M4F Reinhold Würth Hochschule. Herzlich Willkommen zu dem heutigen Vortrag aus der Reihe. Magnetic4Freaks. Android TM

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1 Herzlich Willkommen zu dem heutigen Vortrag aus der Reihe Magnetic4Freaks Android TM 1

2 Vorstellung Christian Dorsch Produktmanagement EC-Technologie Ingenieur Elektrotechnik (FH) 2

3 Übersicht Rosenberg Ventilatoren GmbH Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 3

4 Magnetic for Freaks, Rosenberg Ventilatoren GmbH Elektromagnetismus und Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 4

5 Maxwell ( ) Quelle: Bubble clker.com, Maxwell, Labor, Faraday, Ampère, Gauß, Spule Wikimedia.org, Waage all-freedownload.com, Rechenschieber schule-und-familie.de, Maxwell Wikiquotes 5

6 Ideengeber Faraday ( ) Ampère ( ) Gauß ( ) Quellen: Faraday & Ampère & Gauß Wikimedia.org, Waage all-free-download.com, Rechenschieber schule-undfamilie.de, Spule wikimedia.org 6

7 Hinweis Die folgenden Ideen und Überlegungen zu den Maxwell Gleichungen wurden in außerordentlichem Maße von der sechsteiligen Reihe Die Maxwell Gleichungen (fast) ohne Formeln 1. Felder 2. Im Vakuum 3. Wir bauen eine Welle 4. Voll geladen 5. Unter Strom 6. Spieglein, Spielgein von Martin Bäker inspiriert. An dieser Stelle vielen Dank für die sehr anschaulichen Darstellungen! Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 7

8 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen = 1. Gaußsches Gesetz,, Elektrische Feldstärke, Ladungsdichte,Elektrische Feldkonstante Die Ladung ist die Quelle des elektrischen Feldes. Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 8

9 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen '() *ü,-.,/01 2 3/4, 256 = Berechnung der Quellenstärke! + div E = +1-1 = 0 div E = = 2 * 1-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 9

10 Das Coulomb Gesetz So What!?! Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 10

11 Das Coulomb Gesetz 256 = Die Divergenz muss 0 sein, da keine Ladung vorhanden! F2, E2 F1, E1 256 = BC1D? EC2D = = 0 = = 1 4? ~ 1 = C H ~ 1 = Coulomb Gesetz C = 1 4< H? H = = * 3-Dimensionale Betrachtung, 789 *ä:) = 4< = Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 11

12 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen I = 0 = 256 I 2. Gaußsches Gesetz I, J9K5L:) C8LL25:), Es gibt keine magnetischen Ladungen! Quellenfeld Wirbelfeld Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen 12

13 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen D = B MI M,, Elektrische Feldstärke I, Magnetische Flussdichte Faradaysche Induktion Lenzsche Regel Eine Änderung der magnetischen Flussdichte führt zu einem elektrischen Wirbelfeld. Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen 13

14 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen '() *ü,-.,/01 2 3/4, D = B MI M Berechnung der Rotation! rot * 2-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient ** Im Zeitpunkt davor gab es kein Magnetfeld B!!! Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker, Paddel kanushop-kanatu.de +3 = B2B2E0E0E3E3 = E2 = B1B1E0E0E2E2 = E2 Die Folge wäre ein räumlich negatives konstantes Magnetfeld **. 14

15 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen D = B MI M rot =??? Die Folge wäre ein inhomogenes invertiertes Magnetfeld **. * 3-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient ** Im Zeitpunkt davor gab es kein Magnetfeld B!!! Quelle: Curl (zu dt. Rotation) wikimedia.org, Paddel kanushop-kanatu.de 15

16 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen M DI = P QREP M,, Elektrische Feldstärke I, Magnetische Flussdichte SR, Stromdichte,Elektrische Feldkonstante μ,magnetische Feldkonstante Ampèresches Gesetz Elektrische Ströme einschließlich des Verschiebungsstroms führen zu einem magnetischen Wirbelfeld. Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen 16

