Projekt Systementwicklung

Master-Projekt Systementwicklung als Blockveranstaltung in der vorlesungsfreien Zeit

In der vorlesungsfreien Zeit bietet Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein den zweiten Teil fĂĽr das MPSE "Situationserkennung fĂĽr Ambient Assisted Living" als Blockveranstaltung vom 27.02. bis 17.03.17 an. 

 

Das Kickoff-Meeting findet am 23.02.17 im EST-Labor (D10, Raum 0.34/0.35) um 10:15 Uhr statt.

 

 

Projektbeschreibung

 

Neben den Komfortaspekten eines Smart Home gewinnen mit altersgerechten Assistenzsystemen (Ambient Assisted Living AAL) zunehmend die Unterstützung für ein unabhängiges und selbstbestimmtes Leben im Alter an Bedeutung.

Erinnere an …
Im Rahmen des Forschungsprojekts sDDS4SmartHome untersuchen wir Szenarien, in denen Möglichkeiten betrachtet werden, wie zukünftig Wohnungen mit Assistenzfunktionen ausgestattet werden können. Ein Szenario ist dabei, dass ein Assistenzsystem beim Verlassen der Wohnung vor Gefahren wie eingeschalteten elektrischen Geräte, Herden, offenen Fenstern oder andere Gefahrenquellen warnt. Wurde eine Gefahr erkannt, kann die Warnung z.B. durch Färbung des Deckenlichts signalisiert werden.

Erkenne die Situation …
Das Verlassen der Wohnung kann durch einen Bewegungsmelder an der Tür erkannt werden. Jedoch erkennen herkömmliche Bewegungsmelder meist nur, dass sich eine Person in der Nähe der Wohnungstür befindet. Eine intelligente Situationserkennung sollte unterscheiden, ob die Wohnung tatsächlich verlassen wird. Weiterhin sollte bei mehreren Bewohnern nur die letzte Person gewarnt werden. Personen, die sich lediglich in der Nähe der Wohnungstür aufhalten, sollen keine Warnung auslösen.

…mit Privatspäre…
Um die Privatsphäre der Bewohner zu schützen, wollen wir Cloud-basierte Ansätze vermeiden und keine Informationen über das Privatleben an entfernte Rechenzentren schicken. Stattdessen sollen alle Daten der vorhandenen Sensoren lokal in einem eingebetteten System analysiert werden. Somit bleiben Situationen, in denen eine Warnung erfolgt, privat.

…als Projekt...
wollen wir eine Wohnung mit einem komplexen Netzwerk aus Sensoren ausstatten und ein dynamisches Regelwerk erstellen. HierfĂĽr stellt uns die Wohnungsbaugesellschaft Vonovia fĂĽr einen Monat eine leere Wohnung zur VerfĂĽgung.  In diesem Projekt wollen wir sehr praxisnah untersuchen, wie assistiertes Wohnen in Zukunft aussehen könnte mit vielen Möglichkeiten an Prototypen zu experimentieren und an neuen Standards fĂĽr SmartHome mit zu wirken.    

Aktueller Projektstand...
Im vergangenen Semester sind bereits folgende Ziele erreicht worden:Aktuell verwenden wir einen Raspberry Pi 3 mit Touchdisplay als zentrale Steuereinheit. Die Sensordaten, wie z.B. Fensterkontakte und Bewegungsmelder werden bisher mittels der sDDS-Middleware simuliert an das Heimautomations-Framework OpenHAB weitergegeben. Als grafisches Frontend setzen wir CometVisu zur Gestaltung des User-Interfaces ein.

Nächste konkrete Projektziele...
Wir wollen die simulierten Sensordaten mit echten Sensoren ersetzen. Diese werden wir zusammen mit unserem Gesamtsystem in einer realen Wohnung, die uns für den Monat März zur Verfügung steht, installieren und testen. Hierbei wollen wir untersuchen, wie die Einbindung von Sensoren während einer Installation in Zukunft vereinfacht werden kann. Als weitere Aufgabenstellung lässt sich untersuchen, wie sich die Einbindung von Aktoren z.B. schaltbare Steckdosen in ein sDDS-Netzwerk realisieren lässt.

