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
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.
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.
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 Sicherheit:
Durch integrierte Verwaltungs- und Sicherheitsanwendungen
sowie Konnektivität- und Gerätesicherheitsfunktionen wird der
Datenschutz von Beginn an gewährleistet.
Innovation:
Die etablierten Entwicklungsprogramme von Microsoft ermöglichen
kurze Einführungszeiten und schnelle Innovationszyklen.
Durch Microsoft Universal Platform (UWP) Apps, können alle
Endgeräte direkt angebunden werden.
Azure IoT Cloud:
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.