Referenzen

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GUI für Windows und LINUX mit PyQt

Mit einer übersichtlichen und intuitiven grafischen Nutzeroberfläche wird ein Bild bearbeitet und  zum Mikrocontroller über eine serielle Schnittstelle übertragen. Der Vorgang wurde in mehreren Schritten aufgeteilt. Begonnen bei Schritt 1 wurde die Verbindung mit “Handshackes” aufgebaut. Im Schritt zwei wird ein vom Nutzer ausgewähltes Bild auf Pixelebene manipuliert. Dithering, Farbkonvertierung und vieles mehr kann eingestellt werden. In einem der weiteren Schritten wird eine .stl-Detei eingelesen und aus dieser eine Trajektorie berechnet. Zum Schluss wird das entstandene Bild zum Mikrocontroller übertragen und auf Vollständigkeit überprüft.

Entwicklung einer Platine für ein Spiel

Von einer Stift und Papier Zeichnung zur bestückten Platine. Hier entstand ein digitales Brettspiel. Es ist ein Geräuche/Lieder-Memory Spiel. Jeder Spieler betätigt zwei Tasten nacheinander. Es werden zum Beispiel Lieder abgespielt. Zwei Taster mit dem gleichen Lied sollen gefunden werden. Sobald zwei gleiche gefunden sind, werden diese deaktiviert und es folgt ein “richtig”-Ton. bei zwei unterschiedlichen ein “falsch”-Ton. Sind alle Zwillinge gefunden erfolgt ein “Spiel zu Ende”-Ton. 

Nach dem der Schaltplan entwickelt wurde, folgt das Design des Layouts. Hier können bis zu 6 Layer auf einer Platine designt werden. Durch SMD-Bauteile können sehr kompakte und preiswerte Platinen erstellt werden. Die Prototypenbestückung und Funktionstests erfolgen im Hause IES.

Messdatenerfassung, Filterung und Interpretierung

Das Ziel des Projektes war es, Messdaten aufzunehmen, diese zu filtern, interpolieren, neu abzutasten, zu transformieren und durch statistisch signifikante Ergebnisse eine Aussage zu treffen. Damit die Messdaten automatisier eingelesen und verarbeitet werden können, war es notwendig ein Skript zu entwickeln, mit welchem all die Vorgänge vollautomatisch durchgeführt werden können. Software wie Matlab oder Octave sind dafür die perfekten Werkzeuge.

In vielen Fällen sind die Messdaten nicht so perfekt wie man sie gerne hätte. Ausreißer oder fehlende Messwerte sind noch lange nicht alle Herausforderungen die dabei zu bewältigen sind. Starke Ausreißer können zum Beispiel durch Tests oder Filter wie: Grubbus-Test, Nalimov-Test, David-Harley-Pearson-Test, Kalmen-Filter bestimmt werden. Dies ist nur ein Bruchteil der Verfahren die es ermöglichen Ausreißer zu bestimmen. Abhängig davon wie die Messdaten verteilt sind und in welchem Umfang sie zur Verfügung stehen, muss ein passendes Verfahren ausgesucht werden.

Sind die Messdaten nicht gleichmäßig abgetastet oder fehlen in einer Messreihe einige Messwerte, so ist es in vielen Fällen sinnvoll diese zu interpolieren und neu abzutasten. Dies ist auch für eine FFT-Transformation oder für einen Filter im Frequenzbereich sinnvoll.

Webseitenentwicklung

Ein schönes Beispiel für eine von IES aufgebaute CMS Wordpress Webseite, ist “www.dracheundfee.de”. Es ist ein Onlineshop für Babybekleidung. Die Kunden haben die Möglichkeit ein Account zu erstellen, in dem alle Bestellvorgänge eingesehen werden können. Produkte können auf die Wunschliste gesetzt werden, damit sie zu einem späteren Zeitpunkt schnell wiedergefunden werden, ohne den kompletten Shop erneut durchwühlen zu müssen. 

Um die Bezahlung schnell und unkompliziert durchzuführen, werden unter anderem Bezahlmöglichkeiten wie Paypal, Giropay, Klarna, Sofortüberweisung oder Bezahlung mit verschiedenen Kreditkarten angeboten.

