2014 06 06 Weitergabe Ulm Magnetic4Freaks
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M4F – Reinhold Würth Hochschule Herzlich Willkommen zu dem heutigen Vortrag aus der Reihe… Magnetic4Freaks AndroidTM 1 M4F – Reinhold Würth Hochschule Vorstellung Christian Dorsch Produktmanagement EC-Technologie Ingenieur Elektrotechnik (FH) 2 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH … Übersicht 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 M4F – Reinhold Würth Hochschule Magnetic for Freaks, … … …Elektromagnetismus und… Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 4 Maxwell (1831-1879) Quelle: Bubble clker.com, Maxwell, Labor, Faraday, Ampère, Gauß, Spule Wikimedia.org, Waage all-freedownload.com, Rechenschieber schule-und-familie.de, Maxwell Wikiquotes 5 M4F – Reinhold Würth Hochschule Ideengeber … Faraday (1791-1867) Ampère (1775-1836) Gauß (1777-1855) Quellen: Faraday & Ampère & Gauß Wikimedia.org, Waage all-free-download.com, Rechenschieber schule-undfamilie.de, Spule wikimedia.org 6 M4F – Reinhold Würth Hochschule Hinweis Die folgenden Ideen und Überlegungen zu den Maxwell Gleichungen wurden in außerordentlichem Maße von der sechsteiligen Reihe Die Maxwell Gleichungen (fast) ohne Formeln 1. 2. 3. 4. 5. 6. Felder Im Vakuum Wir bauen eine Welle Voll geladen Unter Strom Spieglein, Spielgein von Martin Bäker inspiriert. An dieser Stelle vielen Dank für die sehr anschaulichen Darstellungen! Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 7 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen ∙ , = 1. Gaußsches Gesetz , ElektrischeFeldstärke , Ladungsdichte , ElektrischeFeldkonstante „Die Ladung ist die Quelle des elektrischen Feldes.“ Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 8 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen ' () 256 ∙ *ü ,-., /01 2 3/4, = Berechnung der Quellenstärke! + div E = +1 -1 = 0 div E = +1 +1 = 2 * 1-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 9 M4F – Reinhold Würth Hochschule Das Coulomb Gesetz So What!?! Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 10 M4F – Reinhold Würth Hochschule 256 ∙ Das Coulomb Gesetz = Die Divergenz muss 0 sein, da keine Ladung vorhanden! F2, E2 F1, E1 256 = BC1 D ? E C2 D = =0 Coulomb Gesetz = 1 = 4 ? → ~ 1 = C 1 → ~ = H * 3-Dimensionale Betrachtung, 789 * ä:) = 4< = Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker 1 H? H= C= = 4< 11 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen 2. Gaußsches Gesetz ∙ I = 0 = 256 ∙ I I, J 9K 5L:) C 8LL25:) , „Es gibt keine magnetischen Ladungen!“ Quellenfeld Wirbelfeld Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen 12 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen D MI =B M Faradaysche Induktion Lenzsche Regel , , ElektrischeFeldstärke I, MagnetischeFlussdichte „Eine Änderung der magnetischen Flussdichte führt zu einem elektrischen Wirbelfeld.“ Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen 13 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen ' () *ü ,-., /01 2 3/4, MI =B M D 2 1 -2 rot -1 3 +0 -2 +0 +3 +3 +2 4 Berechnung der Rotation! = B2 B 2 E 0 E 0 E 3 E 3 = E2 = B1 B 1 E 0 E 0 E 2 E 2 = E2 +0 -1 +2 +0 Die Folge wäre ein räumlich negatives konstantes Magnetfeld**. * 2-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient **Im Zeitpunkt davor gab es kein Magnetfeld B !!! Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Martin Bäker, Paddel kanushop-kanatu.de 14 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen rot = D =B MI M ??? Die Folge wäre ein inhomogenes invertiertes Magnetfeld**. * 3-Dimensionale Betrachtung, div = Divergenz, rot = Rotation, grad = Gradient **Im Zeitpunkt davor gab es kein Magnetfeld B !!! Quelle: Curl (zu dt. Rotation) wikimedia.org, Paddel kanushop-kanatu.de 15 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen D I = P QR E P , M M , ElektrischeFeldstärke I, MagnetischeFlussdichte SR, Stromdichte , ElektrischeFeldkonstante μ , MagnetischeFeldkonstante Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Ampèresches Gesetz „Elektrische Elektrische Ströme – einschließlich des Verschiebungsstroms – führen zu einem magnetischen Wirbelfeld.“ 16 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen D I = P QR E P M M I rot Das magnetische Feld um den Leiter fällt außen mit = ? ab. Vergleiche erste M4F W Y∙Z Veranstaltung Herr Professor Ulm Skript Seite 18, H = =[W . * 3-Dimensionale Betrachtung, rot = Rotation Quelle: Curl (zu dt. Rotation) wikimedia.org, Paddel kanushop-kanatu.de ??? Die Ursache war ein uns entgegen fließender Strom durch einen Leiter. 17 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die „mikroskopischen“ Maxwell Gleichungen ∙ = 1. Gaußsches Gesetz 2. Gaußsches Gesetz ∙I =0 D MI =B M D I = P QR E P CR = H E 6R D I Quelle: scienceblogs.de Maxwell-Gleichungen Faradaysche Induktion M M Ampèresches Gesetz Lorentzkraft 18 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule Übersicht 1 Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com … 2 19 M4F – Reinhold Würth Hochschule Elektromagnetische Welle im Vakuum nach Maxwell! M DI =P E P QR =0 M MI D =B M ` =0 ∙ =0 ab Magnetisches Feld ∙I =0 „Wir bauen eine elektromagnetische Welle!“ „Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger+ und auch keinen Strom.“ Elektrisches Feld = „Aber wie schnell ist das Ding?“ *„Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger und auch keinen Strom.“ ∙ = 0und D I = P ]^ ]_ Quelle: Welle, Maxwell wikimedia.org, scienceblogs.de M. Bäker, Paddel kanushop-kanatu.de, Bauhelm wimmer-construction.de 20 M4F – Reinhold Würth Hochschule Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum und die Maxwell Gleichungen… M M DI =P Identität: D CR = D =0 B ∙∙II B D =I B DP DI B ∙ CR B DP M =0 M =C R M =0 M Es gilt: ∙I =0 ? ~7 h Thank God for mathematicians! … … 1 := μ *„Im Vakuum gibt es keine Ladungsträger und auch keinen Strom.“ ∙ g = 299.792.458 L = 0und D I = P Quelle: uni-tuebingen.de/faessler, en.wikipedia.org, Erde & Sonne wikimedia.org ]^ ]_ 21 M4F – Reinhold Würth Hochschule Bestimmung von c – For Freaks only! 21 cm 15 cm Maxima bzw. Minima der Welle Nur stehende Wellen, deshalb normal auch der Drehteller! ng : = i D * j 2 D 0,06g D 2,45lm( j 294.000 L Quelle: Wie man mit Schokolade die Lichtgeschwindigkeit bestimmt scienceblogs.de, Schokolade sweetware.de, Mikrowelle chip.de, Sound Microwave soundjay.com 22 M4F – Reinhold Würth Hochschule Einschätzung der Leistung Maxwells durch… God said, ∙ = ∙I =0 MI D =B M D I = P QR E P M M and there was light!* „Die Arbeit von Maxwell hat die Welt für immer verändert!“ Albert Einstein * Das ist ein Spaß!!! Quelle: Einstein tyrannyoftradition.files.wordpress.com, Zitat Einstein en.wikiquote.org 23 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule Übersicht 1 Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com … 2 24 WAS TUN WIR? Hersteller von: Motoren, Ventilatoren und Kastenklimageräten 25 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH Definition EC-Motor Electronically Commutated Motor Kommutierung bedeutet das lageabhängige Schalten des elektrischen Stromes. 