Entwicklung und Implementierung eines drahtlosen Sensor-Aktor-Netzwerks für ein Parkleitsystem

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung

2 Gliederung

3 Einleitung

3.1 Problembeschreibung / Situation

3.2 Beschreibung der Aufgabe / Zielsetzung

3.3 Lösungsstrategie

3.3.1 Parkscheinautomat

3.3.2 Automatisiertes Netzwerk aus Sensoren / Aktoren

3.3.3 Schranke mit Pförtner

3.3.4 Feste Parkplatzzuweisung

4 Grundlagen

4.1 Sensoren und Aktoren

4.2 Wireless-Sensornetzwerk

4.3 Sensor-Aktor-Netzwerk

4.4 Industrie 4.0 und Internet der Dinge

4.5 Mögliche Sensoren zur Erfassung der Stellplatzbelegung

5 Technologien

5.1 Drahtlose Standards

5.2 Netzwerktopologien

5.3 Routing

5.4 ZigBee

5.4.1 Komponenten und Geräte

5.4.2 Topologie und Routing

6 Design

6.1 Auswahl der Hardware

6.1.1 Auswahl des ZigBee-Coordinators ZC

6.1.2 Auswahl der Mikrocomputer und der Ultraschallsensoren

6.1.3 Auswahl der ZigBee-Module

6.2 Auswahl der Visualisierungsmöglichkeit

6.3 Materialkosten

6.4 Programmkonzept und funktionelle Umsetzung

6.4.1 Zielbestimmung

6.4.2 Produkteinsatz

6.4.3 Produktfunktionen

6.4.4 Blockschaltbild

6.5 Entwicklungsumgebung

6.5.1 Entwicklungsumgebung für den Arduino UNO

6.5.2 Entwicklungsumgebung für den Raspberry Pi

6.5.3 Entwicklungsumgebung für Android

7 Realisierung

7.1 Zusammenbau der Hardware

7.2 Ersteinrichtung / Konfiguration der Geräte

7.3 Quellcodeentwicklung Mikrocomputer

7.3.1 Setup()

7.3.2 getDistance()

7.3.3 senden()

7.3.4 loop()

7.4 Quellcodeentwicklung Raspberry Pi

7.4.1 Koordinator

7.4.2 Display

7.5 Quellcodeentwicklung Android-App

7.5.1 XML-Dateien

7.5.2 Klassendiagramm

7.5.3 Benutzeroberfläche

7.6 Funktionstest

7.6.1 Komponenten- und Integrationstest

7.6.2 Systemtest

8 Abschluss

8.1 Ergebnisse der Arbeit

8.2 Technische Schwierigkeiten

8.3 Lessons learned (Fazit)

8.4 Ausblick

9 Anlage

9.1 Lageplan Parkplätze

9.2 Anschlüsse Digi Xbee-Modul

Zielsetzung & Themen

Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines technischen Parkleitsystems für die Fachhochschule Meschede, um die Parkplatzsituation durch eine Echtzeit-Überwachung der Stellplatzbelegung zu verbessern. Dabei soll eine drahtlose Infrastruktur geschaffen werden, die den Nutzern über eine Android-App den aktuellen Belegungsstatus der Parkflächen visualisiert.

• Entwicklung eines drahtlosen Sensor-Aktor-Netzwerks basierend auf ZigBee-Technologie.
• Einsatz von Ultraschallsensoren zur präzisen Erfassung der Fahrzeugbelegung.
• Realisierung einer zentralen Steuerungseinheit mittels Raspberry Pi.
• Programmierung einer nativen Android-App zur benutzerfreundlichen Visualisierung.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einführung: Diese Einleitung beschreibt die zunehmende Bedeutung der Sensor- und Aktor-Netzwerktechnik in modernen Alltagsbereichen.

