Eingebetteter controller

Arten von eingebetteten Controllern

Ein eingebetteter Controller ist ein Management-Chip, der Systemfunktionen ausführt, Hardwarekomponenten steuert und Aufgaben der Peripherie-Schnittstelle ausführt. Er hilft, eine Benutzeroberfläche für Hauswirtschaftsfunktionen bereitzustellen, wie z. B. Temperatur- und Spannungsüberwachung. Es gibt verschiedene Arten von eingebetteten Controllern, darunter die folgenden:

• Mikrocontroller-basierte Controller: Mikrocontroller sind integrierte Schaltungen mit einem Prozessor, Speicher und E/A-Peripheriegeräten. Der eingebettete Mikrocontroller übersetzt Signale von Schaltern und Sensoren und steuert Motoren, Ventile und Aktuatoren.
• Programmierbare Steuerung (SPS): Eine SPS verwendet einen Mikroprozessor, um Eingangsgeräte, wie z. B. Endschalter, zu überwachen und führt logische Tests durch, um den Zustand von Ausgangsgeräten zu bestimmen. SPSen sind programmierbar und weit verbreitet in industriellen Umgebungen. Sie bieten flexible Steuerung und Automatisierung von elektromechanischen Prozessen.
• Digitaler Signal-Controller (DSC): Der DSC bietet die Verarbeitungsleistung eines Mikrocontrollers und die Signalverarbeitungsfunktionen eines digitalen Signalprozessors (DSP). Er eignet sich für Anwendungen, die eine digitale Echtzeit-Signalverarbeitung erfordern.
• Coldfire-Controller: Diese Controller sind bekannt für ihre geringe Größe und ihren geringen Stromverbrauch. Sie werden hauptsächlich in batteriebetriebenen tragbaren Geräten verwendet.
• FPGA-basierte Controller: Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGA)-basierte Controller bieten eine hervorragende Echtzeitsteuerung, insbesondere in Anwendungen, die präzises Timing und die Implementierung komplexer Algorithmen erfordern. Sie sind weit verbreitet in den Bereichen Kommunikation, Automobil, Industrie und Luftfahrt.
• Hybrid-Controller: Hybrid-Controller kombinieren die Funktionalitäten mehrerer eingebetteter Steuerungssystemtypen, was zu großer Anpassungsfähigkeit und Flexibilität führt. Sie werden in der Regel in anspruchsvollen Steuerungssystemen eingesetzt, die Eingaben von zahlreichen Sensoren benötigen und zahlreiche Aktuatorausgaben aufrechterhalten müssen.
• Drahtlose Controller: Diese Controller, die auf Mikrocontrollern basieren, können drahtlos mit anderen Geräten und Netzwerken verbunden werden. Sie ermöglichen die Fernüberwachung und -steuerung.
• Echtzeit-Betriebssystem (RTOS)-Controller: RTOS-Controller sind für Anwendungen konzipiert, die ein vorhersehbares Timing und eine Aufgabenplanung erfordern. Sie bieten einen Rahmen für die Verwaltung von Aufgaben und Ressourcen in eingebetteten Systemen.

Funktion und Eigenschaften von eingebetteten Controllern

Obwohl es viele Arten und Designs von eingebetteten Controllern gibt, teilen sie im Allgemeinen alle bestimmte Eigenschaften und Funktionen.