26 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule … Luft effizient bewegen… BDC AC Keine Kommutierung * Mechanische Kommutierung EC Elektrische Kommutierung (BLDC**) * BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor Quelle: DC – Motor Wikimedia.org 27 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule AC-Motor D MI =B M D I = P QR E P M M Wicklung Rotor Blechpaket Kurzschlusskäfig Aluminium – Legierung Rotor Flansch Stator – Gehäuse * Achtung: kein Vakuum mehr, für ne Idee ist‘s aber noch genug! 28 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule … Luft effizient bewegen… BDC AC Keine Kommutierung * Mechanische Kommutierung EC Elektrische Kommutierung (BLDC**) * BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor Quelle: DC – Motor Wikimedia.org 29 M4F – Reinhold Würth Hochschule BDC-Motor* D MI =B M D I = P QR E P M M Rotor Welle Wicklung Kommutator Stator nicht abgebildet * BCD = Brushed DC Motor, kein Rosenberg Produkt, ** Achtung: kein Vakuum mehr, für ne Idee ist‘s aber noch genug! Quelle: DC – Motor Wikimedia.org 30 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule … Luft effizient bewegen… BDC AC Keine Kommutierung * Mechanische Kommutierung EC Elektrische Kommutierung (BLDC**) * BDC = Brushed DC Motor, ** BLDC = Brushless DC Motor Quelle: DC – Motor Wikimedia.org 31 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule EC-Motor D MI =B M D I = P QR E P Permanentmagnete M M Stator Elektronik Rotor Wicklung Hall Sensoren Kabeleinführung 32 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule Vereinfachtes Funktionsprinzip Gleichrichter Zwischenkreis Wechselrichter Wechselspannung Gleichspannung Motorspannung 33 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH Funktionsprinzip Rectifier DC link Inverter Alternating Current Direct Current Motor Voltage * Leistungsmodul geöffnet Quelle: 1-Cent Coin wikipedia.org 34 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH Ventilatoren Axial Lufteintritt Radial Luftaustritt 35 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH … Übersicht Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 36 M4F – Reinhold Würth Hochschule Informationsübertragung von Kupfer auf Luft… /EIA-485 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 M4F – Reinhold Würth Hochschule /EIA-485 Halb- oder Vollduplex Übertragung Übertragung eines Differenzspannungspegels mit einer Eingangsempfindlichkeit von E/B200gp Bis zu 256 Teilnehmer, in Abhängigkeit vom Unit Load Wert Quelle: TIA Logo tiaonline.org, Störung wikimedia.org Unit Load Teilnehmer Eingangswiderstand 1 32 12 kΩ 1/2 64 24 kΩ 1/4 128 48 kΩ 1/8 256 96 kΩ 38 M4F – Reinhold Würth Hochschule /EIA-485 Maximale Übertragungslänge ** s 1,5p + - 200gp s s= 305g 5L:) D 390Ω = 4.758g ← ) 25Ω 9 ä8*59 x ~1.200g Kabelspezifikation 120Ω r t1,5p B 0,2pu 120v D = 390v 2 0,2p 50 Mbps* ABER! + Bluetooth: realistische Datenrate 390 K L Application Guidelines for TIA/EIA-485-A, TIA-485-A Standard, *Angabe 10 Mbps bei älterem Standard ** not specified Quelle: TIA Logo tiaonline.org, Datasheet Maxim 39 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule /EIA-485 Line Termination GND Line Polarisation Quelle: TIA Logo tiaonline.org 40 M4F – Reinhold Würth Hochschule 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 *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 M4F – Reinhold Würth Hochschule Frequenz-Hopping Verfahren auf bis zu 79 Kanälen 2,402 GHz 2,454 GHz … ~yz% aller mobilen Endgeräte** nutzen Bluetooth Reichweite und Sendeleistung 100gx 202Ig = 10 D log 1gx 100gx = *EIRP = Equivalent Isotropically Radiated Power, **mobiles Endgerät = Smartphone oder Tablet Quelle: Bluetooth Logo bluetooth.com, rabbits blogspot.com = |}~ 10 ? 