Modernisierung für Systeme zur Signaldatenverarbeitung

Retrofit im Elektronikdesign

Der Ruf nach schneller Digitalisierung ist kaum zu überhören und in allen Branchen und Anwendungen überwiegen heute die Vorteile digitaler Daten. Dennoch sind Kosten und Aufwand enorm hoch, sollen analoge Systeme zur Signaldatenverarbeitung in Verkehrsanwendungen, in der Logistik und Überwachung ersetzt werden. Abhilfe schaffen Retrofit-Lösungen, die analoge Systeme erweitern, ohne die komplette Infrastruktur austauschen zu müssen.
 Retrofit-Lösungen können analoge Systeme erweitern, ohne die komplette Infrastruktur austauschen zu müssen.
Retrofit-Lösungen können analoge Systeme erweitern, ohne die komplette Infrastruktur austauschen zu müssen.Bild: Hema Electronic GmbH

Insbesondere in großen Infrastrukturprojekten wie Bahnanlagen, für die Überwachung von Tunnels oder die Zufahrtskontrolle von Betriebsgeländen kommen nach wie vor häufig ältere Kamerasysteme und Sensoren zum Einsatz, die analoge Daten erzeugen und weiterleiten, z.B. an einen Bildschirm. Häufig funktionieren die Anlagen zuverlässig. Aufgrund ihres Alters und des technologischen Fortschritts seit der Einführung ist ihr Funktionsumfang aber zumeist sehr eingeschränkt. Zudem sind bei einem Defekt abgekündigte Baugruppen nicht oder nur mit erheblichem Aufwand neu zu beschaffen.

 Die Embedded-Vision-Plattform von Hema für Xilinx SoMs eignet sich für rechenintensive Anwendungen mit verschiedenen Signaldaten.
Die Embedded-Vision-Plattform von Hema für Xilinx SoMs eignet sich für rechenintensive Anwendungen mit verschiedenen Signaldaten.Bild: Hema Electronic GmbH

Analog und Digital gemeinsam nutzen

Eine Lösung zur Modernisierung solcher Anlagen sind Retrofit-Elektroniken, die bestehende analoge Systeme mit den Möglichkeiten der digitalen Datenverarbeitung erweitern und aufbessern. Dabei werden die analogen Signaldaten digitalisiert und mit modernen FPGAs oder ARM-Prozessoren verarbeitet. Durch mehrfache Signal Ein- und Ausgänge können analoge und digitale Daten kombiniert und je nach gewünschter Weiterverarbeitung ebenfalls als analoge Daten z.B. auf einem Display angezeigt oder digital ausgegeben werden. So profitieren auch bislang analoge Systeme von den flexibleren Verarbeitungsmöglichkeiten, der schnelleren Datenübertragung ohne Qualitätseinbußen und der unbegrenzten Nutzungs- und Speicherdauer. Gleichzeitig werden alle Schnittstellen des bestehenden Systems unterstützt, sodass sich die Elektronik in bestehende Anlagen integrieren lässt. Defekte Baugruppen können so mit wenig Aufwand durch modernere Komponenten ausgetauscht und die Infrastruktur kontinuierlich modernisiert werden. Ein kompletter Systemwechsel, der mit hohem Aufwand, Kosten und Risiken verbunden ist, ist nicht notwendig.

Aufwertung durch Low Latency und Bildverarbeitung

Sind die Daten der analogen Sensoren einmal digitalisiert, können alle Vorteile digitaler Weiterverarbeitung genutzt werden, allen voran die Low-Latency-Verarbeitung mit Reaktionszeiten unter 35ms. Zusätzlich stehen damit neue Funktionen zur Bildverarbeitung zur Verfügung, z.B. farbige Grafik-Overlays, Bild-in-Bild-Darstellungen oder Videomultiplexing, bei dem mehrere farbige Kamerabilder in einen einzigen Datenstream zusammengefasst werden. Für die Kommandosteuerung der Funktionen kommen FPGA-Module oder ARM-Prozessoren zum Einsatz. Beide Technologien lassen sich auch kombinieren und verbinden hohe Rechenleistung und schnelle Datenverarbeitung mit geringen Serienkosten für die Elektronik.

Modularer Aufbau senkt Aufwand und Kosten

Für die kostengünstige Entwicklung von Elektroniken zum Sammeln, Verarbeiten und Ausgeben analoger und digitaler Signaldaten hat Hema einen modularen Baukasten entwickelt, die Embedded Vision Plattform. Sie umfasst Hardware und Middleware ebenso wie ein Softwaregerüst, sodass Anwender in kurzer Zeit eine einsatzfähige Lösung erhalten. Für den Start in die Entwicklung werden die benötigten Schnittstellen und Funktionalitäten ausgewählt; über 45 Building-Blocks stehen dafür bereits in einer Bibliothek fertiger Schaltungsteile zur Auswahl, die ständig ergänzt wird. Entgegen einer kompletten Neuentwicklung sollen Anwender so von vielfach in der Industrie bewährten Schaltungsteilen und einem deutlichen Zeit- und Kostenvorteil in der Entwicklung profitieren. Auch das Design-Risiko wird so effektiv verringert. Neue Funktionen oder kundenspezifische Schaltungsteile können dennoch unkompliziert integriert werden.

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