Embedded Systems: Leiser PC ohne Lüfter und mehr Sicherheit in der Unterhaltungselektronik


Von eingebetteten Systemen (engl.: embedded systems) spricht man immer dann, wenn eine komplexe Schaltung in eine andere eingebaut wird, um dort diverse Funktionen zu übernehmen wie:

  • Codier- und Decodiervorgänge
  • Die Verarbeitung der Signale beim Verschlüsseln von Daten
  • Regelfunktionen
  • Überwachungs- und Steuerfunktionen

Ein embedded System kann eine elektronische Platine sein, auf der jedoch teilweise auch eine eigene Software läuft, oder auch ein ganzer Computer, der zwischengeschaltet wird, oder zum Beispiel ein Raspberry Pi.

Raspberry Pi Microcontroller

Nicht nur in der heimischen Multimediaanlage mit PC-Anbindung sind eingebettete Systeme zu finden, auch in der Industrie kommen sie häufig zum Einsatz und übernehmen dann die oben aufgezeigten Funktionen in elektronischen Geräten aus den Branchen:

  • Luftfahrt
  • Medizintechnik
  • Automobilindustrie
  • Robotik

Aber auch in Heimgeräten wie Waschmaschinen, Kühlschränken oder Fernsehgeräten sind embedded Systems vorhanden, außerdem kann zusammengefasst werden, dass eingebettete Systeme in sämtlicher Unterhaltungselektronik anzutreffen sind.

PC ohne Lüfter: Welche Vorteile bietet eine eingebettete Wasserkühlung?

Um eine Art des lüfterlosen Betriebs, wie eine Wasserkühlung im PC zu gewährleisten, muss die Temperatur im Gerät durch ständiges Abtasten ermittelt werden. Dazu kann es nötig werden, eine spezielle Software zu verwenden.

Werden dann komplexe 3D-Render-Arbeiten mit diesem Rechner durchgeführt, die bei minutenlangen Filmen mit aufwendigen 3D Animation durchaus die ganze Nacht lang dauern können, kann es zu einer Erhitzung im Gerät kommen.

Bei einem lüftergekühlten PC steuern die eingebetteten Systeme in so einem Fall den Stärkegrad der Luftkühlung – der Computer wird lauter. Bei einer Wasserkühlung, die zusätzlich aus optischen Gründen auch noch beleuchtet werden kann, passiert dies nicht.

Auch, wenn CPU und Arbeitsspeicher über einen längeren Zeitraum voll ausgelastet sind, läuft der Heimcomputer mit Wasserkühlung schön leise und produziert nicht mehr Geräusche als im nicht-ausgelasteten Betrieb. Schnittstellen und Protokolle für im PC eingesetzte embedded Systems sind:

  • Ethernet & IP (kabellos)
  • ZigBee
  • LIN- & CAN-Bus

Embedded Systems selbst planen und entwerfen

Arduino Uno Technologie

Wer sich selbst eine computergestützte Steuerung für ein Elektrogerät basteln möchte, benötigt zumindest Grundkenntnisse in der Elektrotechnik und natürlich geeignetes Werkzeug. Sollte dabei nicht nur gelötet, sondern auch geschweißt werden, wird zudem eine Schutzbrille unabdingbar, damit es nicht zu einem „Verblitzen“ der Augen kommt.

Die Betriebssicherheit des eingebetteten Systems ist überaus wichtig, denn kommt es zu Fehlfunktionen, kann leicht die gesamte Schaltung des Elektrogeräts so empfindlich gestört werden, dass gar nichts mehr funktioniert.

Mikrocontroller überwachen dabei Unregelmäßigkeiten im embedded System und liefern wertvolle Daten zu Fehlern, die zügig behoben werden sollten.

Können diese Daten in Echtzeit ausgelesen werden, kann der Hobbybastler zügig eingreifen, falls Fehler auftreten. Die Antwortzeiten des eingebetteten Systems beeinflussen maßgeblich, mit welchem Betriebssystem es eingesetzt werden kann und mit welcher Art von Software das System kompatibel ist.

Nicht nur die Datenausgabe muss jedoch beachtet werden, die Peripheriebausteine auch müssen Informationen aufnehmen und verarbeiten können.

Bei all den technischen Möglichkeiten sollte der Anwender stets bedenken, dass nur ein gewisser Platz zur Verfügung steht und sich daher das eingebettete System nur selten endlos im Funktionsumfang ausdehnen lässt.

Stromverbrauch von eingebetteten Systemen

Es ist üblich, ein embedded System mit einer eigenen Batterie auszustatten, über die für mehrere Jahre der Stromverbrauch gesichert werden kann. Soll ein ganzer PC oder ein Raspberry Pi als eingebettetes System fungieren, ist es geschickt, diesen mit einer externen Stromquelle zu verbinden.

Wird das embedded System direkt mit dem Stromkreis des jeweiligen Geräts verbunden, kann es vermehrt zu Kurzschlüssen kommen. Außerdem stehen dann nur Messungen während des Betriebs zur Verfügung, während ein eingebettetes System mit eigener Stromversorgung auch bei ausgeschaltetem Gerät noch Daten sammeln kann, zum Beispiel zur Gerätetemperatur oder der Zeit des aktiven beziehungsweise inaktiven Betriebsstatus.

Entwicklungsumgebung: Das System Design Kit

Damit nicht alle Komponenten einzeln gekauft werden müssen, bieten viele Hersteller derartige Systementwicklungspakete an, bei denen die gelieferte Hardware in jedem Fall mit der zugehörigen Software kompatibel ist.

Gerade für die Fehlersuche können sonst schnell Stunden draufgehen, auch wenn der Systementwickler über das nötige Know-how verfügt. Gerade für Mikrocontroller eignen sich System Design Kits bestens, hier kommt es beim Eigenbau nicht nur wesentlich häufiger zu Funktionsausfällen, auch das Zusammenstellen der benötigten Einzelkomponenten kann unnötig lange dauern.

Über eine ITAG Schnittstelle lassen sich Software Development Kit und das System Design Kit mit jedem handelsüblichen PC verbinden.


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