Architektur des Gesamtsystems

Das System setzt auf einer baumartigen Architektur auf. Der Stamm bildet dabei eine Server-Applikation, die sämtliche Daten entgegennimmt, speichert und diese auch wieder zur Verfügung stellt. Sensoren und Aktoren  liefern die Rohdaten für Messungen. Diese gesammelten Daten werden über eine standardisierte Schnittstelle zur Verfügung gestellt und können anschließend über eine mobile Applikation betrachtet werden. Des Weiteren können Aktoren über die mobile Applikation angesteuert werden. Beispielsweiße kann eine LED als Aktor definiert werden, diese dann per mobilen Applikation ein und ausgeschalten werden kann.

In folgender Abbildung ist ein Beispiel System dargestellt.

Konzept für die Ausgangsbasis der Entwicklung

Mittels einer Konfigurationsdatei sollen die Einstellungen für das System parametriert werden können. Diese wird mit Restriktionen eingeschränkt, sodass nur für das System valide Konfigurationsdateien eingelesen werden können.

In weiterer Folge sollen die Einstellungen über ein grafisches User Interface parametriert werden können, welches die Konfigurationsdatei erstellt. Jedes Element kann je nach deren Möglichkeiten parametriert werden. In der folgenden Abbildung ist eine vereinfachte Darstellung eines Systems ohne genau parametrierte Elemente dargestellt.

Hardwarekomponenten

Für den Einsatzzweck des Gateways und der Sensoren wird ein Einplatinencomputer vorgesehen. Unter den betrachteten Einplatinencomputern stach der Raspberry Pi 4 durch das Preisleistungsverhältnis, die Anschlüsse, die Rechenleistung und die Möglichkeiten besonders hervor und wurde deshalb ausgewählt.

Für den Einsatzzweck der Sensoren wird neben dem Raspberry Pi zusätzlich ein Microcontroller vorgesehen. Unter den betrachteten Microcontrollern wurde der Arduino UNO R3 gewählt. Durch die Verbreitung des Arduino UNOs in der Community wird die Fehlerbehebung und die Dokumentationsfindung erleichtert, wodurch ein effizienteres Vorankommen in der Entwicklung ermöglicht wird.  

Für die Measurements und Actors wurde für den Anfang ein existierendes Sensorkit (Sensorkit X40 von Joy-it) ausgewählt, dass 40 unterschiedliche Sensoren beinhaltet. Dieses bietet somit viele Möglichkeiten verschiedene Measurements/Actors über gängige Interfaces anzusteuern.

Ablaufdefinition der Funktionalität der Applikation

Bevor Sensoren aktiviert und verwendet werden können, muss eine Konfiguration des gesamten Projektes und aller sich darin befindenden Komponenten erstellt werden.

Über das grafische User Interface können dem Projekt, Gateways und dessen Sensoren samt Fähigkeiten eingestellt und zugewiesen werden.

Parallel ist auf den Geräten eine „Basis-Software“ zu installieren, welche im späteren Verlauf dafür sorgt, dass sich das Gerät beim ersten Start am Server registriert und die passende Konfiguration herunterlädt.

Definition der Anforderungen und Funktionalitäten der Plug&Play Konfigurationssoftware

Ein besonderes Hauptaugenmerk wird darauf gelegt, dass die Geräte selbst mit wenig bis kaum direkter Interaktion funktionieren. Die Konfiguration der Geräte soll hauptsächlich über das benutzerfreundliche und intuitiv zu bedienende User Interface durchzuführen sein, um auch technisch nicht versierten Personen die Nutzung zu ermöglichen.

Next Steps

In der nächsten Projektphase wird die Entwicklung gestartet. Folgende Tätigkeiten werden in dieser Projektphase durchgeführt:

• Entwicklung der Sensor-Software
• Entwicklung der Gateway-Software
• Entwicklung der Server-Software

Nachdem das Konzept feststeht, steht der Software-Entwicklung nichts mehr im Wege und kann gestartet werden.