Post on 18-Jun-2018
Herzlich Willkommen zu dem heutigen Vortrag aus der Reihe…
M4F – Reinhold Würth Hochschule
AndroidTM
Magnetic4Freaks
1
Vorstellung
M4F – Reinhold Würth Hochschule
2
Christian Dorsch
Produktmanagement EC-TechnologieIngenieur Elektrotechnik (FH)
Übersicht
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com
…
3
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
Magnetic for Freaks, …
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com
…Elektromagnetismus und…
…
4
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
5Quelle: Bubble clker.com, Maxwell, Labor, Faraday, Ampère, Gauß, Spule Wikimedia.org, Waage all-free-download.com, Rechenschieber schule-und-familie.de, Maxwell Wikiquotes
Maxwell (1831-1879)
Ideengeber
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quellen: Faraday & Ampère & Gauß Wikimedia.org, Waage all-free-download.com, Rechenschieber schule-und-familie.de, Spule wikimedia.org
…Ampère
(1775-1836)Gauß
(1777-1855)Faraday
(1791-1867)
6
Hinweis
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 7
Die folgenden Ideen und Überlegungen zu den Maxwell Gleichungen wurden in außerordentlichem Maße von der sechsteiligen Reihe
Die Maxwell Gleichungen (fast) ohne Formeln
1. Felder2. Im Vakuum3. Wir bauen eine Welle4. Voll geladen5. Unter Strom6. Spieglein, Spielgein
von Martin Bäker inspiriert. An dieser Stelle vielen Dank für die sehr anschaulichen Darstellungen!
� ∙ � =�
��
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker
1. Gaußsches Gesetz
8
�, ElektrischeFeldstärke
�,����������� �
�, Ladungsdichte
��, ElektrischeFeldkonstante
„Die Ladung ist die Quelle des elektrischen Feldes.“
�'���()�����*ü�,-., /01 2��3/4,
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker
* 1-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient
9
256 ∙ � =�
��
Berechnung der Quellenstärke!
+
div E = +1 -1 = 0 div E = +1 +1 = 2
Das Coulomb Gesetz
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Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 10
So What!?!
Das Coulomb Gesetz
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker
* 3-Dimensionale Betrachtung, 789�� ���*�ä:)� = 4<�=
11
Die Divergenz muss 0 sein, da keine Ladung vorhanden!
�= =1
4�? → �~
1
�=
F2, E2
F1, E1256� = BC1 D �? E C2 D �= = 0
C =1
4<��
H?H=�=
Coulomb Gesetz
→C
H~
1
�=
256 ∙ � =�
��
� ∙ I = 0
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen
2. Gaußsches Gesetz
12
I,J�9K��5L:)�C�8LL25:)��
�,����������� �
= 256 ∙ I
„Es gibt keine magnetischen Ladungen!“
Quellenfeld
Wirbelfeld
� D � = BMI
M�
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen
Faradaysche Induktion
13
�, ElektrischeFeldstärke
�,����������� �
I,MagnetischeFlussdichte
„Eine Änderung der magnetischen Flussdichte führt zu einem elektrischen Wirbelfeld.“
Lenzsche Regel
�'���()�����*ü�,-., /01 2��3/4,
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker, Paddel kanushop-kanatu.de
* 2-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient **Im Zeitpunkt davor gab es kein Magnetfeld B !!!
14
� � D � = BMI
M�
Berechnung der Rotation!
12 3 4
+3
+3+0-2
-2
+0
rot= B2 B 2 E 0 E 0 E 3 E 3 = E2
Die Folge wäre ein räumlichnegatives konstantes Magnetfeld**.
+2
+2+0-1
-1
+0
= B1 B 1 E 0 E 0 E 2 E 2 = E2
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Curl (zu dt. Rotation) wikimedia.org, Paddel kanushop-kanatu.de
* 3-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient **Im Zeitpunkt davor gab es kein Magnetfeld B !!!
15
rot = ???
Die Folge wäre ein inhomogenes invertiertes Magnetfeld**.
