Das Internet of Things (IoT) ist längst keine Zukunftsvision mehr – es ist ein zentraler Bestandteil unseres digitalen Alltags. Vom Smart Home über intelligente Verkehrssteuerung bis hin zu vernetzten Industrieanlagen: Immer mehr Geräte kommunizieren kabellos und ermöglichen neue, effiziente Prozesse.
Doch was genau ist IoT?
Das Internet of Things beschreibt ein Netzwerk aus physischen Geräten, die über das Internet miteinander verbunden sind. Diese Geräte – auch „Smart Devices“ genannt – sammeln Daten, tauschen sie in Echtzeit aus und reagieren auf Umgebungsfaktoren oder Nutzerbefehle. Möglich wird dies durch Sensoren, Aktoren, Software und kabellose Kommunikationsprotokolle wie Wi-Fi, Bluetooth oder Mobilfunkstandards wie 5G.
IoT in der Praxis - Beispiele aus verschiedenen Branchen
- Smart home: Intelligente Thermostate regeln die Raumtemperatur automatisch, smarkte Beleuchtungssysteme passen sich der Tageszeit an, und elektronische Türschlösser ermöglichen den schlüssellosen Zugang per Smartphone oder Codeeingabe – sicher und komfortabel.
- Smart Mobility: Moderne Fahrzeuge sind mit IoT-Technologie ausgestattet, um Verkehrsinformationen in Echtzeit zu verarbeiten, autonomes Fahren zu ermöglichen oder Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge zu optimieren.
- Industry 4.0: In der Produktion sorgen IoT-gestützte Maschinen für eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance), indem sie Störungen frühzeitig erkennen und Ausfälle vermeiden.
Unsere IoT-Innovation: Kabellose Kommunikation für smarte Anwendungen
Als Softwareunternehmen haben wir von CIIT-Software die Möglichkeiten von IoT erweitert, indem wir einen Mikrocontroller verwendet haben, um über WiFi mit einem seriellen Bus zu kommunizieren, Daten auszulesen und Relais zu schalten. Das Ganze ist mit einer Webanwendung verknüpft, über die sich der Prozess steuern lässt. Wir verwenden für unser Projekt ein ESP32-S3 Entwicklerboard, das mit einem WiFi-Modul, BLE 5 und mehreren Hardware-UART-Schnittstellen für die serielle Kommunikation ausgestattet ist.
Grob gesagt sendet unser Server eine strukturierte Bytesequenz an den ESP32-S3, der diese verarbeitet und an eines der Geräte im Bussystem weiterleitet. Dort werden Checksummen validiert und entweder Sensorwerte ausgelesen oder Relais geschaltet. Anschließend sendet das Gerät eine Antwort über den Bus zurück an den ESP32-S3 und schließlich an den Server. Die Webanwendung wir daraufhin entsprechend aktualisiert.
Grundsätzlich handelt es sich um eine serielle, asynchrone Halb-Duplex-Kommunikation, die über Hardware-UART-Schnittstellen realisiert wird. Wir nutzen in unserem Fall das RS-485-Kommunikationsprotokoll, das in industriellen Anwendungen weit verbreitet ist. Die Signalübertragung erfolgt über differenzielle Signale auf zwei Leitungen, wobei die Kommunikation über Spannungsunterschiede geregelt wird:
- Senden: Die Leitung hat Spannung.
- Empfangen: Die Leitung hat keine Spannung.
Um die Daten in die entsprechenden elektrischen Signale zu wandeln, die von den Geräten im Bus verarbeitet werden können, nutzen wir ein MAX485-Modul als Schnittstelle zwischen dem Arduino und dem Bussystem. Erweitert haben wir das Ganze mit einer BLE-Verbindung, über die sich WiFi-Zugangsdaten einstellen lassen. Mit dem ESP32-S3 haben wir also eine leistungsfähige Plattform, die uns eine solide Basis für künftige IoT-Projekte bietet.