17 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen DI = P QREP M M I rot =??? Das magnetische Feld um den Leiter fällt außen mit? ab. Vergleiche erste M4F W Veranstaltung Herr Professor Ulm Skript Seite 18, H = Y Z. =[W * 3-Dimensionale Betrachtung, rot = Rotation Quelle: Curl (zu dt. Rotation) wikimedia.org, Paddel kanushop-kanatu.de Die Ursache war ein uns entgegen fließender Strom durch einen Leiter. 17

18 Die mikroskopischen Maxwell Gleichungen = I = 0 D = B MI M DI = P QREP M M CR = H E6RDI 1. Gaußsches Gesetz 2. Gaußsches Gesetz Faradaysche Induktion Ampèresches Gesetz Lorentzkraft Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen 18

19 Übersicht Rosenberg Ventilatoren GmbH 2 1 Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 19

20 Elektromagnetische Welle im Vakuum nach Maxwell! DI = P M M EP QR =0 D = B MI M = 0 ` a b I = 0 =0 Magnetisches Feld Elektrisches Feld Wir bauen eine elektromagnetische Welle! Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger + und auch keinen Strom. = Aber wie schnell ist das Ding? * Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger und auch keinen Strom. = 0 und DI = P ]^ Quelle: Welle, Maxwell wikimedia.org, scienceblogs.de M. Bäker, Paddel kanushop-kanatu.de, Bauhelm wimmer-construction.de ]_ 20

21 Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum und die Maxwell Gleichungen DI = P M M D DI BDP M M = 0 Identität: D DCR = CR B = CR =0 B = M I B IBDP M = 0 Es gilt: I = 0 ~7? h Thank God for mathematicians! : = 1 = g μ L * Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger und auch keinen Strom. = 0 und DI = P ]^ Quelle: uni-tuebingen.de/faessler, en.wikipedia.org, Erde & Sonne wikimedia.org ]_ 21

22 Bestimmung von c For Freaks only! 21 cm 15 cm Maxima bzw. Minima der Welle Nur stehende Wellen, deshalb normal auch der Drehteller! : = id* j 2D0,06 g D2,45 lm( j ng L Quelle: Wie man mit Schokolade die Lichtgeschwindigkeit bestimmt scienceblogs.de, Schokolade sweetware.de, Mikrowelle chip.de, Sound Microwave soundjay.com 22

23 Einschätzung der Leistung Maxwells durch God said, = I = 0 D = B MI M DI = P QREP M M and there was light! * Die Arbeit von Maxwell hat die Welt für immer verändert! Albert Einstein * Das ist ein Spaß!!! Quelle: Einstein tyrannyoftradition.files.wordpress.com, Zitat Einstein en.wikiquote.org 23

24 Übersicht Rosenberg Ventilatoren GmbH 2 1 Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 24

25 WAS TUN WIR? Hersteller von: Motoren, Ventilatoren und Kastenklimageräten 25

26 Definition Rosenberg Ventilatoren GmbH EC-Motor Electronically Commutated Motor Kommutierung bedeutet das lageabhängige Schalten des elektrischen Stromes. 26

27 Luft effizient bewegen Rosenberg Ventilatoren GmbH AC BDC * EC Keine Kommutierung Mechanische Kommutierung Elektrische Kommutierung (BLDC ** ) * BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor Quelle: DC Motor Wikimedia.org 27

28 AC-Motor D = B MI M M DI = P QREP M Wicklung Rotor Rosenberg Ventilatoren GmbH Blechpaket Kurzschlusskäfig Aluminium Legierung Rotor Flansch Stator Gehäuse * Achtung: kein Vakuum mehr, für ne Idee ist s aber noch genug! 28

29 Luft effizient bewegen Rosenberg Ventilatoren GmbH AC BDC * EC Keine Kommutierung Mechanische Kommutierung Elektrische Kommutierung (BLDC ** ) * BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor Quelle: DC Motor Wikimedia.org 29