�
� � D � = BMI
M�
� D I = P�QRE P���M�
M�
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen 16
Ampèresches Gesetz
�, ElektrischeFeldstärke
�,����������� �
SR, Stromdichte
��, ElektrischeFeldkonstante
I,MagnetischeFlussdichte
μ�, MagnetischeFeldkonstante
„Elektrische Ströme –einschließlich des
Verschiebungsstroms – führen zu einem
magnetischen Wirbelfeld.“
P�QRE
Elektrische Ströme –
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Curl (zu dt. Rotation) wikimedia.org, Paddel kanushop-kanatu.de
* 3-Dimensionale Betrachtung, rot = Rotation
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rot ???=
Die Ursache war ein uns entgegen fließender Strom durch einen Leiter.
I
� D I = P�QRE P���M�
M�
Das magnetische Feld um den Leiter fällt außen mit ?
Wab. Vergleiche erste M4F
Veranstaltung Herr Professor Ulm Skript Seite 18, H =Y∙Z
=[W.
� ∙ � =�
��
� ∙ I = 0
� D � = BMI
M�
� D I = P�QRE P���M�
M�
Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen
Faradaysche Induktion
Ampèresches Gesetz
1. Gaußsches Gesetz
2. Gaußsches Gesetz
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CR = H � E 6R D I Lorentzkraft
Übersicht
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com
…
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1
2
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
Elektromagnetische Welle im Vakuum nach Maxwell!
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Welle, Maxwell wikimedia.org, scienceblogs.de M. Bäker, Paddel kanushop-kanatu.de, Bauhelm wimmer-construction.de
*„Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger und auch keinen Strom.“ � � ∙ � = 0und� D I = P���]^
]_
20
� D I = P���M�
M�E P�QR =0
„Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger und auch
keinen Strom.“
� D � = BMI
M�
� ∙ � =`
ab
� ∙ I = 0
=00
„Wir bauen eine elektromagnetische Welle!“
Magnetisches Feld Elektrisches Feld
+
=
„Aber wie schnell ist das Ding?“
Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum und die Maxwell Gleichungen…
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: uni-tuebingen.de/faessler, en.wikipedia.org, Erde & Sonne wikimedia.org
*„Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger und auch keinen Strom.“ � � ∙ � = 0und� D I = P���]^
]_
21
�� D � D I B � D P���
M�
M�= 0
Identität: � D � D CR = � � ∙ CR B �=CR
� D I = P���M�
M�
=0� � ∙ I B �=I B � D P���
M�
M�= 0 � ∙ I = 0Es gilt:� � ∙ I B
… … : =1
��= 299.792.458
g
L
Thank God for mathematicians!
~7?
h
Bestimmung von c – For Freaks only!
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Wie man mit Schokolade die Lichtgeschwindigkeit bestimmt scienceblogs.de, Schokolade sweetware.de, Mikrowelle chip.de, Sound Microwave soundjay.com 22
21 cm
15 cm
Nur stehende Wellen, deshalb normal auch der Drehteller!
Maxima bzw. Minima der Welle
: = i D * j 2 D 0,06g D 2,45lm( j 294.000ng
L
Einschätzung der Leistung Maxwells durch…
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Einstein tyrannyoftradition.files.wordpress.com, Zitat Einstein en.wikiquote.org
* Das ist ein Spaß!!!
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„Die Arbeit von Maxwell hat die Welt für immer verändert!“
God said,
� ∙ � =�
��� ∙ I = 0
� D � = BMI
M�
� D I = P�QRE P���M�
M�
and there was light!*
Albert Einstein
Übersicht
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com
…
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1
2
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
Definition
M4F – Reinhold Würth Hochschule
EC-Motor
Electronically Commutated Motor
Kommutierung bedeutet das lageabhängige Schalten des elektrischen Stromes.
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©Rosenberg Ventilatoren GmbH
… Luft effizient bewegen…
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: DC – Motor Wikimedia.org
* BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor
AC BDC*
ECKeine Kommutierung Mechanische Kommutierung Elektrische Kommutierung
(BLDC**)
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©Rosenberg Ventilatoren GmbH
AC-Motor
M4F – Reinhold Würth Hochschule
* Achtung: kein Vakuum mehr, für ne Idee ist‘s aber noch genug!