Dafür soll das sDDS-Protokoll-Binding für OpenHAB erweitert werden. Während die OpenHAB-Runtime auf einem OSGi-Framework in Java basiert, ist sDDS in C implementiert. Die nativen C-Funktionen der sDDS-Middleware lassen sich über ein Protokoll-Binding mittels JNA (Java Native Access) nutzen, wodurch ein Zugriff aus der JVM auf eine C-Library ermöglicht wird. Somit sind Java-Kenntnisse, sowie eventuelle Erfahrungen mit JNA hilfreich.

Des Weiteren soll das grafische User-Interface so angepasst werden, dass der Grundriss der realen Wohnung AAL-gerecht als Grundlage dient. Hierzu lässt sich der Editor von CometVisu einsetzen verbunden mit einer Konfiguration in HTML und CSS. Wenn Ihr entsprechende Kenntnisse mitbringt, wäre das hilfreich.

Weitere Projektziele können gemeinsam zu Beginn der Blockveranstaltung definiert werden.

 

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!

 

Weitere Informationen bei:

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein - Laborleiter EST

Olga Dedi - Wissenschaftliche Mitarbeiterin sDDS4SmartHome

Bettina Kurz-Kalweit - Laboringenieurin EST

 

sDDS4SmartHome in Kooperation mit:

Hochschule Rhein-Main
Vonovia SE - Wohnungsvermietung und -dienstleistungen
COUNT+CARE GmbH - Tochterunternehmen der ENTEGA
Thermokon Sensortechnik GmbH - Sensorik für Heizsysteme und Gebäude

 

 


Historie

Master-Projekt Systementwicklung im WS16/17

In diesem Wintersemester bieten Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein und Prof. Dr. Elke Hergenröther wieder ein gemeinsames Projekt aus den Themengebieten Embedded Systeme und graphischer Datenverarbeitung an.  Zur Auswahl stehen zwei verschiedene Themenvorschläge.

 

1. Themenvorschlag: Situationserkennung fĂĽr Ambient Assisted Living

Neben den Komfortaspekten eines Smart Home gewinnen mit altersgerechten Assistenzsystemen (Ambient Assisted Living AAL) zunehmend die UnterstĂĽtzung fĂĽr ein unabhängiges und selbstbestimmtes Leben im  Alter an Bedeutung.

Erinnere an …

Im Rahmen des Forschungsprojekts sDDS4SmartHome untersuchen wir Szenarios, wie in Zukunft Wohnungen mit Assistenzfunktionen ausgestattet werden können. Eine Assistenz soll beim Verlassen der Wohnung davor warnen, ob es in der Wohnung Gefahrenpunkte wie eingeschaltete elektrische Geräte, Herde, offene Fenster oder andere Aspekte gibt. Ist eine Gefahr erkannt, kann die Warnung z.B. durch Färbung des Deckenlichts signalisiert werden.

Erkenne die Situation …

Ein Bewegungsmelder kann nur erkennen, dass sich eine Person in der Nähe einer Wohnungstür befindet. Eine intelligente Situationserkennung sollte unterscheiden, ob die Wohnung tatsächlich verlassen wird. Bei mehreren Bewohnern sollte nur die letzte Person gewarnt werden. Und eine Person, die sich nur in der Nähe der Wohnungstür aufhält, sollte keine Warnung auslösen.

…mit Privatspäre…

Dabei wollen wir Cloud-basierte Ansätze vermeiden und keine Informationen über das Privatleben an Rechenzentren schicken. Stattdessen soll der Videostream einer Webcam direkt lokal in einem Embedded System analysiert werden. Situationen, in denen eine Warnung erfolgt, können privat bleiben.

