Unser Türschildprojekt schreitet voran. Lesen Sie hier, was unsere Prototypen schon alles können, welche Gemeinsamkeiten man bei Hunden und Logos finden kann, wie wir unsere Energiekrise gemeistert haben und wie wir als Team weiter zusammengewachsen sind.
Das erwartet Sie im folgenden Blog-Beitrag:
Wie alles begann
Ein Hund ist nur ein Anfang
Der Schock: uns geht der Saft aus
Welchen Strom hätten Sie denn gerne? Die vielen Wege der Stromversorgung
Wer wechselt zweimal täglich die Batterien?
Strommessung: ein Praktikant ist keine Lösung
Wir brauchen mehr Sonne - oder eine andere Lösung
Was geht noch und wie geht's weiter?
Wie alles begann
In Teil 1 unserer Blog-Serie stellten wir unser internes Projekt vor. Werfen Sie einen Blick darauf, um zu erfahren, welche Ziele wir uns setzten und wie unsere Reise begann.
In den vergangenen Monaten haben wir uns immer wieder mit neuen Themen beschäftigt und dabei wertvolle Erfahrungen gesammelt. Die stetige Auseinandersetzung mit neuen Technologien und kniffligen Problemlösungen hat uns nicht nur fachlich, sondern auch persönlich bereichert, uns zusammenwachsen lassen und für jede Menge Spaß gesorgt.
Ein Hund ist nur ein Anfang
Programmieren ist unser tägliches Brot. Der ein oder andere ist obendrein leidenschaftlicher Tüftler, der auch außerhalb der Arbeit gerne an Geräten und Maschinen arbeitet. Dennoch waren Themen wie Elektronik, 3D-Druck oder Batteriemanagement für Einige von uns absolutes Neuland. Welche Vorteile es mit sich bringt, so bunt zusammengewürfelt an dem Türschildprojekt zu arbeiten, wurde uns schon am Anfang des Projekts bewusst. Wir konnten die Stärken jedes einzelnen Kollegen im Laufe des Projekts nutzen.
Ein besonderer Moment war, als der Server zum ersten Mal gestartet wurde – ein echter Meilenstein im Projekt. An einem Dienstag trafen wir uns wie gewohnt in unserem Labor, als einer unserer Kollegen ankündigte, dass er etwas Vorzeigbares vorbereitet habe. Stille. Gespannt lauschten und beobachteten wir, wie er das System startete. Er lud das erste Bild hoch und erklärte, wie er vorging. Als das E-Ink-Display zunächst schwarz blieb, hielten wir alle den Atem an. Doch nach und nach erschien das Bild – ein kleiner Hund. Oh‘s und Ah‘s gingen durch die Reihen! Wir freuten uns sehr, dass das auf Anhieb so reibungslos funktionierte. Als auch andere Bilder und schließlich das SEKAS-Logo ohne Probleme angezeigt wurden, war die Begeisterung riesig. Ein erster Erfolg!
Wir konnten also die Darstellung auf den Türschildern bearbeiten – das, was wir erreichen wollten, hatten wir erreicht. Damit war das Projekt beendet.
Oder etwa nicht? Natürlich nicht. Obwohl wir stolz auf diesen Meilenstein waren, war uns bewusst, dass noch viel Arbeit auf uns wartete. Ein besonders kniffliges Problem, das uns bald beschäftigte, war die Stromversorgung.
Der Schock: uns geht der Saft aus
Welchen Strom hätten Sie denn gerne? Die vielen Wege der Stromversorgung
Die richtige Stromversorgung zu finden, war eine unerwartet große Herausforderung. Die Möglichkeiten schienen endlos: Stromanschluss, Batteriebetrieb, Akkus – und dann die Frage, ob mit oder ohne Solarpanels. Doch bevor wir uns entscheiden konnten, mussten wir herausfinden, wie viel Strom unser Gerät überhaupt verbrauchte. Die Spannung stieg, als wir ein USB-Strommessgerät besorgten, um die Leistungsaufnahme unseres E-Ink-Displays zu messen.
