Diese Bachelorarbeit beschreibt die beispielhafte Entwicklung eines Sensor- und Aktor-Netzwerks. Grundlage ist die Lösung der Probleme um die Parkplatzkapazitäten der Fachhochschule Meschede. Durch Sensoren soll die aktuelle Parksituation laufend ermittelt werden. Die Datenübermittlung soll dabei drahtlos erfolgen.
Der Entwicklungsverlauf ist in dieser Arbeit genauso dokumentiert wie die Anleitung zur Bedienung des Systems. Nach der Klärung von Grundlagen der verschiedenen Technologien wird anhand diverser Analysen zuerst die beste Hard- und Softwarekonstellation gewählt. Danach erfolgt Schrittweise die Erklärung zum Zusammenbau der Geräte und die der Quellcodeentwicklung. Für die verschiedenen Komponenten entstehen verschiedene Quelltexte, welche neben einer schriftlichen Beschreibung auch bildlich durch Programmablaufpläne o. Ä. dargestellt sind. Im Abschluss der praktischen Durchführung erfolgt die Auswertung aller Soft- und Hardwaretests.
Von einem Lektoren geprüft (1a Lektorat);
Viele Technische Zeichnungen zu Programmierung für Arduino, Raspberry Pi und Androi;
sehr gute Gliederung;
sehr gute Anordnung der einzelnen Abschnitte;
sehr viel Theorie zu ZigBee / Xbee Series 2, Raspberry Pi, Arduino, Ultraschall
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
2 Gliederung
3 Einleitung
3.1 Problembeschreibung / Situation
3.2 Beschreibung der Aufgabe / Zielsetzung
3.3 Lösungsstrategie
3.3.1 Parkscheinautomat
3.3.2 Automatisiertes Netzwerk aus Sensoren / Aktoren
3.3.3 Schranke mit Pförtner
3.3.4 Feste Parkplatzzuweisung
4 Grundlagen
4.1 Sensoren und Aktoren
4.2 Wireless-Sensornetzwerk
4.3 Sensor-Aktor-Netzwerk
4.4 Industrie 4.0 und Internet der Dinge
4.5 Mögliche Sensoren zur Erfassung der Stellplatzbelegung
5 Technologien
5.1 Drahtlose Standards
5.2 Netzwerktopologien
5.3 Routing
5.4 ZigBee
5.4.1 Komponenten und Geräte
5.4.2 Topologie und Routing
6 Design
6.1 Auswahl der Hardware
6.1.1 Auswahl des ZigBee-Coordinators ZC
6.1.2 Auswahl der Mikrocomputer und der Ultraschallsensoren
6.1.3 Auswahl der ZigBee-Module
6.2 Auswahl der Visualisierungsmöglichkeit
6.3 Materialkosten
6.4 Programmkonzept und funktionelle Umsetzung
6.4.1 Zielbestimmung
6.4.2 Produkteinsatz
6.4.3 Produktfunktionen
6.4.4 Blockschaltbild
6.5 Entwicklungsumgebung
6.5.1 Entwicklungsumgebung für den Arduino UNO
6.5.2 Entwicklungsumgebung für den Raspberry Pi
6.5.3 Entwicklungsumgebung für Android
7 Realisierung
7.1 Zusammenbau der Hardware
7.2 Ersteinrichtung / Konfiguration der Geräte
7.3 Quellcodeentwicklung Mikrocomputer
7.3.1 Setup()
7.3.2 getDistance()
7.3.3 senden()
7.3.4 loop()
7.4 Quellcodeentwicklung Raspberry Pi
7.4.1 Koordinator
7.4.2 Display
7.5 Quellcodeentwicklung Android-App
7.5.1 XML-Dateien
7.5.2 Klassendiagramm
7.5.3 Benutzeroberfläche
7.6 Funktionstest
7.6.1 Komponenten- und Integrationstest
7.6.2 Systemtest
8 Abschluss
8.1 Ergebnisse der Arbeit
8.2 Technische Schwierigkeiten
8.3 Lessons learned (Fazit)
8.4 Ausblick
9 Anlage
9.1 Lageplan Parkplätze
9.2 Anschlüsse Digi Xbee-Modul
Zielsetzung & Themen
Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines technischen Parkleitsystems für die Fachhochschule Meschede, um die Parkplatzsituation durch eine Echtzeit-Überwachung der Stellplatzbelegung zu verbessern. Dabei soll eine drahtlose Infrastruktur geschaffen werden, die den Nutzern über eine Android-App den aktuellen Belegungsstatus der Parkflächen visualisiert.
- Entwicklung eines drahtlosen Sensor-Aktor-Netzwerks basierend auf ZigBee-Technologie.
- Einsatz von Ultraschallsensoren zur präzisen Erfassung der Fahrzeugbelegung.
- Realisierung einer zentralen Steuerungseinheit mittels Raspberry Pi.
- Programmierung einer nativen Android-App zur benutzerfreundlichen Visualisierung.