Als Projekt...

wollen wir untersuchen, inwieweit sich die Erkennung unterschiedlicher Situationen (mehrere Personen, Haustiere, …) unter Einsatz aktueller Embedded Boards implementieren lässt.

sDDS4SmartHome in Kooperation mit

Hochschule Rhein-Main
Vonovia SE - Wohnungsvermietung und -dienstleistungen
COUNT+CARE GmbH - Tochterunternehmen der HSE
Thermokon Sensortechnik GmbH - Sensorik für Heizsysteme und Gebäude

 

2. Themenvorschlag: Virtuelle BĂĽhnenbilder mit der HoloLens

In der Industrie nutzt man die virtuelle Produktentwicklung bereits sehr lange. Diese Technik soll nun fĂĽr die Theaterwelt adaptiert werden.

Ziel des Projektes ist es prototypisch eine Technik zu entwickeln mit der man die riesigen Leinwände der BĂĽhnenbilder bereits vor Ihrer Fertig­stellung als virtuelle Prototypen auf der realen BĂĽhne sehen kann, um beispielsweise ihre Wirkung zu testen. Um dies realisieren zu können, wird die Firma Bosch-Rexroth, in deren Auftrag und mit deren UnterstĂĽtzung das Projekt realisiert werden soll, eine HoloLens von Microsoft zur VerfĂĽgung stellen.  

Der Prototyp soll schrittweise entwickelt werden. Geplant sind die nach­folgend beschriebenen Teilschritte:

Teilschritt 1:

Ein Tennisball, wird auf einer Schnur aufgehängt. Beim Blick durch die HoloLens soll Zusatzinformation, vielleicht die Pendelgeschwindigkeit, angezeigt werden. Hierfür soll das HoloLens-API genutzt werden.

Teilschritt 2:

Unity stellt eine API für die HoloLens zur Verfügung. Im nächsten Schritt soll evaluiert werden, in wie weit es von Vorteil ist Unity für das Projekt zu nutzen.

Teilschritt 3:

Im letzten Schritt wird dann der eigentliche Prototyp realisiert. Die Firma Bosch-Rexroth stellt ein Modell eines Hebewerks fĂĽr BĂĽhnen­bilder zur VerfĂĽgung. Konkret ist dies eine Laststange, die mit zwei SeilzĂĽgen verbunden ist, um die BĂĽhnenbilder in die Höhe ziehen zu können. Die Höhenwerte können ausgelesen werden und sollen zusammen mit einer Bezeichnung und einer virtuellen Kulisse an der Laststange in der HoloLens sichtbar sein. Ein Datenaustausch zwischen HoloLens und dem realen physikalischen Modell per TCP/IP ist nötig.  

 

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!

Weitere Informationen bei:

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein oder
Prof. Dr. Elke Hergenröther

 

 

 

 


Master-Projekt Systementwicklung als Blockveranstaltung im WS15/16

In der kommenden vorlesungsfreien Zeit bieten Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein und Prof. Dr. Elke Hergenröther ein Master-Projekt Systementwicklung aus den Themengebieten Embedded Systeme und graphischer Datenverarbeitung an. Es basiert auf dem im Sommersemester 2015 begonnenen Projekt.

Die Idee des "Digitalen Presenters
Ein Stift mit Kamera erkennt anhand feiner Muster in dem angezeigten Bild, auf
welchen Bereich er zeigt. Somit lassen sich Stellen von besonderem Interesse
hervorheben.

Aktueller Stand
Momentan verwenden wir noch eine statische Kamera, um die projizierten Bilder aufzunehmen. Mittels verschiedener Algorithmen wird das Kamerabild bildverarbeitungstechnisch aufbereitet, um daraus die Muster zu extrahieren.

Wir benutzen OpenCV, um die erforderlichen bildverarbeitungstechnischen Schritte zu realisieren. Die verwendete Sprache ist dabei C++. Die Projektdateien werden mit CMake erzeugt, daher könnt Ihr unabhängig von Eurem Betriebssystem mitarbeiten.