Technische Details Dieser Tester ist ein handelsübliches Strommessgerät, mit dem man den Stromverbrauch von Geräten messen kann, die über USB mit Strom versorgt werden. Auf der einen Seite wird das Gerät in die Stromquelle (z.B. USB-Port, oder Ladegerät) eingesteckt, auf der anderen Seite in den Verbraucher. Das Messgerät zeigt die aktuelle Spannung (typischerweise gut 5 V bei USB-A), den Stromverbrauch in Ampere und die Leistung in Watt an. Zusätzlich wird der Stromverbrauch und die Leistungsaufnahme seit dem Einstecken in mAh und Wh angezeigt.
Wer wechselt zweimal täglich die Batterien?
Der Moment, als wir die ersten Messwerte ablasen, war ein ernüchternder Augenblick. Es zeigte sich ein Stromverbrauch mit WiFi-Verbindung von ca. 1 mA bei 5,3 V und einen Stromverbrauch ohne WiFi-Verbindung beim Beladen des E-Ink-Displays von 0,2 bis 0,3 mA bei 5,3 V. Schnell holten die Projektbeteiligten ihre Taschenrechner heraus und begannen fieberhaft zu rechnen. Das Ergebnis: im Ruhezustand betrug die Laufzeit etwa 16,6 Stunden und für das E-Ink-Display etwa 27,7 Stunden. Das war nicht besonders lange! Die Messwerte offenbarten uns die Wahrheit: Der Stromverbrauch war viel höher, als wir gehofft hatten. Diese Erkenntnis war ein echter Schock. Wir standen vor der Frage, ob unsere ursprünglichen Pläne überhaupt umsetzbar waren. Die Möglichkeit, die Türschilder an die Stromleitung anzuschließen, verwarfen wir schnell. Hierbei wäre ein zu großer Aufwand entstanden: Umbauten wie das Verlegen von Kabeln, die Gewährleistung der elektrischen Sicherheit und die damit verbundene mögliche Beeinträchtigung der Gebäudestruktur oder auch die Abnahme durch einen Elektriker – das war uns zu umständlich. Eine Akku- oder Batterielösung schien einfacher, doch der hohe Stromverbrauch machte uns einen Strich durch die Rechnung. Die Frage stand im Raum: Können wir die Schilder überhaupt dauerhaft mit Akkus oder Batterien betreiben? Trotz dieses Rückschlags waren wir entschlossen, eine Lösung zu finden.
Strommessung: ein Praktikant ist keine Lösung
Die Herausforderung, die uns der unerwartet hohe Energieverbrauch stellte, erforderte kreatives Denken. Als Team standen wir vor der Aufgabe, eine Lösung zu finden, die uns aus dieser schwierigen Lage heraushelfen würde. Jede Meinung und jede Idee wurde lebhaft und intensiv diskutiert. Die Vielfalt unserer Perspektiven und das unterschiedliche Vorwissen der Teammitglieder ermöglichten es uns, unterschiedliche Ansätze zu entwickeln und auszuprobieren.
Um uns von den ständigen Blicken auf das Strommessgerät zu befreien und nicht einen Praktikanten dafür anheuern zu müssen, entwickelten wir ein System, das die Batteriespannung kontinuierlich überwacht und an den Server überträgt.
Technische Details Der verwendete ESP32 hat einige ADCs (Analog to Digital Converter). Mit diesen kann eine analoge Spannung zwischen 0 V und 3,3 V gemessen werden. Die Batteriespannung kann aber bis zu 4,2 V bei vollgeladen Akkus sein. Um die Batteriespannung trotzdem messen zu können, verwenden wir einen Spannungsteiler. Dieser wird mit zwei gleich großen Widerständen realisiert. Zwischen den beiden Widerständen ist damit die Spannung halbiert und kann so gemessen werden. Die Firmware rechnet den gemessenen Wert dann wieder in die Batteriespannung um und meldet diese an den Server. Da in dieser Schaltung die beiden Widerstände zwischen dem Plus- und Minuspol der Batterie hängen, müssen hohe Widerstandswerte verwendet werden. Ansonsten würde der fließende Strom die Batterien schnell leeren. Andererseits sorgen zu hohe Widerstände für größere Messungenauigkeiten. Wir verwenden daher 470k Ω, was einen guten Kompromiss darstellt. Die Verlustleistung des Spannungsteilers ist lediglich 4.2 V / 2* 470k Ω = 0,004 mA.
