IoT4U

Zielsetzung

Im Fokus unseres Projektes IoT4U steht die Erforschung von Entwicklungs- und Designprozessen für IoT-Geräte. Auch einige Aspekte des Betriebs entsprechender Netzwerke wurden untersucht. Wir entschieden uns dafür diesen Prozess anhand eines smarten Gewächshauses darzustellen. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der Simulation von Hardware (Virtual Prototyping). Neben diesem sind auch die Themenfelder Hardwaredesign, Software, Dataaggregation- und Verarbeitung sowie die Kommunikation der IoT-Geräte relevant.

Zu den meisten dieser Themenfelder entwickelten sich bei uns kleinere Unterprojekte. Darüber hinaus ergab sich auch das Themenfeld der Magnetic Levitation. Im Folgenden wollen wir diese Teilprojekte ein wenig näher beleuchten.

Virtueller Prototyp

Virtuelle Prototypen sind Hardwaremodelle die auf einem Computer ausgeführt werden. Mithilfe dieser Hardwaremodelle kann man Hardwareentwürfe debuggen und Software für diese Plattformen schreiben, ohne die Hardware wirklich produzieren zu müssen. Im Kontext unseres Projekts haben wir uns besonders auf den RISC-V VP der Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur (AGRA) fokussiert. Dieser modelliert Hardware, die mit dem RISC-V Instruktionssatz arbeitet. Konkret wurde dieser um Sensoren und Funktionen erweitert und als Hilfe zur Entwicklung von Software für IoT Geräte benutzt.

PCB-Design

Im Laufe des Projektes wurde auch ein eigenes Printed Circuit Board designed und entwickelt. Das Ziel war es, dieses möglichst genau auf die Benutzung in einem Gewächshaus anzupassen. Besondere Aufmerksamkeit haben deswegen die Größe und die Energieeffizienz bekommen.

Skriptsprache

Auch die Frage, wie Nutzer und Nutzerinnen die IoT-Geräte ansteuern wurde bei uns auf mehreren Ebenen betrachtet. So begann eine Teilgruppe des Projektes mit der Entwicklung einer eigenen Skriptsprache und eines zugehörigen Interpreters. Diese Sprache soll es Nutzern und Nutzerinnen ermöglichen die Geräte eines IoT-Netzwerkes einfacher zu programmieren und eine Möglichkeit für OTA-Updates schaffen.

Kommunikation

Eine andere Gruppe beschäftigte sich vornehmlich mit der Fragestellung, wie IoT-Geräte in einem Netzwerk miteinander kommunizieren. Als Fallbeispiel wurde sich hier mit dem MQTT-Protokoll (Message Queuing Telemetry Transport) auseinandergesetzt. Im Projektverlauf wurde daher z.B. die Struktur und Funktionsweise des Protokolls untersucht und eine Topologie der Netzwerkteilnehmer auf Basis mitgeschnittener Nachrichten erstellt.

Magnetic Levitation

Logistik kann auch in einem Gewächshaus eine entscheidene Rolle spielen. Besonders spannend fanden deswegen einige Studierende den Ansatz von Magnetic Levitation. Hierbei werden Magneten zum schweben gebracht. Um dieses Verhalten einzuschätzen, Materialanforderungen abzuwägen und Kontrollalgorithmen im Vorfeld entwickeln zu können, wurde eine Simulator für magnetische Kräfte entwickelt.