Ich wollte unbedingt noch einen Artikel schreiben, weil es lange her war, dass wir uns gesehen (oder per E-Mail getroffen) hatten. Jordan von SnapStack Solutions ist da.
Eingebettete Systeme sind häufiger als wir denken, aber was sind sie und wie nutzen wir sie?
Ein eingebettetes System ist im Gegensatz zu einem Laptop für ein einzelnes Objekt oder eine einzelne Ausrüstung vorgesehen und wird verwendet, um dessen Funktionsweise zu steuern. Bei dem „Gerät oder der Maschine“ kann es sich um alles Mögliche handeln, von einer Armbanduhr bis hin zu einem großen medizinischen Bildgebungssystem oder Roboter, und das eingebettete System ist in der Regel darin untergebracht, wie der Name schon sagt.
Aufgrund seiner Steuerungsfunktion muss das eingebettete System in der Lage sein, Sensoreingänge wie Temperatur, Spannung oder Video zu überwachen, Steuerungs- und möglicherweise analytische Berechnungen anhand der beobachteten Daten durchzuführen und entsprechende Ausgänge an Aktuatoren wie Displays, Leuchten, Motoren oder Ventile zu senden. Daher muss das eingebettete System über Eingangsanschlüsse verfügen, die mit den Sensoren, die es überwacht, elektrisch und physisch kompatibel sind.
Die Anzahl der Eingänge und Ausgänge, die sie regeln müssen, sowie die Geschwindigkeit und Komplexität der erforderlichen Steuerungsaufgaben bestimmen den Umfang eingebetteter Systeme. Beispielsweise müsste ein Smartwatch-Controller auf einer einzigen, winzigen Leiterplatte gebaut werden. Ein Industrie-PC ist dagegen aufgrund seiner Flexibilität und Skalierbarkeit sowie in gewissem Maße aufgrund seiner Verwendung standardisierter Hardware- und Softwarekomponenten eine häufigere Option für größere Anwendungen.
Im Vergleich zu Desktop- oder Laptop-Computern haben eingebettete Systeme sowohl Vor- als auch Nachteile. Der Status bestimmter Merkmale als Vor- oder Nachteil variiert jedoch je nach Anwendung.
Sie sind möglicherweise günstiger, da sie auf eine bestimmte Anwendung spezialisiert sind. Beispielsweise können Hochleistungsgrafiken weggelassen werden, und einige Systeme verfügen möglicherweise nicht einmal über eine grafische Benutzeroberfläche. Wenn für die vorgesehene Anwendung kein Hochleistungsrechnen erforderlich ist, verfügen andere Systeme möglicherweise über CPUs mit geringerer Leistung und geringerem Stromverbrauch. Geräte mit geringem Stromverbrauch wären ebenfalls möglich, von denen einige sogar mit Batterien betrieben werden. Eingebettete Systeme können auch recht klein und leicht zu identifizieren sein, insbesondere wenn sie keinen großen Freiraum für die Belüftung benötigen.
Eingebettete Systeme sind auch sehr zuverlässig, da sie es sein müssen, um die Anforderungen ihrer Anwendungen zu erfüllen. Sie halten extremen klimatischen und elektrischen Bedingungen sowie möglichen mutwilligen Beschädigungen stand — was an öffentlichen Orten hilfreich ist.
Die Neuzuweisung eingebetteter Systeme zu einer anderen Anwendung kann eine Herausforderung sein, da sie häufig für eine einzige Aufgabe konzipiert sind. Möglicherweise gibt es nur eine begrenzte Anzahl freier Kommunikations- oder Erweiterungskartensteckplätze oder gar keine. Darüber hinaus unterstützt das RTOS im Gegensatz zu Desktop-Windows keine große Auswahl an Softwareprogrammen — und selbst wenn dies der Fall wäre, könnten Leistung und Speicher, die für deren Ausführung zur Verfügung stehen, eingeschränkt sein.
Beim Vergleich von Desktop- und Embedded-Computern mit gleicher Leistung ist das eingebettete System fast immer teurer. Das liegt daran, dass die Produktionsmengen eingebetteter Systeme geringer sein werden, was wiederum weniger Möglichkeiten zur Amortisation der Kosten mit sich bringt. Um die Lebensdauer und Zuverlässigkeit zu erhöhen, werden bei der Entwicklung eingebetteter Systeme in der Regel hochwertigere und teurere Materialien und Komponenten verwendet.
Ich habe bereits erwähnt, dass eingebettete Systeme in einer Vielzahl von Anwendungen zu finden sind, angefangen bei Smartwatches. Andere kleinere Beispiele sind GPS-Empfänger, Digitalkameras, Spielekonsolen, WLAN-Router und Fotokopierer.
Aus dieser Perspektive sind Smartphones faszinierende Geräte. Sie verfügen über viele der Funktionen eines eingebetteten Systems, können aber auch benutzerdefinierte Anwendungen akzeptieren und ausführen, sodass sie in dieser Hinsicht Desktop-PCs ähneln.
Im Fall von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), die in der Industrie weit verbreitet sind, könnte ein ähnliches Argument vorgebracht werden. Sie basieren in der Regel auf einer industriellen PC-Architektur. Sie verfügen also zwar über eingebettete Systemfunktionen wie eine robuste Konstruktion und ein RTOS, verfügen aber auch über eine Kapazität, die einem Desktop-PC ähnelt, um andere Programme zu akzeptieren — zumindest, wenn sie vom Originalhersteller geliefert werden. Zu den weiteren größeren — und spezielleren — Anwendungen gehören: Steuerungen für industrielle Roboterarme, Ampelsteuerungen, Sicherheitssysteme, Luft- und Raumfahrtanwendungen sowie Prozessleitsysteme, die in der Fertigung verwendet werden.
Eine Gartenbausteuerung ist ein aktuelles Beispiel für ein eingebettetes System, das verwendet wird, um den Pflanzen- und landwirtschaftlichen Ertrag durch Gewächshausautomatisierung zu steigern. Sensoren und Aktoren, die mit einem Computer zur Klimatisierung der Gewächshausumgebung verbunden sind, überwachen und steuern Temperatur, Luftfeuchtigkeit, elektrische Leitfähigkeit, pH-Wert, Kohlendioxid (CO2), Beschattung und messen externe Wetterbedingungen über eine Wetterstation.
Die gewonnenen Daten helfen nicht nur bei der Regulierung bestimmter Faktoren innerhalb des internen Wachstumsumfelds, sondern auch bei der Einsparung von Zeit, Energie und Arbeit. Das Programm enthält auch einen Bewässerungsplan für bis zu fünf verschiedene Futterformeln und erweiterbare Zonen.
Steuerungen für die Hausautomation werden ebenfalls zunehmend für eingebettete Systeme verwendet. Sicherheit, Zutrittskontrolle, Heizung und Klimaanlage, Beleuchtung und Unterhaltung können alle über ein System integriert und gesteuert werden. Diese Systeme können auch zur Fernüberwachung und -steuerung mit dem Internet der Dinge (IoT) verbunden werden.
Bei SnapStack Solutions haben wir eine große Anzahl von Ingenieuren für eingebettete Systeme, die bereit sind, an neuen Projekten zu arbeiten. Wenn Sie solche Artikel wünschen, helfen wir Ihnen gerne weiter. Kontaktieren Sie uns unter contact@snapstack.cz oder finden Sie uns auf Facebook, Instagram, LinkedIn und Twitter.
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