Wir brauchen mehr Sonne - oder eine andere Lösung
Wir hatten das Problem im Blick, aber noch keine Lösung vor Augen. Also ging’s ans Tüfteln, womit wir den Verbrauch reduzieren oder das Problem elegant umgehen könnten. Die Idee, Solarstrom zu nutzen, schien sehr vielversprechend. Obwohl Unsicherheiten bestanden, ob Solarpanels im Gang (mit wenig Tageslicht) funktionieren würden, orderten wir zu Testzwecken welche. Und was sollen wir sagen: es funktioniert nicht – nicht mit einem, nicht mit zweien, nicht mit vielen. Der Gang war einfach zu dunkel.
Wir überlegten, wie der Stromverbrauch bei der Datenaktualisierung reduziert werden könnte. Die Einführung von Over the Air Updates war ein entscheidender Schritt nach vorn. Neue Firmwareversionen wurden hierbei über den Server auf alle Türschilder verteilt. Die zeitgesteuerten Updates richteten wir aus Stromspargründen mit Crontab Syntax ein. Das System suchte dadurch nur werktags einmal stündlich zwischen 6 und 18 Uhr nach Aktualisierungen – und nicht rund um die Uhr.
Als wir dann auch noch mit Verbindungsproblemen zum Wifi-Server kämpften, waren wir zunächst ratlos. Es fühlte sich an, als ob wir gegen unsichtbare Wände rannten. Bald fanden wir heraus, dass die dynamische IP-Adresse des Wlan-Sticks das Problem war. Die schnelle Hilfe unseres Systemadministrators, der eigentlich nicht direkt am Projekt beteiligt war, war ein echter Lichtblick. Es war schön zu sehen, wie sich alle für den Erfolg des Projekts einsetzten – selbst die, die nicht direkt beteiligt waren.
Als nächstes klemmten wir eine überflüssige LED auf der Platine ab. Diese einfache Maßnahme führte zu einer beeindruckenden Verbesserung der Laufzeit – von zwei Monaten auf vier Monate. Diese positive Nachricht führte zu weiteren Diskussionen über zusätzliche Einsparpotentiale. Die Kultur des ständigen Austauschs und der offenen Kommunikation half uns enorm dabei, neue Ideen schnell zu evaluieren und umzusetzen.
Schließlich fiel die Entscheidung, die Türschilder mit zwei Lithium-Ionen-Akkus zu betreiben, die eine Laufzeit von bis zu acht Monaten ermöglichten. Unser Ziel war, die Türschilder einfach über Powerbanks aufzuladen, ohne sie demontieren zu müssen. Damit das funktionierte, werden wir sowohl bei der Elektronik als auch beim Gehäuse entsprechende Vorkehrungen treffen müssen. Dazu berichten wir dann in einem der kommenden Blog-Artikel.
Was geht noch und wie geht's weiter?
Viele Themen laufen in unserem Türschildprojekt parallel. Daher können wir mittlerweile auch schon Einiges mehr vorzeigen als nur das Thema Batteriemanagement.
Schon jetzt hängen erste Prototypen an vier verschiedenen Türen und zeigen sich in unterschiedlichen Gehäusedesigns. Mit jedem neuen Prototyp verfeinern wir das Design weiter und arbeiten an der perfekten Anbringung. Besonders stolz sind wir auf das Türschild für unseren Konferenzraum. Die Synchronisation des Kalenders mit dem Türschild war ein echter Meilenstein. Dass wir die nächsten geplanten Meetings direkt anzeigen können, brachte nicht nur einige SEKASianer, sondern auch unsere Gäste zum Staunen. Es ist unglaublich, wie solch kleine Innovationen zu lebhaften Gesprächen führen können.
Darüber hinaus steht bereits ein erster Entwurf der Management GUI. Diesen gilt es weiter zu verfeinern. Die Management GUI wird es uns ermöglichen, die dargestellten Informationen auf den Türschildern einfach anzupassen und wichtige Ladeinformationen abzurufen.
Der Erfolg unseres Projekts liegt jedoch nicht nur in den technischen Meilensteinen, die wir erreicht haben, sondern auch in der Art und Weise, wie wir als Team gewachsen sind. Uns wird immer wieder deutlich, wie viel mehr wir zusammen erreichen können.
