Profil
Die Hardware-Labore 1-3 und Hardware-Werkstatt sollen Studierende, Dozierende und Mitarbeitende im Rahmen von Forschung, Entwicklung, Lehre und Abschlussarbeiten bei der ingenieursmäßigen Arbeit an Projekten der Informatik unterstützen, welche eine Anbindung an unsere reale Umgebung erfordern.
Die Schwerpunktsetzung variiert mit der gestellten Anforderung, erfordert eine wandlungsfähige, interdisziplinäre Arbeitsweise und benötigt ein hohes Domänenwissen sowie Teamwork. In das Blickfeld der Technischen Informatik fallen bei uns aktuell z.B. Techniken wie Aktorik, Sensorik, Wireless Communication, Serielle Bussysteme, Neuronale Netze, Energieeffizienz, Batterieanwendungen, Automatisierungstechnik, Regelungstechnik, Echtzeitsysteme, Robotik, Sicherheit und das Internet der Dinge.
Häufige Arbeitsabläufe bestehen in Analyse, Design, Simulation, Fertigung, Messung, Programmierung, Testen und Dokumentation.
Auf der Software-Seite wird problemspezifische Simulations-, Konstruktions- und Fertigungs-Software zur Verfügung gestellt, wie z.B. LT-Spice zur Simulation elektronischer Schaltungen, Itemis-Yakindu zur Simulation von Automaten, Aldec Active-HDL zur Simulation von programmierbarer Logik; Eagle und KiCad zur Konstruktion von Leiterplatten; Ultimaker Cura und Simplify 3D zur Erzeugung von 3D-Druckaufträgen.
Zudem erfordern die unterschiedlichen Mikrocontroller-Systeme auch spezifische Entwicklungsumgebungen, Build-Tools, Compiler, Libraries und weitere Tools. Software-Qualität und -Erstellung wird mittlerweile auch hier mit continuous integration und continuous delivery von Versionsverwaltungsystemen wie Gitlab durch angepasste Docker-Container übernommen. Die Durchführung automatischer Tests und Erstellung automatischer Dokumentation ist auch in der TI Stand der Technik. Die Bereitstellung, Pflege, Konfiguration und Wartung der dafür benötigten Soft- und Hardware ist daher auch Aufgabe der Hardware-Labore.
Zusätzlich verfügen unsere Labore auf der Hardware-Seite über Sortimente von häufig benötigten Bauteilen und Entwicklungsboards. Sie besitzen eine zukunftsfähige Fertigungstechnik für die Erstellung von funktionsfähigen Embedded Systems Prototypen. Die Arbeitssicherheit wird regelmäßig geprüft und dokumentiert. Die Ausstattung umfasst ebenfalls moderne Messtechnik, die speziell zur Überwachung digitaler Signale und Kommunikation herangezogen werden kann.
Die im Hinblick auf Industrie 4.0 mittlerweile unumgängliche Bereitstellung von Rapid Prototyping-Technologien wird ebenfalls Rechnung getragen: Es steht ein großzügig ausgestatteter CAD-Arbeitsplatz sowie drei 3D-Drucker zur Verfügung. Die Hardware-Werkstatt verfügt über interdisziplinär ausgebildetes Personal und die materialmäßige Ausstattung, um die unserem Bereich notwendige Bereitstellung von Prototypen zu gewährleisten.
Im Rahmen von wiederkehrenden Messeausstellungen und öffentlichen Auftritten, wie z.B. dem „Hochschultag“ oder dem wöchentlich stattfindenden „Abend des offenen Labors“, wird eine Möglichkeit geschaffen, den Fachbereich, bzw. die Fachhochschule öffentlich vorzustellen. Dabei wird gleichermaßen die Gelegenheit genutzt, mit potenziell Studierwilligen in Kontakt zu treten, aber auch bestehende Beziehungen zu ehemaligen Studierenden zu erhalten und Netzwerke mit vorhandenen Kooperationspartnern zu pflegen. In diesem Zusammenhang treten die Labore – neben unserer gesamten Studierendenschaft – ausdrücklich auch an Mitglieder anderer Fachbereiche, Hochschulen, Bildungseinrichtungen, Institute und sonstige technisch Interessierte verschiedener Disziplinen heran.
Von der Werkstatt werden zudem auch hausinterne Aufgaben, wie z.B. die Wartung der Medientechnik übernommen.
Als Beispiel für Konstruktion wird die Anfertigung eines Prototyps in der Hardware-Werkstatt vorgestellt. Es handelt sich um eine größere Holzkonstruktion, die in Zusammenarbeit mit der Architektur-Modellwerkstatt erstellt wurde. Solche Arbeiten sind für Messepräsentationen immer wieder relevant und können mit der Infrastruktur der Werkstatt angefertigt werden. Hierbei handelt es sich um das Bastler-Projekt zweier Master-Studenten Arcade-Automat (Öffnet in einem neuen Tab) . Nicht nur auf den Ausstellungen kommt das Gerät gut an. Zudem stellte sich heraus, dass man auf Messen, in der Zeit, in der die angelockten Kinder spielen, sich ausgiebig über das Thema Studieren mit den Eltern unterhalten kann.