Kurzschlusskäfig Aluminium – Legierung
RotorWicklung
Stator – Gehäuse
Rotor Flansch
Blechpaket
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� D � = BMI
M�
� D I = P�QRE P���M�
M�
� D � = BMI
M�
� D I = P�QRE P���M�
M�
� D � = BMI
M�
� D I = P�QRE P���M�
M�
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
… Luft effizient bewegen…
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: DC – Motor Wikimedia.org
* BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor
AC BDC*
ECKeine Kommutierung Mechanische Kommutierung Elektrische Kommutierung
(BLDC**)
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©Rosenberg Ventilatoren GmbH
BDC-Motor*
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: DC – Motor Wikimedia.org
* BCD = Brushed DC Motor, kein Rosenberg Produkt, ** Achtung: kein Vakuum mehr, für ne Idee ist‘s aber noch genug!
Stator nicht abgebildet
Wicklung
Kommutator
Rotor Welle
30
� D � = BMI
M�
� D I = P�QRE P���M�
M�
… Luft effizient bewegen…
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: DC – Motor Wikimedia.org
* BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor
AC BDC*
ECKeine Kommutierung Mechanische Kommutierung Elektrische Kommutierung
(BLDC**)
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©Rosenberg Ventilatoren GmbH
EC-Motor
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Permanentmagnete
Hall Sensoren
Rotor
Kabeleinführung
Elektronik
Stator
Wicklung
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� D � = BMI
M�
� D I = P�QRE P���M�
M�
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
Vereinfachtes Funktionsprinzip
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Wechselspannung Gleichspannung Motorspannung
Gleichrichter Zwischenkreis Wechselrichter
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Funktionsprinzip
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: 1-Cent Coin wikipedia.org
* Leistungsmodul geöffnet
Alternating Current Direct Current Motor Voltage
Rectifier DC link Inverter
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Ventilatoren
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Axial Radial
Lufteintritt Luftaustritt35
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Übersicht
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com
…
36
�
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
Informationsübertragung von Kupfer auf Luft…
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Car openclipart.org, Tree wikimedia.org, Plane clipartbest.com, Sun wotomoro.com, Cloud iconfinder.com, Bluetooth Logo bluetooth.com, TIA Logo tiaonline.org 37
/EIA-485
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: TIA Logo tiaonline.org, Störung wikimedia.org 38
/EIA-485
Halb- oder Vollduplex Übertragung
Übertragung eines Differenzspannungspegelsmit einer Eingangsempfindlichkeit von E/B200gp
Bis zu 256 Teilnehmer, in Abhängigkeit vom Unit Load Wert
UnitLoad
Teilnehmer Eingangs-widerstand
1 32 12 kΩ
1/2 64 24 kΩ
1/4 128 48 kΩ
1/8 256 96 kΩ
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Quelle: TIA Logo tiaonline.org, Datasheet Maxim
Application Guidelines for TIA/EIA-485-A, TIA-485-A Standard, *Angabe 10 Mbps bei älterem Standard ** not specified
39
/EIA-485
50 Mbps* ABER!
Maximale Übertragungslänge **
305g
25ΩD 390Ω =+
-200gp 120Ω
r�
1,5p
s
s
s =t1,5p B 0,2pu
2D120v
0,2p= 390v
Kabelspezifikation
4.758g ← �)� ���5L:)
9��ä8*59��x���~1.200g
+Bluetooth: realistische Datenrate 390 K��L
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Quelle: TIA Logo tiaonline.org 40
/EIA-485
GND
Line Termination
Line Polarisation
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
M4F – Reinhold Würth Hochschule
*ISM = Industrial, Scientific, Medical, SDP Service Discovery Protocol, RFCOMM Radio Frequency Communications, BNEP Bluetooth Network Encapsulations Protocol, TCS Telephony Control Protocol, SPP Serial Port Profile, SAFER+ Secure And Fast Encryption Routine
Quelle: Bluetooth Logo bluetooth.com, Bluetooth Modul mikrokontroller.net, Viking nocookie.net 41
Im lizenzfreien ISM-Band* 2,4 GHz
Bluetooth Modul
Verschiedenste Kommunikationsprotokolle
SDP RFCOMM BNEP TCS …
• Mit SPP Firmware
Erstmaliger Pairing Vorgang erforderlich,anschließend SAFER+ Verfahren
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Bluetooth Logo bluetooth.com, rabbits blogspot.com
*EIRP = Equivalent Isotropically Radiated Power, **mobiles Endgerät = Smartphone oder Tablet
42
Frequenz-Hopping Verfahren auf bis zu 79 Kanälen
~yz% aller mobilen Endgeräte** nutzen Bluetooth
Reichweite und Sendeleistung
202Ig = 10 D log100gx
1gx 100gx = 10=�|}~
?�
2,402 GHz 2,454 GHz …
Die Black-Box
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Car openclipart.org, Tree, Box wikimedia.org, Plane clipartbest.com, Sun wotomoro.com, Cloud iconfinder.com, Bluetooth Logo bluetooth.com, TIA Logo tiaonline.org, Smartphone samsung.com 43
/EIA-485
???