Und damit verabschieden wir uns vorerst von Ihnen. Bleiben Sie dran für weitere Updates und amüsante Einblicke aus unserem Türschildprojekt. Wir freuen uns darauf, Sie bald wieder mit spannenden Neuigkeiten und Geschichten zu überraschen!
Das erwartet Sie im folgenden Blog-Beitrag:
Wie alles begann
Ein Hund ist nur ein Anfang
Der Schock: uns geht der Saft aus
Welchen Strom hätten Sie denn gerne? Die vielen Wege der Stromversorgung
Wer wechselt zweimal täglich die Batterien?
Strommessung: ein Praktikant ist keine Lösung
Wir brauchen mehr Sonne - oder eine andere Lösung
Was geht noch und wie geht's weiter?
Wie alles begann
In Teil 1 unserer Blog-Serie stellten wir unser internes Projekt vor. Werfen Sie einen Blick darauf, um zu erfahren, welche Ziele wir uns setzten und wie unsere Reise begann.
In den vergangenen Monaten haben wir uns immer wieder mit neuen Themen beschäftigt und dabei wertvolle Erfahrungen gesammelt. Die stetige Auseinandersetzung mit neuen Technologien und kniffligen Problemlösungen hat uns nicht nur fachlich, sondern auch persönlich bereichert, uns zusammenwachsen lassen und für jede Menge Spaß gesorgt.
Ein Hund ist nur ein Anfang
Programmieren ist unser tägliches Brot. Der ein oder andere ist obendrein leidenschaftlicher Tüftler, der auch außerhalb der Arbeit gerne an Geräten und Maschinen arbeitet. Dennoch waren Themen wie Elektronik, 3D-Druck oder Batteriemanagement für Einige von uns absolutes Neuland. Welche Vorteile es mit sich bringt, so bunt zusammengewürfelt an dem Türschildprojekt zu arbeiten, wurde uns schon am Anfang des Projekts bewusst. Wir konnten die Stärken jedes einzelnen Kollegen im Laufe des Projekts nutzen.
Ein besonderer Moment war, als der Server zum ersten Mal gestartet wurde – ein echter Meilenstein im Projekt. An einem Dienstag trafen wir uns wie gewohnt in unserem Labor, als einer unserer Kollegen ankündigte, dass er etwas Vorzeigbares vorbereitet habe. Stille. Gespannt lauschten und beobachteten wir, wie er das System startete. Er lud das erste Bild hoch und erklärte, wie er vorging. Als das E-Ink-Display zunächst schwarz blieb, hielten wir alle den Atem an. Doch nach und nach erschien das Bild – ein kleiner Hund. Oh‘s und Ah‘s gingen durch die Reihen! Wir freuten uns sehr, dass das auf Anhieb so reibungslos funktionierte. Als auch andere Bilder und schließlich das SEKAS-Logo ohne Probleme angezeigt wurden, war die Begeisterung riesig. Ein erster Erfolg!
Wir konnten also die Darstellung auf den Türschildern bearbeiten – das, was wir erreichen wollten, hatten wir erreicht. Damit war das Projekt beendet.
Oder etwa nicht? Natürlich nicht. Obwohl wir stolz auf diesen Meilenstein waren, war uns bewusst, dass noch viel Arbeit auf uns wartete. Ein besonders kniffliges Problem, das uns bald beschäftigte, war die Stromversorgung.
Der Schock: uns geht der Saft aus
Welchen Strom hätten Sie denn gerne? Die vielen Wege der Stromversorgung
Die richtige Stromversorgung zu finden, war eine unerwartet große Herausforderung. Die Möglichkeiten schienen endlos: Stromanschluss, Batteriebetrieb, Akkus – und dann die Frage, ob mit oder ohne Solarpanels. Doch bevor wir uns entscheiden konnten, mussten wir herausfinden, wie viel Strom unser Gerät überhaupt verbrauchte. Die Spannung stieg, als wir ein USB-Strommessgerät besorgten, um die Leistungsaufnahme unseres E-Ink-Displays zu messen.
Technische Details Dieser Tester ist ein handelsübliches Strommessgerät, mit dem man den Stromverbrauch von Geräten messen kann, die über USB mit Strom versorgt werden. Auf der einen Seite wird das Gerät in die Stromquelle (z.B. USB-Port, oder Ladegerät) eingesteckt, auf der anderen Seite in den Verbraucher. Das Messgerät zeigt die aktuelle Spannung (typischerweise gut 5 V bei USB-A), den Stromverbrauch in Ampere und die Leistung in Watt an. Zusätzlich wird der Stromverbrauch und die Leistungsaufnahme seit dem Einstecken in mAh und Wh angezeigt.
