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.
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.
SoMs liefern skalierbare Rechenleistung
Die benötigte Rechenleistung der Data-Distribution-Units stellen System on Modules bereit. Sie sind mit FPGAs und ARM-Prozessoren oder einer Kombination beider Technologien erhältlich und umfassen außerdem den Speicher und weitere EMV-kritische Komponenten. Durch das modulare Design wird die Komplexität bei der Entwicklung der Elektronik reduziert – Zeit und Kosten können so auch hier eingespart werden. Das Interface der Module ist standardisiert, sodass Upgrades oder verschiedene Produktvarianten häufig ohne ein komplettes Neudesign der Hardware möglich sind. Hema arbeitet dafür in zahlreichen Kundenprojekten mit SoMs von Xilinx sowie Enclustra und hat erst kürzlich eine neue Version der Embedded Vision Plattform vorgestellt. Sie ist die Basis für die weltweit ersten industrietauglichen Mainboards mit den neuen Kria K26 SoMs von Xilinx, die Rechenleistung und AI-Fähigkeiten mit robustem Design verbinden sollen.
In sechs Wochen zur Retrofit-Lösung
Mit der Embedded Vision Plattform können Retrofit-Elektroniken für bestehende Anwendungen in nur sechs Wochen entwickelt werden – vom Auftrag bis zum seriennahen Prototyp. Dabei werden bereits im Design Verfügbarkeit und Lebenszyklus der vorgesehenen Bauteile berücksichtig und Kunden in allen weiteren Entwicklungsschritten bis zur Serienqualifizierung inklusive Zertifizierung und Zulassung begleitet. Auf Wunsch übernimmt das Unternehmen auch das Lifecycle-Management und sorgt frühzeitig für Ersatz von nur schwer oder nicht mehr lieferbaren Bauteilen.
