Zahlreiche Schnittstellen, ARM-Prozessoren, FPGAs: modulare Elektronik für das Verarbeiten multipler Datensignale (Bild: hema electronic GmbH)
Herausforderung Sensorfusion
Allerdings stellen die eingangs genannten Lösungen besondere Anforderungen an die Elektroniken: So kommen oftmals eine deutlich höhere Anzahl an Sensoren zum Einsatz, als standardmäßig von Embedded Prozessoren unterstützt werden. Diese werden für dedizierte Anwendungen entwickelt und verfügen über eine Reihe darauf angepasster Interfaces. Ihr Vorteil sind eine kompakte Baugröße und ein geringer Preis. Beim Einsatz vieler Sensoren müssen aber weitere Schnittstellen um den Mikrocontroller herum zur Verfügung gestellt werden, die jedoch nicht (oder nur über Umwege wie Signalkonverter) parallel genutzt werden können.
Dabei hilft auch die Verwendung intelligenter Sensoren nicht weiter, die ja ebenfalls eine eigene Schnittstelle an der Elektronik benötigen. Ihr Vorteil liegt in der Vorverarbeitung der Daten. Je nach Sensor werden somit bereits aufgearbeitete Daten geliefert. Im Falle einer Kamera als Sensor können das zum Beispiel Bilder mit erfolgter Grauwertkorrektur und Rauschunterdrückung sein. Noch weiter gehen Sensoren für bestimmte Applikationen wie das Identifizieren von Personen oder Merkmalen, die dann nur noch das Ergebnis der Bildanalyse weitergeben. Hinzu kommt, dass für viele Anwendungen die Fusion verschiedener Sensordaten notwendig ist, etwa wenn Bilder mehrerer Kameras zusammengefügt oder die Position und Größe mittels Radar identifizierter Gegenstände auf einem Kamerabild visualisiert werden sollen. Dafür müssen der entsprechenden Applikation meist jedoch auch die Rohdaten der Sensoren zur Verfügung stehen.
Königsweg Embedded + FPGA
X86-basierte Industrie-PCs sind mit vielen unterschiedlichen Schnittstellen konfigurierbar und stellen eine hohe Rechenleistung zur Verfügung. Das ermöglicht umfassende Prozesse, bei denen die Signaldaten zusammengefasst, interpretiert und komplexe Ergebnisse ausgegeben werden. Für stationäre Überwachungs- und Kontrollaufgaben sind sie oftmals ein vernünftiger Kompromiss aus Entwicklungsaufwand, Preis und Leistungsfähigkeit. Gleichzeitig eignen sie sich durch ihre Baugröße und den oftmals hohen Stromverbrauch nur eingeschränkt für mobile oder dezentrale Anwendungen und die Integration in vorgegebene Gehäuse oder enge Einbausituationen. Die Anforderungen für mobile oder kompakte Elektroniken zur Multisignalverarbeitung lassen sich dabei wie folgt zusammenfassen:
- • Benötigt wird ein System, das möglichst viele Schnittstellen für unterschiedliche Sensoren bietet.
- • Es muss über ausreichend Rechenleistung verfügen, um Signaldaten zusammenfassen und gemeinsam auswerten zu können.
- • Für den mobilen Einsatz und die einfache Integration muss die Bauform kompakt und flexibel sein.
- • Nur tatsächlich benötigte Komponenten sollten auf der Elektronik bestückt sein, um Größe, Stromverbrauch und Serienkosten zu optimieren.
- • Ein Linux-Betriebssystem ermöglicht das unkomplizierte und freie Programmieren der Endanwendung.
