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Rechtliche
Fernsteuerung: Internet
am Beispiel Internet Modellbahn
Konrad Froitzheim, TU Freiberg, Germany
• Internet Modellbahn
• Grundlagen: Motorsteuerung
• Steuerprogramm
• Videoübertragung im Internet/TU
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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
In ternet
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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
N S
N S
N S
NS
NS S NSpannung
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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
Zeit
0
Spannung
schnell
langsam
stop
Zeit
0
Spannung
rückwärts
vorwärts
stop
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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 -
Zeit0
1Spannung
Zeit0
1Spannung
Zeit0+Spannung-
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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
M
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
t
U
funcaddress speed
0 T 1
L L H H L H H H L L H H H H L L L L
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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
componentencoder
filterΔDCTLZWHuffQuantWavelet Δ-GIF coderHTTPTP estimatorMPEG coderHTTPTP estimatorΔ-JPEG coderHTTPTP estimatorH.261 coderHTTPTP estimatorstreamcoder
Δ-GIF coderHTTPTP estimator
streamcoderstreamcoderstreamcoderstreamcoder
shared memory
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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
ServerServerVideoserverVideoserver
WebserverWebserver
DatenbankDatenbank
Kontroll-programm
Kontroll-programm
InterfaceInterface
InterfaceInterface
Gerät/AnlageGerät/Anlage
Internet
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