42 M4F – Reinhold Würth Hochschule Die Black-Box ??? /EIA-485 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 M4F – Reinhold Würth Hochschule © Christian Dorsch Schaltungsbestandteile 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 RSA Das Bluetooth-Modul SMA-Buchse für den Antennenanschluss. 485 Schnittstelle. D. Line Termination und Line Polarisation E. Die Spannungsversorgung von 5 V und die Klemmen der Busleitung. F. Ein Festspannungsregler generiert die Versorgungsspannung des Bluetooth Moduls 3,3 V. Quelle: Box wikimedia.org, Schaltplan C. Dorsch 44 © Christian Dorsch M4F – Reinhold Würth Hochschule Printed Circuit Board 2,4 GHz Antenne 30 75 [mm] Quelle: Box wikimedia.org 45 M4F – Reinhold Würth Hochschule By the way… Maxwell… ∙ = ∙I =0 D MI =B M D I = P QR E P EP M M Quelle: Dipolentstehung wikimedia.org/wiki, Box wikimedia.org, Wellenentstehung scienceblogs.de 46 M4F – Reinhold Würth Hochschule © Christian Dorsch Reichweite Quelle: Box wikimedia.org 47 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH … Übersicht 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 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH Die Übertragung steht. ABER! 19,2 Kbps ??? Quelle: TIA Logo tiaonline.org 49 M4F – Reinhold Würth Hochschule RTU Rahmen: Telegramm: Wen? Was? 1-247 lesen, schreiben *CRC = Cyclic Redundancy Check, Request Anfrage Quelle: modbus.org 0-252 Datenbyte(s) Fehlererkennung! 50 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule RTU ~52μL Parity-Bit Start-Bit Quelle: modbus.org Adresse Stop-Bit Start-Bit 51 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH … Übersicht Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 52 M4F – Reinhold Würth Hochschule Warum Android? Tablet Smartphone Quelle: Daten 1 Quartal 2013 idc.com, Android android-developer.com 53 M4F – Reinhold Würth Hochschule © Christian Dorsch Für das Design gibt’s XML! <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_... *xML = Extensible Markup Language Quelle: Software C. Dorsch 54 M4F – Reinhold Würth Hochschule ©Rosenberg Ventilatoren GmbH Das Ganze bitte einmal für… … fürs Tablet auch nochmal… … Horizontal sowie Vertikal und… Quelle: Smartphone, Tablet samsung.com 55 © Christian Dorsch M4F – Reinhold Würth Hochschule Für die Programmierung gibt‘s JAVA! … ... * Nassi-Shneiderman Diagramme Quelle: Software C. Dorsch strukturierte Programmierung bei über 5.500 Codezeilen 56 M4F – Reinhold Würth Hochschule © Christian Dorsch Unified Modeling Language Diagramm CRC Prüfung und Berechnung, Daten Konvertierung, GUI Elemente, … * GUI = Graphical User Interface Quelle: Smartphone samsung.com, modbus.org, bluetooth.com, Action pmtips.net, Dialog caveviews.blogs.com 57 M4F – Reinhold Würth Hochschule … Übersicht Quelle: Transceive freeievectors.com, QR-Code visualead.com, Smartphone & Tablet samsung.com, Head 123rf.com, Scann-QR Schulbilder.org, Finger iconfinder.com 58 ©Rosenberg Ventilatoren GmbH M4F – Reinhold Würth Hochschule Anwendungen: … RTU to Converter … Klimagerät … … Messe: Eyecatcher 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 M4F – Reinhold Würth Hochschule Let‘s talk to Rosie! Live !!! Quelle: QR-Code visualead.com 60
