniMEXLE-Board waren dazu nur eine kleine Stromversorgung und ein PC mit Entwicklungsumgebung notwendig. Die Entwicklung des MiniMEXLE und seine Verbreitung wurden mehrfach im Rahmen des Programms LARS unterstützt. Dem bisherigen Lernsystem fehlt aber eine breitgefächerte Modularisierung, um schnell und einfach elektronische Schaltungsbeispiele aufbauen zu können.

MEXLE 2020

MEXLE 2020 soll aus dem bisherig gelerntem einen fächerübergreifenden Baukasten entwickeln. Dazu werden - von Elektronik beginnend - Teilsysteme aufgebaut. Ab 2021 ist hierzu eine Verbreiterung des Systems geplant. Damit werden Bereiche wie Regelungstechnik, Mechanik und Motorentechnik mit eingebunden.

Hardwarekonzept

Abb. 1: Prototyp für Mexle 2020 Koffer mit 4x8 Modulträger

Die Konzeption der Hardware trägt der Flexibilität des Einsatzortes Rechnung. Aus diesem Grund wird ein kleiner handlicher Koffer verwendet, der ganzflächig mit einem Modulträger bestückt ist (Abbildung 1). Der Modulträger dient dabei sowohl als mechanischer Träger, wie auch zur elektrischen Verbindung der Module untereinander. Im Bild ist ein großer Modulträger für bis zu 4×8 Module zu sehen. Stromversorgung und Steuerbus werden durch die 6-poligen Stecker verteilt, welche jeweils unten auf den Modulpositionen zu sehen sind. Ein weiterer Signalpfad steht mit den Buchsen an den Ecken der Modulpositionen zur Verfügung

Der Erstellung des Grundkonzepts liegen folgende Leitlinien zugrunde:

  • Universelles System geeignet für alle Bereiche der Elektronik (Diskret, Analog, Digital, µC, DSP)
  • Kombinationsmöglichkeit von diskreten (R, L, C) mit intelligenten Modulen auf einem Board
  • Flexible Stromversorgung mit eigenständigen Modulen (nicht auf dem Grundboard integriert)
  • System-Module für Steuerung und Messung (Oszilloskop, Funktionsgenerator, Multimeter, …)
  • Basissysteme für unterschiedliche Anwendungen (Lab-in-a-Box, Handgerät, Mobiler Roboter, ..)
  • Kostengünstige, mechanische stabile, haltbare Steckverbindungen
  • Preisorientierung an studentischen Finanzen (Eigenerwerb erwünscht!)

Abb. 2: Verschiedene Mexle 2020 Platinen (im Vordergrund) und kleiner 2x3 Modulträger

Für die einzelnen Modulplatinen sind verschiedene Formate definiert. In Abbildung 2 ist auf einem kleineren Modulträger eine 1×1 Platine in Modulposition 3 eingesetzt; diese hat die Abmaße 1,0 Zoll Breite und 1,0 Zoll Höhe. Die auf der 1×1 Platine angebrachten schwarzen Buchsen (links und rechts) ermöglichen es weitere Hook-up-Platinen darauf zu setzen. Weiterhin ist die Platine mit dem Modulträger über den 6-poligen Anschluss für Stromversorgung und Steuerbus verbunden; unten auf der Platine sind die Lötpunkte der 6 Stecker zu sehen. Eine einfachere 1×1 Platine ohne Hook-up Buchsen und ohne Anschluss an Stromversorgung und Steuerbus des Modulträgers ist rechts im Bild zu sehen.

Links im Bild ist eine 3×1 abgebildet. Diese nimmt mit den Maßen 3,2 Zoll Breite und 1 Zoll Höhe drei Modulpositionen auf dem Modulträger ein. Der 6-polige Anschluss an den Modulträger ist in diesem Fall rechts zu sehen.

Abb. 3: Prototyp für Mexle 2020 Koffer mit Modulträger

Prinzipiell sind verschiedene Größen für Module vorgesehen (Abbildung 3). Kleine Module (0,25×1) können für einfache diskrete Elemente genutzt werden, z.B. Widerstände oder Dioden. Standard Module für Microcontroller-Platinen nehmen die Größe 1×1 ein. Für breitere Komponenten und Systeme, wie z.B. Displays oder die Filterstufen in Abbildung 2 können größere Module entwickelt werden.

Als Basis für Grundplatinen sollte stets das 1×1 Format und die Anschlüsse der Microcontroller-Platine MMC 1x1 328PB dienen. Die Belegung der Anschluss-PINs (ADC, I2C, SPI etc.) richtet sich nach dieser Platine.

Abbildung 4 zeigt verschiedene Platinen im Multi-Nutzen, welche in einem Semester entwickelt worden sind. Die längeren Platinen unten und rechts sind Teil einer Forschungsarbeit und nicht im Mexle System entwickelt worden. In Abbildung 5 ist eine Motortreiberplatine im 2×1 Format auf einem Modulträger mit einer 328PB-Platine und einem Board zur Spannungsversorgung (oben links) zu sehen.

mexle2020_multinutzen_ss19.jpg Abb. 4: Unbestückte Platinen als Nutzen

mexle2020_motortreiber.jpg Abb. 5: Beispielaufbau mit Stromversorgung (links oben), Microcontrollerplatine (links unten), Motortreiberplatine (rechts)

Software-Konzept

Die für den Betrieb notwendige Software bezieht sich auf den Einsatz im Bereich Signalgenerierung und Messung. Zum einen wird ein für Ausbildung frei verfügbares Tool verwendet zum anderen wird das Benutzerinterface im Rahmen des Projekts selbst erstellt. Der Benutzer des „Lab-in-a-Box“ muss zur Verwendung keine Software selbst erstellen.

Lernmaterialien

Die grundlegenden Lernmaterialien werden in einem projektspezifischen Wiki zusammengefasst. Dieses Wiki dient auch als flexible Kommunikationsplattform zwischen Lehrenden und Studierenden sowie zum Austausch unter den Studierenden.

Förderungen

2018 HUMUS (Antrag, Projektabschlussbericht)
2019 HUMUS

Modultypen

Mexle-Modultypen

MEXLE Modul Grundtypen MC MEXLE Circuits MM MEXLE µC MS MEXLE Signal MI MEXLE Industrial MP MEXLE Power MR MEXLE Robot MCA Analog Circuits MMA Actuator µC MSC Connector MIB Industrial Busses MPC Power Converter MRB General Robot MCB Basis Circuits MMC CPU MSD DSP MIC Industrial Control MPD Driver MRC CNC MCD Discrete Circuits MMD Display MSV Vision MIP PLC (SPS) MPV Photo- voltaic MRQ Quad- copter MCL Logic Circuits MMM Measurement Systems MSW Wireless MRT Tripod MMS Sensor Non MEXLE Modules e.g. Motors

===== entwickelte MEXLE Mo dule

📕 stark verbesserungswürdige Dokumentation
📒 ausreichende Dokumentation
📗 gute Dokumentation

🔴 stark verbesserungswürdige Komponentenentwicklung
🟡 ausreichende Komponentenentwicklung
🟢 gute Komponentenentwicklung

Die studentischen Dokumentationen sind unter projekte_im_elektro_labor zu finden