30 BDC-Motor * D = B MI M DI = P QREP M M Rotor Welle Kommutator Wicklung Stator nicht abgebildet * BCD = Brushed DC Motor, kein Rosenberg Produkt, ** Achtung: kein Vakuum mehr, für ne Idee ist s aber noch genug! Quelle: DC Motor Wikimedia.org 30

31 Luft effizient bewegen Rosenberg Ventilatoren GmbH AC BDC * EC Keine Kommutierung Mechanische Kommutierung Elektrische Kommutierung (BLDC ** ) * BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor Quelle: DC Motor Wikimedia.org 31

32 EC-Motor Rosenberg Ventilatoren GmbH D = B MI M DI = P QREP M M Permanentmagnete Stator Elektronik Wicklung Rotor Hall Sensoren Kabeleinführung 32

33 Vereinfachtes Funktionsprinzip Rosenberg Ventilatoren GmbH Gleichrichter Zwischenkreis Wechselrichter Wechselspannung Gleichspannung Motorspannung 33

34 Rosenberg Ventilatoren GmbH Funktionsprinzip Rectifier DC link Inverter Alternating Current Direct Current Motor Voltage * Leistungsmodul geöffnet Quelle: 1-Cent Coin wikipedia.org 34

35 Ventilatoren Rosenberg Ventilatoren GmbH Axial Radial Lufteintritt Luftaustritt 35

36 Übersicht Rosenberg Ventilatoren GmbH Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 36

37 Informationsübertragung von Kupfer auf Luft /EIA-485 Quelle: Car openclipart.org, Tree wikimedia.org, Plane clipartbest.com, Sun wotomoro.com, Cloud iconfinder.com, Bluetooth Logo bluetooth.com, TIA Logo tiaonline.org 37

38 /EIA-485 Halb- oder Vollduplex Übertragung Übertragung eines Differenzspannungspegels mit einer Eingangsempfindlichkeit von E/B 200 gp Bis zu 256 Teilnehmer, in Abhängigkeit vom Unit Load Wert Unit Load Teilnehmer Eingangswiderstand kω 1/ kω 1/ kω 1/ kω Quelle: TIA Logo tiaonline.org, Störung wikimedia.org 38

39 /EIA-485 Maximale Übertragungslänge ** 1,5 p + - s s 200 gp 120 Ω r Kabelspezifikation 305 g 25 Ω D390 Ω = g ) 5L:) 9ä8*59 x ~ g s = t1,5 p B0,2 pu 2 D 120 v 0,2 p = 390 v 50 Mbps * ABER! + Bluetooth: realistische Datenrate 390 KL Application Guidelines for TIA/EIA-485-A, TIA-485-A Standard, *Angabe 10 Mbps bei älterem Standard ** not specified Quelle: TIA Logo tiaonline.org, Datasheet Maxim 39

40 /EIA-485 Rosenberg Ventilatoren GmbH Line Termination GND Line Polarisation Quelle: TIA Logo tiaonline.org 40

41 Im lizenzfreien ISM-Band * 2,4 GHz Verschiedenste Kommunikationsprotokolle Bluetooth Modul SDP RFCOMM BNEP TCS Mit SPP Firmware Erstmaliger Pairing Vorgang erforderlich, anschließend SAFER+ Verfahren *ISM = Industrial, Scientific, Medical, SDP Service Discovery Protocol, RFCOMM Radio Frequency Communications, BNEP Bluetooth Network Encapsulations Protocol, TCS Telephony Control Protocol, SPP Serial Port Profile, SAFER+ Secure And Fast Encryption Routine Quelle: Bluetooth Logo bluetooth.com, Bluetooth Modul mikrokontroller.net, Viking nocookie.net 41

42 Frequenz-Hopping Verfahren auf bis zu 79 Kanälen 2,402 GHz 2,454 GHz ~yz % aller mobilen Endgeräte ** nutzen Bluetooth Reichweite und Sendeleistung 20 2Ig = 10Dlog 100 gx = }~ 1 gx 100 gx = 10? *EIRP = Equivalent Isotropically Radiated Power, **mobiles Endgerät = Smartphone oder Tablet Quelle: Bluetooth Logo bluetooth.com, rabbits blogspot.com 42