Damit die Webseite auf allen Bildschirmgrößen (Smartphone, Tablett, Desktop) sinnvoll dargestellt werden kann, muss diese responsive aufgebaut sein. Dies bedeutet, dass sie sowohl auf einem großen Desktop-Bildschirm wie auch auf einem Smartphone vollautomatisch die beste Darstellungsmöglichkeit annimmt. Objekte wie Abbildungen, Menüs und Buttons werden abhängig von der Bildschirmgröße bzw. Browserfenstergröße Skaliert und angepasst.

Selbstverständlich ist die Webseite SSL Verschlüsselt und bietet durch den HTTPS Zugriff den höchsten Maß an Sicherheit und Transparenz.

Amortisations- und Verbrauchsberechnung für LED-Beleuchtung und Lichtmanagement

Bei diesem Tool handelt es sich um ein Programm zur Berechnung des Verbrauchs einer Bestandsbeleuchtungsanlage und einer neuen LED-Beleuchtungsanlage. Es wird die Amortisationszeit der neuen Anlage bestimmt und grafisch dargestellt. Mit Angaben zur Leuchten, dem Strompreis und einigen weiteren Angaben kann ein vollständiger Vergleich der Anlagen erstellt werden. 

Falls die LED-Beleuchtung zusätzlich mit einem Lichtmanagamentsystem ausgerüstet ist, wird auch dieses System zum Verglich herangezogen. Es gibt Verschiedene Modi (Kundenspezifisch, Industriebeleuchtung und Straßenbeleuchtung) wie der Betrieb der Anlage angegeben werden kann. Jeder Modus bietet dem Anwender spezifische (Hilfs-) Vorgaben bei der Berechnung. Bewegungserkennung, tageslichtabhängige Regelung und die Kalenderfunktion legen die Grundbausteine des Lichtmanagements fest. Hier können individuelle Dimmprofile und Fadezeiten eingestellt werden.

Sind alle Konfigurationen vorgenommen und alle Daten angegeben, kann die Berechnung durchgeführt werden. Neben dem Verbrauch und der Amortisationsberechnung kann die Emissionsreduktion durch die LED-Beleuchtung und das Lichtmanagement dargestellt und berechnet werden.

Im letzten Schritt kann aus den Daten eine Word-datei vollautomatisch erzeugt werden, in welcher alle Ergebnisse sowohl in Textform, wie auch grafisch dargestellt werden. Anschließend wird eine pdf-Datei erzeugt, die all diese Informationen beinhaltet. 

Steuerung eines Inkjet-Druckkopfes

Zum dreidimensionalen Bedrucken von beliebigen Objekte würde der XAAR XJ 128 Inkjet Druckkopf verwendet. Dieser benötigt mehrere Spannungsquellen und wird über den SPI-BUS gesteuert. Für die Steuerung des XJ128 werden neben der Spannungsversorgung zwei Taktgeber, zwei Enable-Signale, ein Ready-Signal und ein MOSI-Signal benötigt. All diese Signale müssen durch Elektronik zeitsensitiv geschaltet werden. Die dafür notwendige Elektronik wurde von der IES entwickelt und ausführlich getestet. Ausgeklügelte Mechanismen stellen sicher, das der Anwender jederzeit das System Abschalten kann und der Roboterarm zur jederzeit ansprechbar ist.

Der mechanische Aufbau des Prototypen sollte einerseits stabil sein, aber auch flexibel für eventuelle Änderungen im Aufbau. Benötigte Gehäuseelemente aus Kunststoff wurden 3D-Gedruckt. 

Damit die Tinte luftblasenfrei zum Druckkopf geführt wird, würde ein spezieller Behälter entwickelt. Um eventuelle Verunreinigungen und dadurch das Verstopfen der Druckkopfdüsen auszuschließen,  wird die Tinte durch einen speziellen Filter gefiltert.