Auszug aus dem Buch
3.3.2 Automatisiertes Netzwerk aus Sensoren / Aktoren
Jeder Stellplatz auf einem Parkplatz erhält einen Sensor, welcher den Zustand (frei oder besetzt) überwacht. Nachdem der Übergabe dieser Information durch ein Netzwerk an einen zentralen Server, werden die Daten verarbeitet. Auf verschiedene Arten ist danach eine Visualisierung möglich.
Vorteile: Diese innovative Technik gibt genügend Spielraum für weite Projekte in diesem Gebiet. Eine Automatisierung benötigt nicht nur weniger Wartung, sondern ermöglicht auch weitere Optimierungen sowie eine große Auswahl an der visuellen Darstellung.
Nachteile: Dieses Thema ist weitestgehend unbekannt und somit relativ teuer.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Diese Einleitung beschreibt die zunehmende Bedeutung der Sensor- und Aktor-Netzwerktechnik in modernen Alltagsbereichen.
2 Gliederung: Dieses Kapitel gibt einen Überblick über den strukturellen Aufbau der Bachelorarbeit.
3 Einleitung: Hier wird die prekäre Parkplatzsituation an der FH Meschede analysiert und als Basis für die Aufgabenstellung und Lösungsstrategie definiert.
4 Grundlagen: Dieser Abschnitt definiert fundamentale Begriffe wie Sensoren, Aktoren, WSN und das Internet der Dinge, welche als theoretische Basis dienen.
5 Technologien: Ein Vergleich verschiedener Funkstandards führt zur Auswahl von ZigBee als geeignetes Protokoll für das Sensornetzwerk.
6 Design: In diesem Kapitel werden die Hardware-Auswahl, das Programmkonzept und die Entwicklungsumgebungen für das Gesamtsystem detailliert geplant.
7 Realisierung: Hier wird die praktische Implementierung beschrieben, vom Zusammenbau der Hardware bis hin zur Quellcodeentwicklung und dem Funktionstest.
8 Abschluss: Das Fazit fasst die erreichten Ergebnisse zusammen, reflektiert aufgetretene Schwierigkeiten und gibt einen Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen.
9 Anlage: Die Anlage enthält ergänzende Informationen wie Lagepläne, Anschlussbelegungen und das Glossar.
Schlüsselwörter
Sensor-Aktor-Netzwerk, ZigBee, Parkleitsystem, Ultraschallsensor, Raspberry Pi, Arduino UNO, Wireless Sensor Network, Android-App, IoT, Echtzeitüberwachung, Funktechnik, Stellplatzbelegung, Automatisierung, Mesh-Topologie, Systemtest.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung eines drahtlosen Parkleitsystems, das den Belegungsstatus von Parkplätzen an der FH Meschede in Echtzeit erfasst und für Nutzer verfügbar macht.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Felder sind die Mikrocomputertechnik, drahtlose Sensornetzwerke (WSN), die ZigBee-Funktechnologie sowie die Softwareentwicklung für mobile Endgeräte (Android).
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das primäre Ziel ist die Schaffung einer zuverlässigen technischen Lösung zur Verbesserung der Parkplatzsituation durch eine automatisierte Überwachung der Kapazitäten.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde eine Nutzwertanalyse zur Auswahl der Hardwarekomponenten und Funkstandards durchgeführt, gefolgt von einer agilen Entwicklung und anschließenden systematischen Funktionstests.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen, Design-Entscheidungen, die konkrete Realisierung der Hard- und Software sowie eine detaillierte Testphase.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Sensor-Aktor-Netzwerk, ZigBee, Parkleitsystem, Ultraschallsensor, Raspberry Pi, Arduino und mobile Applikationsentwicklung.
Warum wurde ZigBee anderen Funktechnologien wie WLAN oder Bluetooth vorgezogen?
ZigBee bietet eine energieeffiziente und kostengünstige Vernetzung, die eine Mesh-Topologie unterstützt, was für die Ausfallsicherheit in einem weitläufigen Sensornetzwerk entscheidend ist.
Wie erfolgt die Kommunikation zwischen Sensor und Nutzer?
Die Ultraschallsensoren erfassen die Belegung, senden die Daten via ZigBee an einen Raspberry Pi (Server), welcher die Informationen verarbeitet und an eine Android-App zur Anzeige weitergibt.
Welche Bedeutung hat das 10-Sekunden-Intervall in der Loop-Funktion des Arduinos?
Dieses Zeitfenster verhindert ein zu schnelles Umschalten des Belegungsstatus durch kurzzeitige Störungen oder Messfehler, um eine stabile Anzeige zu gewährleisten.
Was sind die nächsten Schritte zur professionellen Nutzung des Systems?
Für einen produktiven Einsatz wären die Entwicklung eines Reservierungssystems, ein wetterfestes Gehäuse für die Sensoren sowie eine zentralisierte Administrationsoberfläche erforderlich.
- Arbeit zitieren
- Tom Filbrandt (Autor:in), Rico Schumann (Autor:in), 2016, Entwicklung und Implementierung eines drahtlosen Sensor-Aktor-Netzwerks für ein Parkleitsystem, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/341226
