Eingebettete Systeme sind das Herzstück vieler verschiedener Produkte, Maschinen und intelligenter Vorgänge, wie z. B. Anwendungen für maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz. Da Anwendungen für eingebettete Systeme heute in jeder Branche und jedem Sektor auftauchen, spielen eingebettete Geräte und Software eine entscheidende Rolle für das Funktionieren von Autos, Haushaltsgeräten, medizinischen Geräten, interaktiven Kiosken und anderen Geräten, die wir in unserem täglichen Leben verwenden. In diesem Artikel haben wir Beispiele für eingebettete Systeme mit Erklärungen bereitgestellt, damit Sie lernen, wie sich diese Technologie auf jede Facette des modernen Lebens auswirkt.
Während das wirkliche Leben
eingebettete Systeme sind zu einem wichtigen Teil unseres Lebens geworden. Sie sind so konstruiert, dass sie mit minimalen menschlichen Eingriffen funktionieren. Eigenschaften wie kompakte Größe, einfaches Design und niedrige Kosten machen sie zu einer nützlichen Technologie in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Gesundheitswesen und sogar Smart Cities. Damit sind sie eine der treibenden Kräfte hinter der digitalen, vernetzten und automatisierten Welt von heute. Hier finden Sie die Arten und Eigenschaften von eingebetteten Systemen zusammen mit einigen realen Beispielen von Geräten, auf denen eingebettete Software läuft.
4 Typen von Embedded-Geräten
Gängige eingebettete Systeme können in vier Typen eingeteilt werden, die sowohl auf Leistungs- als auch auf Funktionsanforderungen basieren:
- Echtzeit
- Eigenständig
- Vernetzte
- Mobil
Real-Time
Eingebettete Echtzeitsysteme werden entworfen und installiert, um bestimmte Aufgaben innerhalb eines vordefinierten Zeitlimits auszuführen. Sie werden weiter in zwei verschiedene Typen unterteilt:
- Weiche Echtzeit-Embedded-Systeme: Für diese Systeme ist die Erledigung der Aufgabe von größter Wichtigkeit, während die Frist keine Priorität hat.
- Harte Echtzeit-Embedded-Systeme: Diese Systeme priorisieren Deadlines, so dass sie auf keinen Fall verpasst werden sollten.
Einige der Beispiele für eingebettete Echtzeitsysteme sind:
- Sound-System eines Computers (Soft-Echtzeit-System)
- Flugzeugsteuerungssystem (Hartes Echtzeitsystem)
Eigenständig
Dabei handelt es sich um autarke Systeme, die zur Ausführung von Aufgaben nicht auf ein Host-System wie einen Prozessor oder einen Computer angewiesen sind. Hier sind einige Beispiele für eigenständige eingebettete Technologien:
- Mikrowellenherde
- Waschmaschinen
- Videospiel-Konsolen
Vernetzte
Diese Systeme sind mit einem verdrahteten oder drahtlosen Netzwerk verbunden, um zugewiesene Aufgaben auszuführen und Ausgaben an die angeschlossenen Geräte zu liefern. Sie setzen sich aus Komponenten wie Controllern und Sensoren zusammen. Hier sind einige Beispiele für eingebettete Netzwerksoftware:
- Geldautomaten
- Haus-Sicherheitssysteme
- Kartendurchzugsmaschinen
Mobil
Diese Systeme sind kleiner in der Größe und einfach zu bedienen. Obwohl sie nur über einen begrenzten Speicher verfügen, werden sie aufgrund ihrer Portabilität und Handlichkeit bevorzugt. Hier sind ein paar Beispiele für mobile eingebettete Steuerungssysteme:
- Digitalkameras
- Handys
- Intelligente Uhr
- Fitness-Tracker
Merkmale von eingebetteten Computersystemen
Zu den Hauptmerkmalen typischer eingebetteter Systeme gehören:
- Kleiner Formfaktor (SFF): Hierbei handelt es sich um Leiterplattendesigns, die mit robuster Verarbeitungsleistung in kleineren, robusten Gehäusen verpackt sind, wodurch die Raumeffizienz maximiert wird.