Erste Softwarekomponenten zur Mustererkennung sowie zur Mustererzeugung sind teilweise aus dem vorherigen Projekt verwendbar. Hardwarekomponenten stehen noch keine Fest, hier könnt Ihr eure eigenen Vorschläge ins Projekt mit einbringen.
Das Projekt selbst steckt noch in den Anfangsschuhen, daher sind wir auch offen fĂĽr
neue Ideen!

Das genaue Projektziel und eine erste Definition der Teilaufgaben werden wir gemeinsam am ersten Projekttag im Form eines Workshops erarbeiten.

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!


Weitere Informationen bei:
Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein
Prof. Dr. Elke Hergenröther

 

Jetzt belegen! Die LV ist bereits im OBS verfĂĽgbar!


Master-Projekt Systementwicklung SS 2015

Im Sommersemester 2015 bieten Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein und Prof. Dr. Elke Hergenröther ein gemeinsames Projekt aus den Themengebieten Embedded Systeme und graphischer Datenverarbeitung an:

„Der digitale Presenter“

 

Das Problem

Sie präsentieren mit Laptop und Beamer und wollen auf etwas Wichtiges hinweisen. Sie nehmen ihren Laserpointer. Ein kleiner leuchtender Punkt zittert auf den Bereich zu, der Ihnen wichtig ist. Sobald Sie ihr Publikum wieder anschauen, verschwindet der Punkt. Eine Hand reckt sich in der letzten Reihe hoch. Wo waren wir noch mal?

Papier kann interaktiv sein

Seit ein paar Jahren gibt es digitale Stifte, die auf gedrucktem Papier feine, hoch aufgelöste Muster erkennen können. Anbieter vertreiben diese als Produkte wie Tiptoi® oder TING®, die interaktive Konzepte insbesondere für Lernspiele nutzen. Mit einem intelligenten Stift und einem Buch haben Sie bereits alles.

Die Idee

Beamer, Displays und Kameras bekommen immer höhere Auflösungen. Ein Stift mit Kamera erkennt anhand feiner Muster in dem angezeigten Bild, auf welchen Bereich er zeigt. Diese Information gibt er an das anzeigende Gerät, welches den Bereich sichtbar markiert. Unser Publikum sieht sofort, worum es geht. Ist die Auflösung hoch genug und unser Publikum weit genug weg, sieht nur der Stift die feinen Muster.

Die Grundlagen

Muster, in denen digitale Informationen kodiert sind, begegnen uns überall. QR-Codes sind Beispiele, wie sich eine beliebige Information kodieren lässt. Eine Kamera nimmt den Code auf, den ein Algorithmus extrahiert und daraus die Information dekodiert. Im Unterschied zu QR-Codes sind die Muster für digitale Stifte direkt mit in ein Bild gedruckt, so dass das menschliche Auge vorrangig das Bild wahrnimmt und nicht die ebenso enthaltenen Muster.

SCRUM fĂĽr den Weg

Die Idee ist da. Nur gibt es keinen fertigen Plan hin zum Ziel. Sie werden eine Reihe von Fragen klären müssen, welche technischen Grenzen es gibt und welche Implementierungen möglich und machbar sind. Agile Vorgehensweisen eignen sich für solche Problemstellungen sehr gut. Wir wählen SCRUM.

Das Ziel

Sie entwickeln einen Prototyp eines „digitalen Presenters“ mit auszuwählender Hardware und Algorithmen zur Erkennung der Muster. Dazu entwickeln Sie eine Anwendung, mit der sich der Prototyp verwenden lässt. Die agile Vorgehensweise unterstützt uns dabei, zu einer in dem gegebenen zeitlichen Umfang machbaren Umsetzung zu gelangen und weiterführende Ideen für Folgesemester zu generieren.

 

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Ihnen!

 

Weitere Informationen bei:

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein

Prof. Dr. Elke Hergenröther