Fernsteuerung: Internet /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
/Internet Modellbahn/Vorführung http://rr.informatik.tu-freiberg.de
/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 I n t e r
/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 N S N S S N N S S N S N Spannung Bilder: Wikipedia
/Grundlagen/Analoge Motorsteuerung Elektrizität Spannung [Volt] Strom [Ampere] Spannung steuert Drehzahl Stellknopf am Trafo Fahrtrichtung Pole vertauschen Positive Spannung => vorwärts Negative Spannung => rückwärts Zeit Spannung schnell langsam stop Spannung vorwärts stop Zeit rückwärts
/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 - Zeit 1 Spannung Zeit 1 Spannung
/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
/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
/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
/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
/Grundlagen/Video Aufnahme Digitalisierung Auch Video ist digital 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
Viele Zuschauer in der ganzen Welt /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
/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 Internet Server Videoserver Interface Gerät/ Anlage Kontroll- programm Webserver Interface Datenbank