- Energieeffiziente Komponenten: Dies sind Prozessoren mit geringerer thermischer Leistung, die die Kühlung minimieren und den Bedarf an Lüftern und beweglichen Komponenten beseitigen.
- Mit einer Funktion: Diese Systeme sind so konzipiert, dass sie während ihrer Lebensdauer eine bestimmte Funktion erfüllen.
- Geringere Kosten: Da sie keine Erweiterungssteckplätze für Peripheriegeräte haben, sind eingebettete Systeme in der Regel kostengünstiger als voll ausgestattete Computer und weisen weniger komplexe Komponenten auf.
Wenn Sie mit der Terminologie oder den Konzepten eingebetteter Systeme nicht vertraut sind und mehr wissen möchten, stehen Ihnen zahlreiche Ressourcen zur Verfügung. Sehen Sie sich die verwandten Inhalte unten auf dieser Seite an, sowie unsere Ressourcen, Lösungsseiten und Videos.
10 Beispiele für eingebettete Systeme
Es gibt viele Dinge, die mit eingebetteten Systemen in das Internet der Dinge (IoT) sowie in Maschine-zu-Maschine-Geräte (M2M) integriert sind. Eingebettete Systeme sind außerordentlich vielseitig und anpassungsfähig und finden sich heute in allen intelligenten Geräten. Es ist schwierig, einen einzigen Bereich des modernen Lebens zu finden, in dem diese Technologie nicht zum Einsatz kommt. Hier sind einige Beispiele für Anwendungen eingebetteter Systeme aus der Praxis.
- Zentrale Heizungsanlagen
- GPS-Systeme
- Fitness-Tracker
- Medizinische Geräte
- Automobilsysteme
- Transit und Fahrgeldeinzug
- Geldautomaten
- Fabrik-Roboter
- Ladestationen für Elektrofahrzeuge
- Interaktive Kioske
1. Zentrale Heizsysteme
Zentralheizungssysteme wandeln die chemische Energie in einem Heizungsraum in thermische Energie um und übertragen diese Energie in Wärme, die dann an zahlreiche Räume innerhalb eines Gebäudes abgegeben wird. Es ist wichtig, dass diese Systeme über Thermostatsteuerungen verfügen, um die Temperatur einzustellen, was durch ein eingebettetes System erreicht wird.
Wenn eine Zentralheizung nicht mit Temperaturreglern ausgestattet ist, kann dies dazu führen, dass ein Raum überhitzt wird, während ein anderer Raum kalt bleibt. Mit den richtigen Thermostatsteuerungen können Sie die Temperatur auf ein angenehmes Niveau einstellen und in großem Umfang Energie sparen.
Beispiele für eingebettete Systeme in Zentralheizungen sind in einer Reihe von Strukturen zu finden, die eine Temperaturregelung benötigen, sowohl für den Komfort als auch für die Verwaltung temperaturempfindlicher Güter.
Beispiele sind:
- Bürogebäude
- Fabriken
- Lebensmittelläden
- Häuser
- Schulen
- Krankenhäuser
2. GPS-Systeme
Das GPS ist ein Navigationssystem, das Satelliten und Empfänger verwendet, um Daten in Bezug auf Ort, Zeit und Geschwindigkeit zu synchronisieren. Der Empfänger oder das Gerät, das die Daten empfängt, hat ein integriertes eingebettetes System, um die Anwendung eines globalen Positionierungssystems zu erleichtern. Die eingebetteten GPS-Geräte ermöglichen es den Menschen, ihre aktuellen Standorte und Ziele leicht zu finden. Daher gewinnen sie schnell an Bedeutung und werden zu den am häufigsten verwendeten Navigationsgeräten für Automobile.