Schaltungsbestandteile
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Box wikimedia.org, Schaltplan C. Dorsch 44
A Das Bluetooth-Modul SMA-Buchse für den Antennenanschluss.
A. Das Bluetooth-Modul mit SMA-Buchse für Antennenanschluss.
B. Die Transistorschaltung verstärkt die 3,3 V auf 5 V. Der Spannungsteiler teilt 5 V auf 3,3 V.
C. Der Pegelwandler, wandelt den TTL-Pegel in den Differenzspannungspegel der RS-485 Schnittstelle.
D. Line Termination und Line PolarisationE. Die Spannungsversorgung von 5 V und die
Klemmen der Busleitung.F. Ein Festspannungsregler generiert die
Versorgungsspannung des Bluetooth Moduls 3,3 V.
© Christian Dorsch
Printed Circuit Board
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Box wikimedia.org 45
75
30
[mm]
2,4 GHz Antenne
© Christian Dorsch
By the way… Maxwell…
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Quelle: Dipolentstehung wikimedia.org/wiki, Box wikimedia.org, Wellenentstehung scienceblogs.de 46
� D I = P�QRE P���M�
M�
� ∙ � =�
��
� ∙ I = 0 EP���M�
M�
� D � = BMI
M�
Übersicht
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com, Oszilloskop md-automation.de
…
48
�
�
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M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: TIA Logo tiaonline.org 49
???
Die Übertragung steht. ABER!
19,2 Kbps
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
RTU
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: modbus.org
*CRC = Cyclic Redundancy Check, Request Anfrage
50
Rahmen:
Telegramm:
Wen? Was? 0-252 Datenbyte(s) Fehler-erkennung!1-247 lesen,
schreiben
RTU
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: modbus.org 51
Adresse
Parity-Bit
Stop-Bit Start-BitStart-Bit
~52μL
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
Übersicht
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com
…
52
�
�
©Rosenberg Ventilatoren GmbH
Warum Android?
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Daten 1 Quartal 2013 idc.com, Android android-developer.com 53
Tablet
Smartphone
Für das Design gibt’s XML!
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Software C. Dorsch
*xML = Extensible Markup Language
54
<LinearLayout
xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:background="@android:color/white"
android:orientation="vertical"
android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin" >
<LinearLayout
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_gravity="center_horizontal"
android:orientation="horizontal"
android:paddingTop="@dimen/_vertical_margin“
android:paddingBottom="@dimen/_vertical_margin">
<ToggleButton
...
...
<LinearLayout
android:layout_...
© Christian Dorsch
Das Ganze bitte einmal für…
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Smartphone, Tablet samsung.com 55
… Horizontal sowie Vertikal und…
… fürs Tablet auch nochmal…
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Für die Programmierung gibt‘s JAVA!
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Software C. Dorsch
...
© Christian Dorsch
* Nassi-Shneiderman Diagramme � strukturierte Programmierung bei über 5.500 Codezeilen
…
56
Unified Modeling Language Diagramm
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Smartphone samsung.com, modbus.org, bluetooth.com, Action pmtips.net, Dialog caveviews.blogs.com
* GUI = Graphical User Interface
57
CRC Prüfung und Berechnung, Daten Konvertierung, GUI Elemente, …
© Christian Dorsch
Übersicht
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com
…
58
�
�
�
Anwendungen:
M4F – Reinhold Würth Hochschule
Quelle: Programmiergerät schliess-anlagen.de, Smartphone samsung.com, Carel carel.com, Laptop offenerdesktop.files.wordpress.com, Transceive freeievectors.com, Bluetooth bluetooth.com, Modbus modbus.org 59
Messe: Eyecatcher
RTU to Converter
Klimagerät
…
……
…
©Rosenberg Ventilatoren GmbH