Wer wechselt zweimal täglich die Batterien?
Der Moment, als wir die ersten Messwerte ablasen, war ein ernüchternder Augenblick. Es zeigte sich ein Stromverbrauch mit WiFi-Verbindung von ca. 1 mA bei 5,3 V und einen Stromverbrauch ohne WiFi-Verbindung beim Beladen des E-Ink-Displays von 0,2 bis 0,3 mA bei 5,3 V. Schnell holten die Projektbeteiligten ihre Taschenrechner heraus und begannen fieberhaft zu rechnen. Das Ergebnis: im Ruhezustand betrug die Laufzeit etwa 16,6 Stunden und für das E-Ink-Display etwa 27,7 Stunden. Das war nicht besonders lange! Die Messwerte offenbarten uns die Wahrheit: Der Stromverbrauch war viel höher, als wir gehofft hatten. Diese Erkenntnis war ein echter Schock. Wir standen vor der Frage, ob unsere ursprünglichen Pläne überhaupt umsetzbar waren. Die Möglichkeit, die Türschilder an die Stromleitung anzuschließen, verwarfen wir schnell. Hierbei wäre ein zu großer Aufwand entstanden: Umbauten wie das Verlegen von Kabeln, die Gewährleistung der elektrischen Sicherheit und die damit verbundene mögliche Beeinträchtigung der Gebäudestruktur oder auch die Abnahme durch einen Elektriker – das war uns zu umständlich. Eine Akku- oder Batterielösung schien einfacher, doch der hohe Stromverbrauch machte uns einen Strich durch die Rechnung. Die Frage stand im Raum: Können wir die Schilder überhaupt dauerhaft mit Akkus oder Batterien betreiben? Trotz dieses Rückschlags waren wir entschlossen, eine Lösung zu finden.
Strommessung: ein Praktikant ist keine Lösung
Die Herausforderung, die uns der unerwartet hohe Energieverbrauch stellte, erforderte kreatives Denken. Als Team standen wir vor der Aufgabe, eine Lösung zu finden, die uns aus dieser schwierigen Lage heraushelfen würde. Jede Meinung und jede Idee wurde lebhaft und intensiv diskutiert. Die Vielfalt unserer Perspektiven und das unterschiedliche Vorwissen der Teammitglieder ermöglichten es uns, unterschiedliche Ansätze zu entwickeln und auszuprobieren.
Um uns von den ständigen Blicken auf das Strommessgerät zu befreien und nicht einen Praktikanten dafür anheuern zu müssen, entwickelten wir ein System, das die Batteriespannung kontinuierlich überwacht und an den Server überträgt.
Technische Details Der verwendete ESP32 hat einige ADCs (Analog to Digital Converter). Mit diesen kann eine analoge Spannung zwischen 0 V und 3,3 V gemessen werden. Die Batteriespannung kann aber bis zu 4,2 V bei vollgeladen Akkus sein. Um die Batteriespannung trotzdem messen zu können, verwenden wir einen Spannungsteiler. Dieser wird mit zwei gleich großen Widerständen realisiert. Zwischen den beiden Widerständen ist damit die Spannung halbiert und kann so gemessen werden. Die Firmware rechnet den gemessenen Wert dann wieder in die Batteriespannung um und meldet diese an den Server. Da in dieser Schaltung die beiden Widerstände zwischen dem Plus- und Minuspol der Batterie hängen, müssen hohe Widerstandswerte verwendet werden. Ansonsten würde der fließende Strom die Batterien schnell leeren. Andererseits sorgen zu hohe Widerstände für größere Messungenauigkeiten. Wir verwenden daher 470k Ω, was einen guten Kompromiss darstellt. Die Verlustleistung des Spannungsteilers ist lediglich 4.2 V / 2* 470k Ω = 0,004 mA.