Heutzutage werden GPS-Systeme in der Regel in:
- Autos
- Mobile Geräte
- Palmtop
3. Fitness-Tracker
Fitness-Tracker sind tragbare Geräte, die Ihre Gesundheit überwachen und Aktivitäten wie Schlafen, Laufen und Gehen verfolgen können. Diese Geräte verwenden eingebettete Systeme, um Daten in Bezug auf Ihre Herzfrequenz, Körpertemperatur und die Anzahl der Schritte zu sammeln, die dann über WAN wie LTE oder GPRS an Server gesendet werden.
Fitness-Tracker werden im Allgemeinen verwendet für:
- Überwachung der persönlichen Aktivität
- Medizinische Überwachung
- Sportliche Ausbildung
4. Medizinische Geräte
Medizinische Geräte in Gesundheitseinrichtungen enthalten seit geraumer Zeit eingebettete Systeme. Eine neue Klasse von medizinischen Geräten nutzt eingebettete Systeme, um Patienten zu behandeln, die zu Hause häufig überwacht und ständig betreut werden müssen. Diese Systeme sind mit Sensoren ausgestattet, die Daten über den Gesundheitszustand der Patienten sammeln, wie z. B. Herzfrequenz, Puls oder Messwerte von Implantaten, die an eine Cloud gesendet werden, wo ein Arzt die Patientendaten auf seinem Gerät drahtlos überprüfen kann. Medizinische Geräte sind weit verbreitet, um Patienten effizient zu diagnostizieren und zu behandeln, und einige ihrer Beispiele sind:
- Herzschrittmacher
- Defibrillator
- Ultraschall-Scanner
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5. Automotive Systeme
Eingebettete Systeme im Automobil werden entwickelt und installiert, um die Sicherheit von Automobilen zu erhöhen. Dank der Sicherheitssysteme in Fahrzeugen ist die Zahl der Verkehrstoten in den letzten Jahren stark gesunken. Die Automobilindustrie geht die Extrameile, um Autos mit fortschrittlichen Technologiesystemen und Sensoren zu verstärken, was ohne eingebettete Systeme nicht möglich ist.
Einige wichtige Beispiele für ein aktives Sicherheitssystem sind adaptive Geschwindigkeitsregelung, Pannenwarnung, Fußgängererkennung, Einfahrhilfe, Airbags und mehr. Dies sind nur einige wenige Funktionen, die das Unfallrisiko verringern und die Nachfrage nach eingebetteten Systemen weltweit fördern sollen.
Einige weitere Beispiele für eingebettete Systeme im Automobilbereich sind:
- Auto-Navigationssystem
- Anti-Blockier-Bremssystem
- Fahrzeug-Entertainment-System
6. Transit und Fahrgeldeinzug
Automated Fare Collection (AFC) ist ein Ticketing-System, das es Fahrgästen ermöglicht, den Fahrpreis über Fahrkartenautomaten oder Online-Dienste zu bezahlen. Ursprünglich wurden diese Systeme mit Münzen und Wertmarken ausgestattet, wurden aber durch Magnetstreifenkarten oder Chipkarten ersetzt. Ein AFC ist ein grundlegendes Bahnhofsgerät, das aus einem Fahrkartenautomaten, einem automatischen Gate-Automaten und einem Fahrkartenprüfgerät besteht. Diese Komponenten sind eingebettete Systeme, die schnellere Transaktionen, nahtlose Abläufe und eine effizientere Zahlungserfassung gewährleisten.
Während Busse und Bahnen im städtischen Nahverkehr immer noch Fahrscheine und Fahrkarten aus Papier verwenden, haben die städtischen Nahverkehrssysteme AFC mit Chipkarten eingeführt, die eine kostengünstige Technologie sind und zusätzliche Sicherheit zusammen mit Datenerfassungsoptionen bieten.