Hier wird ein Beispiel für die Messmethode Digitale Signalanalyse auf einem schon recht früh angeschafften modernen Mixed Signal Oszilloskop vorgestellt. Es handelt sich um den Test eines selbst erstellten Software-Treibers für die I2C-Kommunikation mit einem Mikrocontroller. Es wird gezeigt, dass während der Kommunikation die Datenrate auf drei Geschwindigkeiten eingestellt werden konnte. Das Gerät wertet das Protokoll der bitseriell übertragenen Daten automatisch aus. Die gesammelten Daten und erstellten Auswertungen können für später auf USB-Sticks exportiert werden und zur Dokumentation des Systems herangezogen werden. Bei gewöhnlichen Oszilloskopen könnte die Fehlersuche bei digitalen Signalübertragungen durchaus eine Woche Zeit in Anspruch nehmen und wäre nicht mehr zeitgemäß.
Die erstellte digitale Fernsteuerung ermöglicht die Ansteuerung einer großen Anzahl von beliebigen Aktoren. Sie stellt eine tatsächliche Erweiterung kommerzieller Systeme dar und wird beispielsweise im Bereich Modellbau eingesetzt.
Eine selbsterstellte Mikrocontroller-Platine wird mit unserer SMD-Repair Station überarbeitet. Durch den Einsatz moderner, umweltfreundlicher Verbrauchsmaterialien bei der Leiterplattenbestückung werden hohe Anforderungen an die Fertigung gestellt.
Dieses frei konfigurierbare Bedienelement wurde im Rahmen des AAL-Projekts erstellt und soll die Fertigstellung eines funktionsfähigen Prototyps demonstrieren. Große, konfigurierbare Bedienelemente sollen Menschen mit eingeschränkter haptischer und visueller Wahrnehmung dabei unterstützen, ein selbstbestimmtes, sicheres Leben zu Hause zu ermöglichen.
Hier wird ein Prototyp für die „Wunschbedienung“ des Projekts AAL angefertigt. Dieses Projekt zeigt, wie wichtig interdisziplinäre Arbeit und Kommunikation im Ingenieursalltag eines Technischen Informatikers sind.
Das Projekt Prusa-Shield (Öffnet in einem neuen Tab) bietet eine STL-Datei zu Erstellung eines Corona-Gesichtsschilds an. Hardware-Werkstatt druckte zur Unterstützung von Kliniken im Ruhrgebiet zahlreiche Masken, um das Personal im medizinischen Bereich gegen Tröpfcheninfektion zu schützen, als auf dem Markt noch keine kommerziellen Produkte verfügbar waren.
Die Funkwaage trennt den Waageteil vom Bedienteil. Das Display bleibt ablesbar, auch wenn die Waage von z.B. einer Schüssel verdeckt wird. Hier wird ein erster funktionsfähiger Prototyp auf der MakerFaire Dortmund vorgestellt. Das System wurde im Rahmen einer Informatik-Abschlussarbeit erstellt.
Hier wird die Software für einen als SDR-Empfänger verwendeten DVBT-Sticks getestet. Digitale Radiotechnik ist leistungsfähiger und flexibler als die analoge Technik und mittlerweile zu Preisen unter 15€ beziehbar. Mit den gleichen Komponenten kann z.B. mit sensorischen Funkkomponenten im Rahmen von Smart Home und Internet der Dinge wireless kommuniziert werden.
Hier wird ein Beispiel für die software-seitige Konfiguration eines von uns erstellten „Internet der Dinge“-Netzes mit der Node-RED-Software gezeigt. Lösungen für immer wiederkehrende Probleme können mit dieser Software auf grafischer Ebene entwickelt werden.
Das von der Informatik unterstützte Architekturprojekt Straßenkarte mit LED-Hintergrundbeleuchtung demonstriert die Zusammenarbeit der Fachbereiche untereinander. Die verwendete LED-Technik ist energieeffizienter als herkömmliche Leuchtmittel, langlebig und die Farbe lässt sich software-mäßig beeinflussen.
Die in Rahmen unserer Ausbildung benötigte Mikrocontroller-Board Kleinserie „Dorobo“ wurde nach einer Problemanalyse in den Hardware-Laboren designt, gefertigt, seine Firmware erstellt, getestet und dokumentiert. Für Ausbildungszwecke stehen damit Informationen des gesamten Entwicklungsprozesses zur Verfügung.