Wir brauchen mehr Sonne - oder eine andere Lösung
Wir hatten das Problem im Blick, aber noch keine Lösung vor Augen. Also ging’s ans Tüfteln, womit wir den Verbrauch reduzieren oder das Problem elegant umgehen könnten. Die Idee, Solarstrom zu nutzen, schien sehr vielversprechend. Obwohl Unsicherheiten bestanden, ob Solarpanels im Gang (mit wenig Tageslicht) funktionieren würden, orderten wir zu Testzwecken welche. Und was sollen wir sagen: es funktioniert nicht – nicht mit einem, nicht mit zweien, nicht mit vielen. Der Gang war einfach zu dunkel.
Wir überlegten, wie der Stromverbrauch bei der Datenaktualisierung reduziert werden könnte. Die Einführung von Over the Air Updates war ein entscheidender Schritt nach vorn. Neue Firmwareversionen wurden hierbei über den Server auf alle Türschilder verteilt. Die zeitgesteuerten Updates richteten wir aus Stromspargründen mit Crontab Syntax ein. Das System suchte dadurch nur werktags einmal stündlich zwischen 6 und 18 Uhr nach Aktualisierungen – und nicht rund um die Uhr.
Als wir dann auch noch mit Verbindungsproblemen zum Wifi-Server kämpften, waren wir zunächst ratlos. Es fühlte sich an, als ob wir gegen unsichtbare Wände rannten. Bald fanden wir heraus, dass die dynamische IP-Adresse des Wlan-Sticks das Problem war. Die schnelle Hilfe unseres Systemadministrators, der eigentlich nicht direkt am Projekt beteiligt war, war ein echter Lichtblick. Es war schön zu sehen, wie sich alle für den Erfolg des Projekts einsetzten – selbst die, die nicht direkt beteiligt waren.
Als nächstes klemmten wir eine überflüssige LED auf der Platine ab. Diese einfache Maßnahme führte zu einer beeindruckenden Verbesserung der Laufzeit – von zwei Monaten auf vier Monate. Diese positive Nachricht führte zu weiteren Diskussionen über zusätzliche Einsparpotentiale. Die Kultur des ständigen Austauschs und der offenen Kommunikation half uns enorm dabei, neue Ideen schnell zu evaluieren und umzusetzen.
Schließlich fiel die Entscheidung, die Türschilder mit zwei Lithium-Ionen-Akkus zu betreiben, die eine Laufzeit von bis zu acht Monaten ermöglichten. Unser Ziel war, die Türschilder einfach über Powerbanks aufzuladen, ohne sie demontieren zu müssen. Damit das funktionierte, werden wir sowohl bei der Elektronik als auch beim Gehäuse entsprechende Vorkehrungen treffen müssen. Dazu berichten wir dann in einem der kommenden Blog-Artikel.
Was geht noch und wie geht's weiter?
Viele Themen laufen in unserem Türschildprojekt parallel. Daher können wir mittlerweile auch schon Einiges mehr vorzeigen als nur das Thema Batteriemanagement.
Schon jetzt hängen erste Prototypen an vier verschiedenen Türen und zeigen sich in unterschiedlichen Gehäusedesigns. Mit jedem neuen Prototyp verfeinern wir das Design weiter und arbeiten an der perfekten Anbringung. Besonders stolz sind wir auf das Türschild für unseren Konferenzraum. Die Synchronisation des Kalenders mit dem Türschild war ein echter Meilenstein. Dass wir die nächsten geplanten Meetings direkt anzeigen können, brachte nicht nur einige SEKASianer, sondern auch unsere Gäste zum Staunen. Es ist unglaublich, wie solch kleine Innovationen zu lebhaften Gesprächen führen können.
Darüber hinaus steht bereits ein erster Entwurf der Management GUI. Diesen gilt es weiter zu verfeinern. Die Management GUI wird es uns ermöglichen, die dargestellten Informationen auf den Türschildern einfach anzupassen und wichtige Ladeinformationen abzurufen.
Der Erfolg unseres Projekts liegt jedoch nicht nur in den technischen Meilensteinen, die wir erreicht haben, sondern auch in der Art und Weise, wie wir als Team gewachsen sind. Uns wird immer wieder deutlich, wie viel mehr wir zusammen erreichen können.
Und damit verabschieden wir uns vorerst von Ihnen. Bleiben Sie dran für weitere Updates und amüsante Einblicke aus unserem Türschildprojekt. Wir freuen uns darauf, Sie bald wieder mit spannenden Neuigkeiten und Geschichten zu überraschen!