Automatisierte Fahrgeldmanagementsysteme sind in der Regel zu finden bei:
- U-Bahn-Stationen
- Busbahnhöfe
- Bahnhöfe
Wenn Sie nach Beispielen für eingebettete Prozessoren im Transportsektor suchen, sehen Sie sich einige unserer Kundenberichte an, die zeigen, wie eingebettete System-on-Modules von Digi in Transport- und Fahrzeuganwendungen eingesetzt werden:
7. Geldautomaten
Ein Geldautomat (ATM) ist ein computergestütztes Gerät, das im Bankwesen verwendet wird und über ein Netzwerk mit einem Host-Bankcomputer kommuniziert. Der Bankcomputer prüft alle von den Benutzern eingegebenen Daten und speichert alle Transaktionen, während das eingebettete System im Geldautomaten die Transaktionsdaten anzeigt und Eingaben über die Tastatur des Geldautomaten verarbeitet.
Ein Geldautomat wird meist verwendet, um:
- Bargeld abheben
- Kontostand und Transaktionsdetails prüfen
- Geld auf ein anderes Konto einzahlen
8. Fabrik-Roboter
Fabrikroboter sind dafür ausgelegt, hochpräzise Aufgaben unter gefährlichen Arbeitsbedingungen auszuführen. Sie verfügen über ein integriertes, eingebettetes System, um verschiedene Subsysteme zu verbinden. Bei einer typischen mechanischen Aufgabe setzen Roboter Aktoren, Sensoren und Software ein, um die Umgebung wahrzunehmen und die beabsichtigte Leistung sicher abzuleiten.
Ohne ein eingebettetes System wären die Roboter auf externe Steuerungs- oder Rechensysteme angewiesen. Dies wiederum kann die Sicherheitsrisiken aufgrund von Verzögerungen oder Ausfällen in der Verbindungsstrecke zwischen dem Fabrikroboter und seinem externen Computersystem erhöhen. Heute, da Industrie 4.0 kommt, integrieren diese Systeme künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, um die Anlagen intelligenter, sicherer und effektiver zu machen - zum Beispiel können Maschinen Defekte erkennen, die das menschliche Auge nicht sehen würde, und diese aus der Produktion entfernen.
Fabrikroboter haben eine Reihe von Anwendungen:
- Fließband
- Qualitätsüberwachung
- Schweißen
- Malen
- Palettieren
9. Ladestationen für Elektrofahrzeuge
Ladestationen für Elektrofahrzeuge sind mit Ladepunkten oder -einheiten ausgestattet, die elektrische Energie zum Aufladen der angeschlossenen Fahrzeuge liefern. Ein eingebettetes System befindet sich in der Ladestation, um die Verarbeitung für grafische Anzeigen bereitzustellen, alle Probleme mit dem Gerät zu melden und Techniker zu alarmieren, wenn eine Wartung erforderlich ist. Diese eingebettete Lösung bietet einen einfachen und kostengünstigen Ansatz für die Überwachung und Wartung der Ladeinfrastruktur. Eine Reihe von Digi-Kunden, wie z. B. AddÉnergie, entwickeln Lösungen, um diesen wachsenden Markt zu bedienen.
Einige der häufigsten Anwendungen von Ladestationen für Elektrofahrzeuge sind:
- Fahrzeuge aufladen
- Austauschen der Batterien
- Parkende Fahrzeuge
10. Interaktive Kioske
Selbstbedienungs-Kioske wurden entwickelt, um Endbenutzern Dienstleistungen und Informationen in Umgebungen anzubieten, in denen die Anwesenheit menschlicher Mitarbeiter nicht möglich oder nicht kosteneffektiv ist. Diese Maschinen und Terminals ermöglichen es zum Beispiel einem Passagier in einem leeren Flughafen, um 4 Uhr morgens eine Mahlzeit zu kaufen, ohne mit menschlichen Mitarbeitern zu interagieren. Interaktive Kioske gibt es in allen Formen und Größen, von einfachen Kaffeeausgabesystemen bis hin zu komplexen Verkaufsautomaten und Tankstellen mit hochauflösenden Grafiken. Aus diesem Grund ist es für Embedded-Entwickler wichtig, mit einer skalierbaren Produktlinie wie Digi ConnectCore® 8X/8M System-on-Module (SOMs)die die Entwicklung von Produktlinien mit skalierendem Funktionsumfang unterstützen.
