cutting edge internet of things
Was bedeutet „Internet of Things“?

Internet of Things oder auch Internet der Dinge beschreibt die zunehmende Vernetzung von physischen und virtuellen Geräten. Ziel dabei ist es den Zustand eines Geräts zu erfassen, in Informations- und Kommunikationsnetzwerken verfügbar und somit für andere Geräte nutzbar zu machen.

Die Informationen über Geräte und ihre Umgebung können über Analyse-Software ausgewertet und weiterverarbeitet werden. Dies erlaubt es die Leistung von Geräten, auf Basis der Informationen, die andere Geräte senden, automatisiert anzupassen. Diese Flexibilität ermöglicht es nicht nur einzelne Geräte leistungsoptimal und somit kostengünstig zu betreiben, sondern auch Systeme aus mehreren Geräten zu optimieren.

Ein Einblick in unsere IoT Projekte

Smart Mirror

Ein Smart Mirror ist – wie der Name schon sagt – ein smarter, vernetzter Spiegel, der neben dem bekannten Spiegelbild nützliche Informationen wie das Wetter, Termine, die Verkehrslage oder Nachrichten anzeigt.

Das war auch unsere Motivation für den Bau eines Smart Mirrors: Die Benutzeroberfläche sollte für unseren Agenturalltag nützliche Infos übersichtlich darstellen und gleichzeitig optisch ansprechend designed sein. Da wir Softwareprofis sind, lag die für uns größte Herausforderung dabei in der Hardware. Sie besteht aus einer Rahmenkonstruktion mit Schrauben und Metallwinkeln sowie Belüftungslöchern für Monitor und Raspberry Pi. In den matt-schwarzen Rahmen wurde ein ausgedienter 27" Monitor eingelassen. Herzstück des Spiegels ist der Einplatinencomputer Raspberry Pi, er passt von der Größe hinter den Spiegel und ist leistungsfähig genug. Für die Spiegelscheibe wurde eine 4mm Glasscheibe mit einer Spiegelfolie von 20% Permeablität gewählt: So konnte die richtige Kombination von Lichtdurchlässigkeit und Spiegelung gewährleistet werden.

Die Software des Spiegels ist eine Web App, die in einem Browserfenster im Vollbildmodus ausgeführt wird. Das User Interface besteht aus verschiedenen Bausteinen, weshalb das komponentenorientierte React eingesetzt wurde. Um die Benutzeroberfläche des Spiegels steuern zu können, wurde ein Bewegungssensor (SparkFun RGB and Gesture Sensor - APDS-9960) verbaut. Dieser kommuniziert über eine Art Brücke, die in C programmiert wurde, über die GPIOs des Raspberry Pi mit dem Backend des Spiegels, welcher die Eingaben des Users über Websockets an das UI weitergibt. Das Backend der Anwendung wurde im Webframework Flask in Python geschrieben. Um die API für das Frontend konsistent zu halten, agiert es als eine Art Facade für Zugriffe auf die externen APIs. So können die Daten im Backend aufbereitet und in einer einheitlichen Form an die React Komponenten ausgeliefert werden.

O-Bot: Outlook Booking Terminal

Beim O-Bot handelt es sich um ein Raumbuchungstool, welches wir intern nutzen, um schnell und einfach Besprechungsräume zu buchen.