2 Gliederung: Dieses Kapitel gibt einen Überblick über den strukturellen Aufbau der Bachelorarbeit.

3 Einleitung: Hier wird die prekäre Parkplatzsituation an der FH Meschede analysiert und als Basis für die Aufgabenstellung und Lösungsstrategie definiert.

4 Grundlagen: Dieser Abschnitt definiert fundamentale Begriffe wie Sensoren, Aktoren, WSN und das Internet der Dinge, welche als theoretische Basis dienen.

5 Technologien: Ein Vergleich verschiedener Funkstandards führt zur Auswahl von ZigBee als geeignetes Protokoll für das Sensornetzwerk.

6 Design: In diesem Kapitel werden die Hardware-Auswahl, das Programmkonzept und die Entwicklungsumgebungen für das Gesamtsystem detailliert geplant.

7 Realisierung: Hier wird die praktische Implementierung beschrieben, vom Zusammenbau der Hardware bis hin zur Quellcodeentwicklung und dem Funktionstest.

8 Abschluss: Das Fazit fasst die erreichten Ergebnisse zusammen, reflektiert aufgetretene Schwierigkeiten und gibt einen Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen.

9 Anlage: Die Anlage enthält ergänzende Informationen wie Lagepläne, Anschlussbelegungen und das Glossar.

Schlüsselwörter

Sensor-Aktor-Netzwerk, ZigBee, Parkleitsystem, Ultraschallsensor, Raspberry Pi, Arduino UNO, Wireless Sensor Network, Android-App, IoT, Echtzeitüberwachung, Funktechnik, Stellplatzbelegung, Automatisierung, Mesh-Topologie, Systemtest.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung eines drahtlosen Parkleitsystems, das den Belegungsstatus von Parkplätzen an der FH Meschede in Echtzeit erfasst und für Nutzer verfügbar macht.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zentrale Felder sind die Mikrocomputertechnik, drahtlose Sensornetzwerke (WSN), die ZigBee-Funktechnologie sowie die Softwareentwicklung für mobile Endgeräte (Android).

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Das primäre Ziel ist die Schaffung einer zuverlässigen technischen Lösung zur Verbesserung der Parkplatzsituation durch eine automatisierte Überwachung der Kapazitäten.

Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?

Es wurde eine Nutzwertanalyse zur Auswahl der Hardwarekomponenten und Funkstandards durchgeführt, gefolgt von einer agilen Entwicklung und anschließenden systematischen Funktionstests.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen, Design-Entscheidungen, die konkrete Realisierung der Hard- und Software sowie eine detaillierte Testphase.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wesentliche Begriffe sind Sensor-Aktor-Netzwerk, ZigBee, Parkleitsystem, Ultraschallsensor, Raspberry Pi, Arduino und mobile Applikationsentwicklung.

Warum wurde ZigBee anderen Funktechnologien wie WLAN oder Bluetooth vorgezogen?

ZigBee bietet eine energieeffiziente und kostengünstige Vernetzung, die eine Mesh-Topologie unterstützt, was für die Ausfallsicherheit in einem weitläufigen Sensornetzwerk entscheidend ist.

Wie erfolgt die Kommunikation zwischen Sensor und Nutzer?

Die Ultraschallsensoren erfassen die Belegung, senden die Daten via ZigBee an einen Raspberry Pi (Server), welcher die Informationen verarbeitet und an eine Android-App zur Anzeige weitergibt.

Welche Bedeutung hat das 10-Sekunden-Intervall in der Loop-Funktion des Arduinos?

Dieses Zeitfenster verhindert ein zu schnelles Umschalten des Belegungsstatus durch kurzzeitige Störungen oder Messfehler, um eine stabile Anzeige zu gewährleisten.

Was sind die nächsten Schritte zur professionellen Nutzung des Systems?

Für einen produktiven Einsatz wären die Entwicklung eines Reservierungssystems, ein wetterfestes Gehäuse für die Sensoren sowie eine zentralisierte Administrationsoberfläche erforderlich.