Ein vollautonomes Gewächshaus für das Wohnzimmer einer Großstadt – Cardboard Prototyping

Ein System, welches ganz autonom sich um die Pflanzen kümmert und sie beim Wachstum unterstützt. Es ist eine Box, die sich perfekt einer Großstadt anfügt. Wohnraum- und Platzmangel in Städten rücken immer mehr in den Vordergrund, das Bedürfnis nach einem eigenen kleinen Garten dennoch oft vorhanden. Durch die  Growbox können unterschiedliche Pflanzen jahreszeitunabhängig gezüchtet werden. Die künstliche Lichtquelle weißt ein spezielles Spektrum auf, bei welchem der Grünanteil des Spektrums nicht vorhanden ist. Für unterschiedliche Pflanzen, sind unterschiedliche Spektren sinnvoll. Auch eine Pflanzenart in verschiedenen Wachstumsphasen bevorzugt unterschiedliche Spektren. Diese spezielle Leuchte wird aktiv gekühlt und durch die LED-Lichtquelle sehr sparsam. Die von IES entwickelte Leuchte ist mehrere tausend Stunden bei unterschiedlichen Temperaturen getestet und thermisch vermessen worden. 

Um einen autonomen Betrieb gewährleisten zu können, sind einige Funktionen notwendig. Mithilfe von Sensoren und einem Mikrocontroller wurden die notwendigen Funktionen umgesetzt. Um die Pflanzen bei Bedarf zu gießen, wird stetig die Feuchtigkeit der Pflanzenerde gemessen. Falls der Messwert einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, wird aus einem internen Wassertank der Growbox der Boden befeuchtet. Durch einen Füllstandsmesser wird zusätzlich sichergestellt, dass im Tank immer ausreichend Wasser verfügbar ist. Der Status wird auf einem Display ausgegeben, aber auch wenn notwendig über einen Raspberry Pi den Anwender per E-Mail mitgeteilt. Über das interne Display sind viele weitere Konfigurationen möglich. Zum Beispiel kann hier die Beleuchtungsdauer eingestellt werden. Es kann eine genaue Uhrzeit zum Ein- und Ausschalten der Beleuchtung vorgegeben werden. Über einen internen batteriebetriebenen Zeitgeber geht diese auch ohne Spannungsversorgung nicht verloren.

Durch einen internen Temperatur- und Feuchtigkeitsmesser wird die Lüftung gesteuert. Durch zwei weitere Lüfter wird über einen Zufallsmechanismus mehrmals am Tag Wind/Sturm simuliert. Dies stärkt die Pflanzen und verhindert Schimmelbildung. Durch zwei Rauchmelder wird die gesamte Anlage überwacht und bei Bedarf komplett abgeschaltet. Die Box eignet sich hervorragend zum Vorzüchten aber auch zum Hochziehen von Pflanzen.

Ein Mikrocontroller als Moore-Zustandsautomat

In vielen Fällen müssen bestimmte Signale (Inputs) ausgelesen und interpretiert werden. Anschließend soll ein neu erzeugtes Signal ausgegeben oder weitergeleitet werden (Outputs). Um dieses Signal zu erzeugen wird ein Signalgenerator benötigt. Ein Mikrocontroller als Signalgenerator ist oft die beste Wahl  dafür. 

In diesem Projekt wurden Signale/Befehle über die UART-Schnittstelle seriell aufgenommen, auf einer Speicherkarte gespeichert und in Anhängigkeit des aktuellen Zustands über einen SPI-Bus Befehle verschickt. In diesem Fall kann der Mikrocontroller verschiedene Zustände annehmen und durch bestimmte UART-Befehle der Zustand des Controllers gesteuert werden. Um solche Zustände abzubilden, wurde ein Moore-Zustandsautomat aufgebaut. Dieser bietet die Möglichkeit über die Inputs zustandsabhängig Ausgangssignale zu erzeugen und zwischen den einzelnen Zuständen zu wechseln. Dies kann sowohl ein Teil einer Prozesskette sein, wie auch eine einfache Ausgabe eines Sensorwertes auf einem Display. Durch Interrupts können zeitkritische Abläufe beschleunigt und die Signalausgabe vorhergesagt werden.