• Speicher: Der eingebettete Controller verwendet Speicher, um Daten und Programmanweisungen zu speichern. In der Regel verfügt das System über ROM-, RAM- und EEPROM-Speicher. Der ROM-Speicher speichert die Controller-Firmware, d. h. die Embedded-System-Software, die zum Betrieb des Geräts erforderlich ist. Die Größe des ROM kann zwischen 16 KB und 128 KB liegen. RAM wird vom Mikrocontroller während des Betriebs verwendet und kann in Modellen von 8 KB bis 64 KB geliefert werden. Das EEPROM ermöglicht es dem eingebetteten Computersystem, programmierbar zu sein und bei Bedarf aktualisiert zu werden. Die Art und Menge des Speichers hängt von der Komplexität des Systems und den Aufgaben ab, die ausgeführt werden müssen.
• Eingabe-/Ausgabe-Ports: Der eingebettete Controller verfügt über E/A-Ports, sodass er mit Peripheriegeräten, Sensoren und Aktuatoren verbunden werden kann. Die Art der Ports variiert, aber viele haben analoge Ports, Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART), USB-Ports, SPI und I2C. Die I2C-Schnittstelle ist besonders nützlich, um mehr Sensoren und Peripheriegeräte anzuschließen, da sie bis zu acht Geräte an demselben Bus anschließen kann.
• Kommunikationsschnittstellen: Zu den Kommunikationsschnittstellen gehören WiFi, Bluetooth und CAN-Bus, sodass der eingebettete Controller mit anderen Systemen, Geräten und Netzwerken kommunizieren kann. Wenn der Entwickler einem System Konnektivität hinzufügen muss, sollte er überlegen, wie weit die Signale übertragen werden können, welche Datenübertragungsraten erforderlich sind und wie hoch der Stromverbrauch ist.
• Echtzeitverarbeitung: Eingebettete Systeme verfügen über Echtzeitverarbeitungsfunktionen, sodass Aufgaben innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens ausgeführt werden können. Diese Systeme verwenden ein Echtzeitbetriebssystem (RTOS), um die richtige Planung und Verwaltung von Aufgaben zu gewährleisten. Die Verwendung von RTOS verbessert die Reaktionsfähigkeit des Systems und erhöht die Zuverlässigkeit.

Anwendungen von eingebetteten Controllern

Aufgrund seiner Vielseitigkeit gibt es mehrere Anwendungsszenarien für einen PIC-eingebetteten Controller. Hier ist eine Liste einiger:

• Heimautomatisierung

  Die Heimautomatisierungsindustrie verwendet eingebettete Controller in intelligenten Thermostaten, motorisierten Fensterläden, intelligenten Schlössern, intelligenter Beleuchtung und automatischen Vorhängen, um Hausbesitzern Komfort, Energieeffizienz, Sicherheit und ein verbessertes Wohnen zu bieten. Sie sind für Kommunikations-, Steuerungs- und Automatisierungsfunktionen in intelligenten Geräten verantwortlich.

• Intelligente Gebäude

  Die HLK-Systeme, Beleuchtungssteuerungen, Sicherheitssysteme und Zugangskontrollen von Gebäuden nutzen eingebettete Controller, um den Komfort der Bewohner, die Energieeffizienz, die Sicherheit und den Gesamtbetrieb zu verbessern.

• Industrielle Automatisierung

  In der Fertigungs- und Produktionsindustrie spielt der eingebettete Controller eine wichtige Rolle bei der Automatisierung von Maschinen, der Steuerung von Prozessen und der Überwachung von Systemen, um die Produktivität, Effizienz und Sicherheit in industriellen Umgebungen zu verbessern.

• Automobil-Systeme

  In modernen Automobilen spielt der eingebettete Controller eine entscheidende Rolle beim Betrieb von ECU (Engine Control Unit), ABS (Anti-Blockier-Bremssysteme), Getriebesteuerung, Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) und Body Control Modules. Er bietet wichtige Steuerungs- und Überwachungsfunktionen, um die Anforderungen von Automobil-Systemen zu erfüllen.

• Gesundheitswesen-Einrichtungen

  Eingebettete System-Controller werden in medizinischen Geräten, Umgebungsüberwachung, Zugangskontrolle und Gebäudesicherheit eingesetzt, um Gesundheitseinrichtungen bei der Patientenversorgung, den Umgebungsbedingungen, der Sicherheit und der Effizienz innerhalb von Gesundheitseinrichtungen zu unterstützen.

• Energiemanagement

  Intelligente Netze und erneuerbare Energiesysteme verwenden eingebettete Controller-Mikrochips, um die Energieproduktion zu optimieren, einen effizienten Energieverbrauch zu fördern und die Netzstabilität zu verbessern.

