Internet of things: Antenne

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1 PROJEKTARBEIT C22, HOCHSCHULE DARMSTADT, FERNMASTERSTUDIENGANG 2017 Internet of things: Antenne Projektteam Sebastian Marquart Martin Meixner Michael Schillinger Betreuer Prof. Dr.-Ing. Serge Zacher 1

2 Gliederung Aufgabenstellung Systembeschreibung Wiederinbetriebnahme Antenne Neuentwicklung Ergebnisabgleich & Ausblick 2

3 Aufgabenstellung Ansteuerung Antenne über Webservice Konfiguration PID-Regler & Durchführung Experiment Visualisierung Ergebnis Experiment & Export Daten als CSV-Datei für weitere Auswertungen Unterstützung von mehreren Clients Anwendung theoretische Grundlagen Modul Projektmanagement Verteilung Arbeitspakete ersichtlich Anwendung von mindestens zwei Arbeitstechniken 3

4 Systembeschreibung zum Projektstart 4

5 Systembeschreibung MQTT MQTT Message Queue Telemetry Transport (Übertragung von Telemetrie-Daten mittels einer Warteschlange) MQTT-Protokoll: - seit 2014 standardisiert - offenes Nachrichtenprotokoll für Maschine-zu-Maschine Kommunikation - minimaler Protokoll-Overhead Eignung für verzögerte oder bandbreitenbegrenzte Übertragung in Netzwerken Zentraler Verteiler: MQTT-Broker 5

6 Systembeschreibung MQTT-Broker Nachrichten der Clients bestehend aus Topic und den eigentlichen Daten Clients 6

7 Systembeschreibung MQTT-Messages 7

8 Systembeschreibung cloudmqtt 8

9 Systembeschreibung Node-RED Node-RED ist ein von der Firma IBM entwickeltes Programm zur grafischen Programmierung von Abläufen für Internet-of-Things -Anwendungen (kurz IoT ). - IoT ermöglicht Datenaustausch zwischen einfachen Geräten (Dingen) - Parametrierbare Funktionsblöcke und deren Verbindungen Flows - Flows wandeln Nachrichten der IoT und leiten sie in die gewünschten Nachrichtenkanäle - für Zugriff auf Node-RED des Raspberry Pi 9

10 Systembeschreibung Node-RED Existierende Flows 10

11 Systembeschreibung Node-RED Konfiguration 11

12 Wiederinbetriebnahme der Antenne 1. Verdrahtung der einzelnen Elemente 2. Herstellen einer WLAN- Verbindung des RP mit eigenem Netzwerk 3. Konfiguration von Node-RED mit korrekten MQTT- Broker-Zugangsdaten 4. Ansteuerung der Antenne durch bereitgestellte JAVA-Oberfläche der Vorgängergruppe 12

13 Wiederinbetriebnahme der Antenne 1. Registerkarte Einstellungen zur Konfiguration des MQTT-Brokers 2. Einstellen der Regler-Parameter 3. Laden um Parameter zu übernehmen 4. Sollposition eingeben / auswählen 5. Übernehmen und Start bewirkt Drehung der Antenne 13

14 Client-Funktionalitäten - Konfiguration und Start eines Experiments - Abschätzung der zu wahrscheinlichen Wartezeit bis zum Start eines Experiments - Dynamische Visualisierung (Ist-/Soll-Positionen) eines aktiven Experiments - Statische Visualisierung (Ist-/Soll-Positionen) eines abgeschlossenen Experiments - Download einer CSV Datei der Trace-Daten zu einem Experiment 14

15 Überblick Technologien Serverseitig: ASP.NET (Active Server Pages.NET) Hosting über 1&1 Unlimited Windows Clientseitig: HTML / CSS zur Visualisierung JavaScript für Hintergrund-Kommunikation mit dem Server JavaScript Bibliotheken jquery (diverses, u.a. AJAX Requests an den Server) und plot.ly JS (Visualisierung) 15

16 Implementierung - REST-Server (Representational State Transfer) Server-Funktionlitäten (=Ressource) werden direkt adressiert Separater Thread pro Aufruf einer Server-Adresse Ein zentraler Server-Thread für Auftragsabarbeitung + Kommunikation zur Antenne Synchronisierter Kommunikation zwischen zentralem Thread und den einzelnen Threads der Server-Aufrufe Auftragswarteschlange verwaltet von zentralem Thread Daten vom Server an Client werden im JSON (JavaScript Object Notation) Format übertragen Client 1 Client 2 Client n Client Thread 1 Thread-Safe MQTT Broker Client Thread 2 Synchronized Zentraler Server-Thread Client Thread n Antennen Hardware 16

17 Implementierung Client-Funktion Aktion wählen Sprung zum Konfigurations-Screen Neues Experiment Anzeigen des Ergebnisses eines abgeschlossenen Experiments über eine Experiment-ID Fehlerauswertung der Eingabe 17

18 Implementierung Client-Funktion Neues Experiment Parametereingabe mit Plausibilitätsund Fehlerprüfung Starten des Experiments (Eintrag in die Server-Warteschlange) 18

19 Implementierung Client-Funktion Ist-Stand abfragen Dynamischer Aufbau des Trace-Diagramms Diverse Diagramm-Funktionen (Zoomen, Ein- /Ausblenden von Graphen, Anzeigen der Kurven-Werte bei Mouseover, ) CSV Download der Ist- und Soll-Positionen 19

20 Ergebnisabgleich Ansteuerung Antenne über Webservice Konfiguration PID-Regler & Durchführung Experiment Visualisierung Ergebnis Experiment & Export Daten als CSV-Datei für weitere Auswertungen Unterstützung von mehreren Clients Anwendung theoretische Grundlagen Modul Projektmanagement Verteilung Arbeitspakete ersichtlich Anwendung von mindestens zwei Arbeitstechniken 20

21 Ausblick Übergabe System an Hochschule Simulator für beliebige Regelstrecken (neues Projekt) 21