Ein eingebettetes System bietet die Verarbeitung für vernetzte Kiosk-Automaten mit Selbstbedienung, die ein interaktives Kundenerlebnis bieten. Diese Systeme können so entwickelt werden, dass sie auch in abgelegenen Umgebungen und im Freien funktionieren und selbst unter extremen Wetterbedingungen Informationen und Dienste bereitstellen. Sie können auch Ausfallzeiten für Echtzeitanwendungen eliminieren und verfügen über erweiterbare E/A-Optionen, die für die Konsolidierung von Arbeitslasten ausgelegt sind.
Abgesehen von Flughäfen findet man interaktive Kiosk-Automaten vor allem in:
- Einzelhandelsstandorte und Verbrauchermärkte
- Krankenhäuser
- Filmtheater
- Regierungsgebäude
Die Bedeutung von eingebetteten Systemen
Die Menschen hinterfragen oft die Bedeutung von eingebetteten Systemen im täglichen Leben. Diese kleinen Computer werden in verschiedene Systeme integriert, um bestimmte Bild- und Datenverarbeitungsaufgaben auszuführen, und beeinflussen so maßgeblich die Art und Weise, wie wir pendeln, unsere Freizeit verbringen, Geschäfte führen und verschiedene andere tägliche Aktivitäten ausführen.
Fragen Sie sich immer noch, wo Sie eingebettete Systeme finden können? Egal, ob Sie in einem Restaurant, einem Büro, einer Arztpraxis, einer Fabrik oder einer anderen Umgebung arbeiten, Ihr Arbeitsplatz ist voll von Systemen, die mit eingebetteten Geräten gebaut wurden, wie Aufzüge, Drucker, Router und Kassensysteme. Kurz gesagt, sie sind überall in unserer Gesellschaft zu finden - von Fahrzeugen und EV-Ladestationen über Verkaufsautomaten, Lotterielosesysteme und Digital Signage bis hin zu anspruchsvollen medizinischen Geräten.
Hier sind einige der Gründe, warum eingebettete Systeme auf der ganzen Welt immer weiter verbreitet sind:
- Sie sind kleine, schnelle und leistungsstarke Computer, die in vielen Geräten und Anlagen eingesetzt werden, die wir täglich benutzen.
- Sie garantieren die Leistung von Echtzeitanwendungen.
- Sie sind für die Erledigung einer Aufgabe innerhalb eines vorgegebenen Zeitlimits verantwortlich, wie z. B. die schnelle Grafikverarbeitung und die Verarbeitung künstlicher Intelligenz.
Darüber hinaus werden Embedded-Module immer ausgefeilter und leistungsfähiger und verfügen über immer mehr Grafikleistung und Edge-Computing-Funktionen, so dass Embedded-Entwickler über die nötigen Werkzeuge verfügen, um marktgerechte Hochleistungsprodukte auf den Markt zu bringen.
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Die Bedeutung von eingebetteten Systemen ist so groß, dass die Welt ohne sie ganz anders aussehen würde als heute. Dank des kontinuierlichen technischen Fortschritts werden sie in absehbarer Zukunft für jedes Gerät noch wichtiger werden. Wenn Sie verstehen, warum wir eingebettete Systeme verwenden, und eine Fülle von Beispielen kennen, in denen sie eingesetzt werden, sind Sie besser gerüstet, um die technische Welt um Sie herum wahrzunehmen und die Vorteile dieser spannenden Technologie zu nutzen.
Bei Digi haben wir eingebettete Systeme und Entwicklungstools auf die nächste Stufe gehoben. Unsere eingebetteten Systeme sind Komplettlösungen für die Entwicklung drahtloser Anwendungen, mit Entwickler-Tools und integrierter Sicherheit. Erfahren Sie mehr über unsere Lösungen für eingebettete Systeme und kontaktieren Sie uns, um ein Gespräch zu beginnen.
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