43 Die Black-Box??? /EIA-485 Quelle: Car openclipart.org, Tree, Box wikimedia.org, Plane clipartbest.com, Sun wotomoro.com, Cloud iconfinder.com, Bluetooth Logo bluetooth.com, TIA Logo tiaonline.org, Smartphone samsung.com 43

44 Schaltungsbestandteile Christian Dorsch A. Das Bluetooth-Modul mit SMA-Buchse für Antennenanschluss. B. Die Transistorschaltung verstärkt die 3,3 V auf 5 V. Der Spannungsteiler teilt 5 V auf 3,3 V. C. Der Pegelwandler, wandelt den TTL-Pegel in den Differenzspannungspegel der RS- 485 Schnittstelle. D. Line Termination und Line Polarisation E. Die Spannungsversorgung von 5 V und die Klemmen der Busleitung. F. Ein Festspannungsregler generiert die Versorgungsspannung des Bluetooth Moduls 3,3 V. A Das Bluetooth-Modul SMA-Buchse für den Antennenanschluss. Quelle: Box wikimedia.org, Schaltplan C. Dorsch 44

45 Printed Circuit Board Christian Dorsch 2,4 GHz Antenne [mm] Quelle: Box wikimedia.org 45

46 By the way Maxwell = I = 0 D = B MI M M DI = P QREP E P M Quelle: Dipolentstehung wikimedia.org/wiki, Box wikimedia.org, Wellenentstehung scienceblogs.de 46

47 Reichweite Christian Dorsch Quelle: Box wikimedia.org 47

48 Übersicht Rosenberg Ventilatoren GmbH Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com, Oszilloskop md-automation.de 48

49 Die Übertragung steht. ABER! Rosenberg Ventilatoren GmbH 19,2 Kbps??? Quelle: TIA Logo tiaonline.org 49

50 RTU Rahmen: Telegramm: Wen? Was? Datenbyte(s) Fehlererkennung! lesen, schreiben *CRC = Cyclic Redundancy Check, Request Anfrage Quelle: modbus.org 50

51 RTU Rosenberg Ventilatoren GmbH Parity-Bit ~52 μl Start-Bit Adresse Stop-Bit Start-Bit Quelle: modbus.org 51

52 Übersicht Rosenberg Ventilatoren GmbH Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 52

53 Warum Android? Tablet Smartphone Quelle: Daten 1 Quartal 2013 idc.com, Android android-developer.com 53

54 Christian Dorsch Für das Design gibt s XML! <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:orientation="vertical" > <LinearLayout android:layout_width="match_parent" android:layout_height="wrap_content" android:layout_gravity="center_horizontal" android:orientation="horizontal" <ToggleButton <LinearLayout android:layout_... *xml = Extensible Markup Language Quelle: Software C. Dorsch 54

55 Das Ganze bitte einmal für Rosenberg Ventilatoren GmbH fürs Tablet auch nochmal Horizontal sowie Vertikal und Quelle: Smartphone, Tablet samsung.com 55

56 Christian Dorsch Für die Programmierung gibt s JAVA!... * Nassi-Shneiderman Diagramme strukturierte Programmierung bei über Codezeilen Quelle: Software C. Dorsch 56

57 Christian Dorsch Unified Modeling Language Diagramm CRC Prüfung und Berechnung, Daten Konvertierung, GUI Elemente, * GUI = Graphical User Interface Quelle: Smartphone samsung.com, modbus.org, bluetooth.com, Action pmtips.net, Dialog caveviews.blogs.com 57

58 Übersicht Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 58

59 Anwendungen: RTU to Rosenberg Ventilatoren GmbH Converter Klimagerät Messe: Eyecatcher Quelle: Programmiergerät schliess-anlagen.de, Smartphone samsung.com, Carel carel.com, Laptop offenerdesktop.files.wordpress.com, Transceive freeievectors.com, Bluetooth bluetooth.com, Modbus modbus.org 59

60 Let s talk to Rosie! Live!!! Quelle: QR-Code visualead.com 60

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