Das Tool ist im Rahmen der Bachelorarbeit unseres Entwicklers Martin entstanden und wurde anschließend noch weiterentwicklelt. Die verbaute Hardware ist ein Raspberry Pi, das Gerät wurde in eine passgenaue Hülle aus unserem 3D-Drucker eingelassen. Der O-Bot hängt direkt neben dem zu buchenden Raum und ist über einen Touchscreen bedienbar. Durch einen Klick auf die Dauer, für die man den Raum buchen will (5, 10 oder 15 Minuten) und eine Verifizierung über Smartphone oder Gesichtserkennung, lässt sich direkt vor Ort eine Buchung durchführen. Wurde der Raum vorher via Outlook für einen längeren Zeitraum gebucht, zeigt das Tool diese Belegung auch am rechten Rand an. Neben Namen und Profilbild der Person ist auch die gebuchte Uhrzeit dargestellt. Wenn die Räumlichkeit frei ist, wird das in Grün und als „Verfügbar” angezeigt – ist sie innerhalb der nächsten 15 Minuten belegt, zeigt das Tool dies mit der Farbe Gelb und entsprechendem Hinweis an. Befindet sich gerade jemand im Raum, ist die Anzeige Rot. Der Raspberry Pi nutzt das Betriebssystem Android Things, worauf eine React Native App installiert ist. Im Hintergrund befinden sich zwei .NET Backends, welche mit Azure Cognitive Services für die Gesichtserkennung sowie mit der Office-365 Schnittstelle für die Kalender der Räume kommunizieren.

Temperaturverlaufsdaten speichern und abrufen mit Azure IoT Cloud-Diensten

Ziel bei diesem IoT-Projekt war es, ein performantes und zugleich kosteneffizientes System zu bauen, mit dem man über WLAN Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten dauerhaft speichern und jederzeit abrufen kann. Dies ist z.B. für das Monitoring von größeren Gebäuden, Büros oder Lagerhallen interessant.

Dabei haben wir eine Architektur bestehend aus folgenden Komponenten entwickelt: Einem Mikrocontroller mit WLAN (ESP8266), DHT11/DHT22 Temperatursensoren, Azure IoT Hub, Azure Stream Analytics und Azure SQL zur Datenerfassung. Die gespeicherten Daten können über eine Rest-Schnittstelle, ein Power BI Dashboard oder eine React Web App eingesehen werden.

Diese Architektur erlaubt eine performante Aufnahme und Auswertung von Sensordaten. Denn selbst bei einem so vermeintlich trivialen Anwendungsfall wie dem Messen von Lufttemperatur und -feuchtigkeit fallen je nach Systemgröße enorme Datenmengen an, die sich mit IoT Hub und Co. elegant verarbeiten lassen. Die gewählte Architektur ermöglicht bei Bedarf den Austausch einzelner Hardware- und Software-Komponenten sowie die Anbindung an weitere Applikationen und Services.

Automatisierte Kräuter-Bewässerungsanlage

Nie mehr an das Gießen von Pflanzen und Blumen denken müssen? Unser IoT-Projekt hat einen praktischen Nutzen für den Alltag.
Unser Entwickler Michael begeistert sich schon sehr lange für das Internet der Dinge. Damit wir nicht mehr selbst an das Gießen der Pflanzen denken müssen, entwickelte er für unsere Büroräume eine automatisierte Kräuter-Bewässerungsanlage mit integrierter Datenerfassung. Ein kapazitiver Bodenfeuchtigkeitssensor (Capacitive Soil Moisture Sensor v1.2) misst den Bodenfeuchtegehalt der Pflanzenerde und übermittelt die Echtzeit-Daten an den Mikrocontroller ESP8266, welcher mit dem Sensor verklebt ist. Das Modul ist winzig, besonders kostengünstig und verfügt im Gegensatz zu vielen Konkurrenzprodukten über WLAN. Ein kleines in C/C++ geschriebenes Arduino Programm wird auf den Chip geflasht. Sensor und Controller werden per USB mit Strom versorgt.
An zwei Pins des Chips ist eine kleine Pumpe angeschlossen, die wiederum in einem Wasserbehältnis hängt. Der Server entscheidet auf Basis der gemessenen Bodenfeuchtigkeit über die Aktivierung der Wasserpumpe: Ist sie zu niedrig, wird die Pumpe aktiviert und fördert Wasser aus dem Behältnis über die Schläuche in den Blumentopf. Eine Kapillarmatte verteilt das Wasser gleichmäßig, sodass die Pflanztöpfe es von unten aufnehmen können. Die gemessenen Werte werden in einer Datenbank gespeichert und von einem in Go geschriebenen Server mit integriertem Javascript-Framework für die Graphdarstellung übersichtlich bereitgestellt. Der ESP8266 ist mit dem firmeninternen WLAN verbunden, weshalb über ein beliebiges Device auf die Daten in einer Langzeitstatistik zugegriffen werden kann. Die gesamte Installation wird für zwölf Stunden durch eine Vollspektrum Pflanzenlampe beleuchtet. Ein interessanter Fakt dazu: Pflanzen ist es ganz egal, ob sie natürliches oder künstliches Licht erhalten. Die Gesamtkosten sowie der Stromverbrauch bei diesem IoT Projekt sind sehr gering, weshalb es sich sehr gut auch für die automatisierte Pflanzenbewässerung zuhause eignet. Um den Nutzen noch auszubauen wäre im nächsten Schritt denkbar, dass ein weiterer Sensor im Wasserbehältnis darüber informiert, wenn Wasser nachgefüllt werden muss.