• Luftverkehr

  Die Rolle von eingebetteten Controllern ist in Flugsystemen für Avionik, Triebwerkssteuerung, Flugsteuerung, Kommunikation und Navigation entscheidend, um die Sicherheit und den effizienten Betrieb von Flugzeugen im Luftverkehr zu gewährleisten.

So wählen Sie einen eingebetteten Controller aus

Vor dem Kauf ist es wichtig zu überprüfen, ob das Produkt die erwarteten Anforderungen und Leistungsstandards erfüllt. Bei der Auswahl eines eingebetteten Controllers ist es wichtig, die folgenden Faktoren zu berücksichtigen;

• Architektur: Systementwickler definieren zunächst die Anforderungen und Funktionen des Systems und seiner Komponenten. Sie wählen den richtigen eingebetteten Controller basierend auf den E/A-Fähigkeiten, der Verarbeitungsleistung, den Kommunikationsschnittstellen und den Leistungsmetriken des Controllers.
• Kernzahlen: Mehrkern-eingebettete Controller bieten Parallelverarbeitungsfunktionen, die die Reaktionsfähigkeit und das Multitasking verbessern. Sie sind wichtig in Anwendungen, die eine hohe Verarbeitungsleistung erfordern, wie z. B. Video- und Bildverarbeitung, Telekommunikation und anspruchsvolle Robotik.
• Echtzeitbetrieb: Es ist unerlässlich, den Bedarf der Anwendungen an Echtzeitsteuerung und -reaktion zu ermitteln. Anwendungen, die ein präzises Timing und eine präzise Steuerung erfordern, wie z. B. Motorsteuerung, Robotik und Signalverarbeitung, müssen den eingebetteten Controller mit Echtzeitbetriebssystemen nutzen.
• Entwicklungstools und Support: Bevor Systementwickler ihren eingebetteten Controller beurteilen, sollten sie ihre Anwendungen, programmierbaren Funktionen, Eingabe- und Ausgabefunktionen, Kommunikationsschnittstellen und Leistungsmetriken definieren. Controller-Hersteller stellen Entwicklungstools und Support-Ressourcen bereit, darunter Software Development Kits, Debugging-Tools und Dokumentation, die die Entwicklung vereinfachen und die Lernkurve verkürzen können.
• Betriebsumgebung: Bei der Auswahl eines eingebetteten Controllers muss man seine E/A-Fähigkeiten, Kommunikationsschnittstellen und Leistungsmetriken berücksichtigen. Die Echtzeitfähigkeit ist entscheidend in Anwendungen, die ein präzises Timing und eine präzise Steuerung erfordern, wie z. B. Motorsteuerung, Robotik und Signalverarbeitung.

FAQs

F: Was sind die Hauptfunktionen eines eingebetteten Controllers?

A: Ein eingebetteter Controller hat zahlreiche Funktionen, darunter die Verarbeitung von Tastatureingaben, die Verwaltung von Lüftergeschwindigkeiten und Temperaturen, die Steuerung von Spannungspegeln und die Überwachung verschiedener Systemindikatoren.

F: Was unterscheidet eingebettete Systeme von herkömmlichen Systemen?

A: Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen sind eingebettete Systeme so konzipiert, dass sie dedizierte Funktionen innerhalb eines größeren Systems ausführen. Sie integrieren Software- und Hardwarekomponenten, die es ihnen ermöglichen, bestimmte Aufgaben unabhängig voneinander auszuführen.

F: Welche Vorteile bieten eingebettete Systeme?

A: Zu den Vorteilen eingebetteter Systeme gehören eine verbesserte Systemleistung, Energieeffizienz, Kompaktheit und die Möglichkeit, Aufgaben zu automatisieren. Sie optimieren den Betrieb in elektronischen Geräten und Haushaltsgeräten.

F: Wie wählt man ein eingebettetes System aus?

A: BSI-Käufer sollten die Bedürfnisse ihrer Anwendung und die Zuverlässigkeit, Wartbarkeit und Kosten des Systems berücksichtigen. Benutzer wählen auch ein System basierend auf Speichertyp, Stromversorgung, Prozessor, Schnittstelle und Architektur.