Embedded Systems: Jetzt krempeln Maschinen die Ärmel hoch

23.05.2019 Was steckt in der Armbanduhr, in Autos und selbst in der Waschmaschine? Es sind Embedded Systems, also elektronische Systeme, die in andere Systeme eingebettet sind, um diese weiter zu automatisieren. An der Berner Fachhochschule befassen sich Studentinnen und Studenten mit solchen Embedded Systems. Heraus kommen automatisierte Müllcontainer, ein System zur Parkplatzsuche oder auch eine umweltfreundliche Methode zur Warmwassererzeugung.

Im Jahr 1910 war alles einfacher, als die Conditorei Leonhard Teichmann in Nürnberg in ihrer Reklamemarke empfahl, Jungen Weisheit per Trichter ins Gehirn zu flössen. Doch der Nürnberger Trichter ist Schnee von gestern, denn wer heute einen Bachelor of Science in Elektrotechnik und Informationstechnologie absolviert, möchte die Praxis lernen dank Projektarbeiten, mit Industriepartnern kooperieren, Vertiefungen in Electric Energy Systems and Renewable Energies erfahren, mit Industrial Automation and Control, Communication Technologies und Embedded Systems.

Detektivauge im Abfallcontainer

Als die SBB an den Hauptbahnhöfen in Bern, Zürich, Basel, Genf und Luzern Abfalltrennboxen installierten, stellten sie erstaunt fest: die Trennquote erhöhte sich auf über 40%, viel mehr als erwartet. Grund für findige Köpfe am Institut für intelligente industrielle Systeme I3S der Berner Fachhochschule, in einer Bachelorthesis die hauseigene Demonstrationsanlage um eine akkubetriebene Füllstandsmessung zu erweitern. Das heisst, Materialien wie PET, Alu, Papier und Abfall mengenmässig zu messen und die Daten via LoRa zu transferieren (LoRa steht für Long Range und ist ein Funkstandard). Verschiedene Sensorknoten im System übermitteln die Daten drahtlos über ein Gateway in die Cloud. Ein Time of Flight Sensor misst die Füllstände pro Behälter, während die vier Sensormodule über ein Kabel mit dem zentralen Controller Board verbunden sind. Er verarbeitet und übermittelt sowohl die Füllstände wie auch die Temperatur zur Branddetektion und den Ladezustand des Akkus an einen Gateway. Hardware und Firmware sind auf einen Ultra-Low-Power-Betrieb ausgelegt. Das System lässt sich auch über eine USB Schnittstelle aufladen und konfigurieren. Matthias Schranz, der die Bachelor-Thesis mit Marc Spring bestritt, zieht positive Bilanz: „Seit der Realisierung im Jahr 2017 läuft die Recycling-Station monatelang zuverlässig, bevor der Akku erneut zu laden ist. Gemessen werden die Füllstände der einzelnen Behälter mit Time of Flight-Sensoren, dann per LoRa-Funkprotokoll an ein Gateway übertragen.“ Entwickler Matthias Schranz hat inzwischen einen Master of Science in Engineering begonnen und will ‚sein‘ Projekt noch optimieren: „Für die Zukunft denke ich an eine Stromversorgung mit Photovoltaik, um das System mit völliger Autonomie auszurüsten.“

Im vollständigen Artikel in der Automation Swiss Engineering STZ vom Mai 2019 gibt es weitere spannende Projekte zum Thema Embedded Systems.