Erschließen Sie mit uns Ihr Potenzial im Internet der Dinge.

Als Agentur für Digitalisierung gehört die Entwicklung von IoT Lösungen zu unserem Tagesgeschäft. Die Expertise unserer interdisziplinären Teams zeigt sich auch in unseren Eigenentwicklungen wie unserem „Smart Mirror“.

Unser Leistungsportfolio umfasst:
Orientierungsworkshops & Konzeption
Design Thinking
Hardware-Beratung & Softwareentwicklung
stetige Wartung & Betreuung

Wir realisieren Ihre komplexen IoT Projekte vom Konzept über die Entwicklung und das Design bis hin zur Einführung im Unternehmen.

Wir beraten Sie gerne unverbindlich und bewerten gemeinsam die Möglichkeiten, die IoT Ihnen und Ihrem Unternehmen bietet.

KONTAKT AUFNEHMEN
WINDOWS IOT

Vom mobilen Endgerät bis zur Industrielösung

Mit Windows 10 IoT bietet Microsoft ein System, das auf die Vernetzung von Geräten und auf die Übermittlung von Daten zugeschnitten ist. Es bietet eine einfache Einbindung von Computern, Sensoren und Geräten in die Geschäftsprozesse eines Unternehmens. Gehostet wird der Dienst in der Azure Cloud. Damit die passende Software für den jeweiligen Anwendungsfall und Gerätetyp zur Verfügung steht, werden von Microsoft die folgenden zwei Versionen zur Verfügung gestellt.

Windows 10 IoT Core
No Shell, Universal Windows Apps and Drivers
256 MB RAM, 2 GB Storage
ARM or X86

Ist die kostenlose Version des Services. Sie kann grundsätzlich für alle Geräte verwendet werden. Da Leistung und Speicherplatz dieser Variante eingeschränkt sind, eignet sie sich vor allem für einfache und kleinere IoT-Projekte oder zum Prototyping.

Windows 10 Enterprise
Desktop Shell, Win32 Apps, Universal Windows Apps and Drivers
1 GB RAM, 16 GB Storage
ARM and X86

Für Unternehmen und den Einsatz in der Industrie optimiert. Als Vollversion umfasst sie alle Verwaltungs- und Sicherheitslösungen, die für IoT-Projekte benötigt werden.

Sicherheit, Innovation und Cloud-Service

Durch integrierte Verwaltungs- und Sicherheitsanwendungen sowie Konnektivität- und Gerätesicherheitsfunktionen wird der Datenschutz von Beginn an gewährleistet.

Die etablierten Entwicklungsprogramme von Microsoft ermöglichen kurze Einführungszeiten und schnelle Innovationszyklen. Durch Microsoft Universal Platform (UWP) Apps, können alle Endgeräte direkt angebunden werden.

Neben den Services der Microsoft Azure Cloud, bietet Azure IoT zusätzlich vorkonfigurierte Lösungen, um Ihre IoT-Projekte zu beschleunigen. Eine dieser Lösungen ist ein integrierter Load Balancer, der sicherstellt, dass der Service immer verfügbar und performant ist.