Fernsteuerung: Internet am Beispiel Internet Modellbahn Konrad Froitzheim, TU Freiberg, Germany

1. /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim Fernsteuerung: Internet am Beispiel Internet Modellbahn Konrad Froitzheim, TU Freiberg, Germany frz@tu-freiberg.de • Internet Modellbahn • Grundlagen: Motorsteuerung • Steuerprogramm • Videoübertragung im Internet

2. /Internet Modellbahn/Vorführung http://rr.informatik.tu-freiberg.de

3. I n t e r n e t /Internet Modellbahn/Einzelteile • Modellbahnanlage • digital gesteuert • Steuercomputer • Kommandos an Modellbahn • Zusammenstöße verhindern • Videocomputer • Internetanschluss • Daten in Paketen • Browser • Anzeige des Steuerpultes • Video zeigen • Eingabe von Aufgaben

4. /Grundlagen/Elektromotor • Stromquelle • Batterie, Netzteil, Trafo, … • Magnet • festes Magnetfeld (Nordpol, Südpol) • Anziehung: N-S • Abstoßung: N-N, S-S • Spule: Elektromagnet • Strom fließt durch die Spule • Magnetfeld entsteht • Abstoßung/Anziehung mit Magnetfeld der Spule S N S N S N S N S N S N Spannung Bilder: Wikipedia

5. Spannung 0 Zeit /Grundlagen/Analoge Motorsteuerung • Elektrizität • Spannung [Volt] • Strom [Ampere] • Spannung steuert Drehzahl • Stellknopf am Trafo • Fahrtrichtung • Pole vertauschen • Positive Spannung => vorwärts • Negative Spannung => rückwärts schnell langsam stop Spannung vorwärts stop 0 Zeit rückwärts

6. Spannung 1 0 Zeit Spannung 1 0 Zeit /Grundlagen/Digitale Motorsteuerung • Digitale Computer • geben direkt 0 und 1 aus • nur null Spannung oder volle Spannung • also keine genaue Spannungsregelung • andere Größen (0,12; 0,73 …) müssen simuliert werden • Pulsbreitensteuerung • AN AUS ... in schneller Folge • Trägheit des Motors gleicht Impulse aus • 1 = AN = 18V; 0 = AUS = 0V • Verhältnis AN/AUS bestimmt Spannung • 1:1 => 9V, 1:2 => 6V • Richtungssteuerung • negative und positive Spannung wechseln ab • Verhältnis + und -

7. /Gerätesteuerung/Computer in jedem Gerät • Steuercomputer in jeder Lok • Motorsteuerung mit Pulsbreitensteuerung • Lampen ein/aus • Hupe? • Kommandos empfangen • Fahrtrichtung • Geschwindigkeit regeln • weitere Funktionen ein/aus Verstärker

8. /Gerätesteuerung/Kommandopakete • Kommando-Pakete auf der Schiene • Adresse der Lok (0 bis 80) • Werte für Geschwindigkeit (0 bis 15) • Bsp: Lok 19, Licht an, Geschw. 12 • Pakete werden im Computer zusammengestellt • aus Bits (0 oder 1) • Adresse 19 (11001000) • Funktion ein (11) • Geschwindigkeit 12 (00001111) • Paket:110010001100001111 • Alle Loks empfangen Pakete • Adresse im Paket = eigene Adresse? • Nein? Nichts ändern • Ja? Dann Licht an und Motorspannung auf 12 regeln • Ähnliche Ideen im Ethernet / LAN • Pakete, Adressen, verteilte Verarbeitung

9. /Gerätesteuerung/Rückmeldung • Anlage ungenau • Loks verschieden schnell • Weichen schalten nicht immer • Zug am Ziel? • Messfühler • durch Lok ausgelöst • Signal 1: Lok da, 0: keine Lok • Spezialschiene mit 2 Kontakten • 2 Kontakte: Fahrtrichtung • Steuercomputer fragt Kontakte ab • 144 auf der Anlage • Bsp: Kontakt 17 => Lok fährt auf Gleis 8 • welche Lok? • Programm kennt fahrende Loks • Programm schätzt Position

10. /Gerätesteuerung/Logik • Fahraufträge aus dem Internet • Browser: Gleisplan und Standorte • Auftrag: Zug B nach Station 2 • Berechnung der Fahrtroute • Fahrt steuern • Fahrbefehl an Lok => Zug fährt • Kontakte überprüfen • Haltebefehl an Lok • Mehrere Züge auf der Anlage • gleichzeitig fahren • Zusammenstoß an Weichen? • Unfälle verhindern • steht auf dem Weg ein Zug? • kreuzt der Zug einen anderen Zug? • Fehler erkennen und beheben 1 2

11. /Grundlagen/Video • Aufnahme • Kamera • Beleuchtung kritisch • Digitalisierung • Sensor (CCD) mit hoher Auflösung (Punkte) [Pixel] • 8 Bit jeweils für Rot, Grün und Blau • TV Bild ~ 10 Millionen Bits • Auch Video ist digital • viele Bilder werden ganz kurz gezeigt: 25 Bilder/s • pro Sekunde 250 Millionen Bit = 250 Mbit/s • DSL-Anschluss heute nur 16 Mbit/s • Kompression • Überflüssiges weglassen • Details weglassen • JPEG, MPEG, DivX, … Pixel

12. /Internet/Video • WebCam • Videokamera • Digitalisierung • Kompression • Verpacken in Internet-Pakete • Viele Zuschauer in der ganzen Welt • langsame und schnelle Internetanschlüsse • pro Zuschauer ein Videostrom • viel Rechenleistung für Kompression • CESC [Wolf, Froitzheim] • Video-Bausteine vorkomprimieren • individuell zusammenpacken • jeder Zuschauer bekommt das Bestmögliche

13. Internet /Internetfernsteuerung/Anwendungen • Haussteuerung • Heizung, Backofen, Waschmaschine, … • Videorekorder • aus Wohnzimmer, Büro, Urlaub • Industrieanlagen • Roboter • Gemeinsamkeiten • Motoren, Ventile, Heizelemente, … • Messwerte • Rückmeldung: Video, Audio, … • Beispiel Internetmodellbahn • ca. 2 Millionen Besucher in 10 Jahren • Steuerprogramm, Webserver • WebCam-Software • Studentenprojekte Network Computing • http://rr.informatik.tu-freiberg.de WWW WWW WWW Server Videoserver Interface Gerät/ Anlage Kontroll- programm Webserver Interface Datenbank