Fernsteuerung: Internet

am Beispiel Internet Modellbahn

Konrad Froitzheim, TU Freiberg, Germanyfrz@tu-freiberg.de

• Internet Modellbahn• Grundlagen: Motorsteuerung• Steuerprogramm• Videoübertragung im Internet/T

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im /Internet Modellbahn/Vorführung

http://rr.informatik.tu-freiberg.de

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im /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

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im /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

Bilder: Wikipedia

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im /Grundlagen/Analoge Motorsteuerung

• Elektrizität– Spannung [Volt]– Strom [Ampere]

• Spannung steuert Drehzahl– Stellknopf am Trafo

• Fahrtrichtung– Pole vertauschen– Positive Spannung => vorwärts– Negative Spannung => rückwärts

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Spannung

schnell

langsam

stop

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rückwärts

vorwärts

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im /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 -

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im /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

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PWM

Verstärker

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im /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

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im /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

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im /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

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im /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

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im /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

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im /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

ServerVideoserver

Webserver

Datenbank

Kontroll-programm

Interface

Interface

Gerät/Anlage

Internet

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