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3 Hardware eingebetteter Systeme
zwei Kondensatoren und eine Spule zur Filterung von hohen Frequenzanteilen vorgesehen. In unserem Beispiel gibt es vier PWM-Ausgänge. Es ist üblich, mehrere
PWM-Ausgänge zu haben. Atmel 32-Bit AVR Microcontroller in der AT32UC3ASerie haben beispielsweise sieben PWM-Ausgänge [26]. In der Praxis gibt es viele
Optionen für das detaillierte Verhalten von PWM-Hardware.
Kompromisse sind erforderlich für die Wahl der Basisfrequenz (dem Reziproken der Periode) des PWM-Signals und des Filters. Die Basisfrequenz muss größer
sein als der höchste Frequenzanteil im zu konvertierenden Signal. Höhere Basisfrequenzen machen den Entwurf des Filters – sofern erforderlich – einfacher. Zu hohe
Basisfrequenzen erzeugen allerdings mehr elektromagnetische Störungen und einen
hohen Energiebedarf, da jedes Schalten Energie verbrauchen wird. Typischerweise
benutzt man Basisfrequenzen, die zwischen einem Faktor 2 und 10 größer sind als
die größte Frequenz des zu wandelnden Signals.
3.6.4 Aktuatoren
Es gibt eine Vielzahl von Aktuatoren [151], von riesigen Aktuatoren, die in der Lage
sind, Gewichte von mehreren Tonnen zu bewegen, bis hin zu winzigen Aktuatoren
mit einer Größe im µm-Bereich.
Als Beispiel nennen wir hier eine bestimmte Art von Aktuatoren, die zukünftig an
Bedeutung gewinnen werden: die Mikrosystemtechnologie erlaubt die Herstellung
von winzigen Aktuatoren, die beispielsweise in den menschlichen Körper eingepflanzt werden können. Mit Hilfe solcher Miniaktuatoren kann die Menge von Medikamenten, die in den Körper eingebracht werden, genau an den aktuellen Bedarf
angepasst werden. Damit ist eine viel bessere Medikamentenversorgung möglich als
mit herkömmlichen Injektionen.
Beispiel 3.19: Abb. 3.61 zeigt einen Miniaturmotor, der mit Mikrosystemtechnologie hergestellt wurde. Seine Größe bewegt sich im µm-Bereich. Der drehbare Teil in
der Mitte wird durch dreiphasige elektrostatische Kräfte gesteuert [478].
∇
Aktuatoren sind für das Internet der Dinge wichtig. Es ist unmöglich, einen
Überblick über alle verfügbaren Aktuatoren zu geben.
3.7 Elektrische Energie
Die allgemeinen Randbedingungen und Ziele für den Entwurf von eingebetteten und
cyber-physikalischen Sytemen (siehe Seiten 9 bis 18 und Tabelle 1.2) müssen auch
für den Entwurf von Hardware eingehalten werden. Unter den verschiedenen Zielen
konzentrieren wir uns auf jene, welche elektrische Energie betreffen. Gründe hierfür
sind in Tabelle1.1 auf Seite 15 angegeben.
3 Hardware eingebetteter Systeme
zwei Kondensatoren und eine Spule zur Filterung von hohen Frequenzanteilen vorgesehen. In unserem Beispiel gibt es vier PWM-Ausgänge. Es ist üblich, mehrere
PWM-Ausgänge zu haben. Atmel 32-Bit AVR Microcontroller in der AT32UC3ASerie haben beispielsweise sieben PWM-Ausgänge [26]. In der Praxis gibt es viele
Optionen für das detaillierte Verhalten von PWM-Hardware.
Kompromisse sind erforderlich für die Wahl der Basisfrequenz (dem Reziproken der Periode) des PWM-Signals und des Filters. Die Basisfrequenz muss größer
sein als der höchste Frequenzanteil im zu konvertierenden Signal. Höhere Basisfrequenzen machen den Entwurf des Filters – sofern erforderlich – einfacher. Zu hohe
Basisfrequenzen erzeugen allerdings mehr elektromagnetische Störungen und einen
hohen Energiebedarf, da jedes Schalten Energie verbrauchen wird. Typischerweise
benutzt man Basisfrequenzen, die zwischen einem Faktor 2 und 10 größer sind als
die größte Frequenz des zu wandelnden Signals.
3.6.4 Aktuatoren
Es gibt eine Vielzahl von Aktuatoren [151], von riesigen Aktuatoren, die in der Lage
sind, Gewichte von mehreren Tonnen zu bewegen, bis hin zu winzigen Aktuatoren
mit einer Größe im µm-Bereich.
Als Beispiel nennen wir hier eine bestimmte Art von Aktuatoren, die zukünftig an
Bedeutung gewinnen werden: die Mikrosystemtechnologie erlaubt die Herstellung
von winzigen Aktuatoren, die beispielsweise in den menschlichen Körper eingepflanzt werden können. Mit Hilfe solcher Miniaktuatoren kann die Menge von Medikamenten, die in den Körper eingebracht werden, genau an den aktuellen Bedarf
angepasst werden. Damit ist eine viel bessere Medikamentenversorgung möglich als
mit herkömmlichen Injektionen.
Beispiel 3.19: Abb. 3.61 zeigt einen Miniaturmotor, der mit Mikrosystemtechnologie hergestellt wurde. Seine Größe bewegt sich im µm-Bereich. Der drehbare Teil in
der Mitte wird durch dreiphasige elektrostatische Kräfte gesteuert [478].
∇
Aktuatoren sind für das Internet der Dinge wichtig. Es ist unmöglich, einen
Überblick über alle verfügbaren Aktuatoren zu geben.
3.7 Elektrische Energie
Die allgemeinen Randbedingungen und Ziele für den Entwurf von eingebetteten und
cyber-physikalischen Sytemen (siehe Seiten 9 bis 18 und Tabelle 1.2) müssen auch
für den Entwurf von Hardware eingehalten werden. Unter den verschiedenen Zielen
konzentrieren wir uns auf jene, welche elektrische Energie betreffen. Gründe hierfür
sind in Tabelle1.1 auf Seite 15 angegeben.