Erschienen am: 19.06.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 6 2017

Ein Produkt, acht Sensoren, unzählige Anwendungsmöglichkeiten

Rapid Prototyping im IoT

Unternehmen werden heute durch das Internet of Things (IoT) vor eine doppelte Herausforderung gestellt: Zum einen gilt es, in der Entwicklung schnell und unkompliziert Prototypen zu erstellen, zu testen und zu optimieren. Zum anderen sollen erfolgreich umgesetzte Prototypen mit möglichst geringem Aufwand in den Live-Betrieb überführt werden. Eine Antwort darauf bietet Bosch mit dem Entwicklungs-Kit XDK.


Bild: Bosch Connected Devices and Solutions GmbH

Die Fähigkeit, schnell einen Prototypen oder einen Proof of Concept zu entwickeln, ist ein entscheidender Faktor für die Entwicklung von IoT-Projekten. Das Cross Domain Development Kit (XDK) von Bosch empfiehlt sich als Rapid Prototyping Tool, mit dem Entwickler ihre IoT-Designs schnell realisieren, den Übergang vom Prototypen über die Kleinserie zur Massenproduktion beschleunigen und vereinfachen können. Das vielseitig einsetzbare XDK mit ARM-Cortex-M3-Prozessor verfügt unter anderem über acht Sensoren (Beschleunigung, Drehrate, Magnetfeld, Feuchtigkeit, Luftdruck, Temperatur, Umgebungslautstärke, digitaler Lichtsensor) und kommuniziert über Bluetooth LE und Wi-Fi. Für die Programmierung steht eine komfortable Entwicklungsumgebung bereit.

Mehr als bisherige Lösungen

"Bosch Connected Devices and Solutions (BCDS) suchte nach einer Lösung, die mehr Flexibilität als bisherigen Evaluation Boards bieten sollte. Denn diese Boards sind in der Regel offen und an den Arbeitsplatz in der Entwicklung gebunden", blickt Reiner Schmohl, XDK-Produktmanager bei BCDS, zurück. Als Lösung wurde das XDK entwicklet. "Bosch bietet eine auf das XDK zugeschnittene, sofort lauffähige Eclipse-Umgebung kostenlos zum Download an", führt Schmohl aus. "Die Programmierung der Sensoren des XDK und die weitere Datenverarbeitung erfolgen komfortabel über ein API, mit dem sich sämtliche Sensoren, Hardware-Funktionen sowie Netzwerkprotokolle einfach ansprechen und auswerten lassen." Programme lassen sich direkt aus dieser Entwicklungsumgebung heraus auf das XDK übertragen, das dazu über USB mit dem PC verbunden wird. Besonders praktisch: Eine umfangreiche API-Dokumentation steht über die Hilfefunktion direkt in der XDK Workbench zur Verfügung. Das Debuggen erfolgt ebenfalls in der Eclipse-Umgebung. Als Betriebssystem kommt FreeRTOS zum Einsatz. Der Speicher des XDK mit 1MB Flash und 128kB RAM bietet auch umfangreichen Anwendungen ausreichend Platz, zusätzlich lassen sich Daten auf einer SD-Karte speichern. Die Interaktion des Benutzers mit dem XDK erfolgt über drei programmierbare LEDs und zwei Buttons. Damit sind Statusmeldungen und einfache Steuerungen direkt am Gerät möglich. Der Einstieg in die XDK-Programmierung wird durch mitgelieferte OpenSource-Beispielanwendungen erleichtert. Lange Laufzeiten waren bei der Entwicklung des batteriebetriebenen XDK eine feste Vorgabe - nicht nur für das Prototyping sondern auch für kleinere Serien im produktiven Feldeinsatz. Daher ist das das Entwicklungs-Kit für den 24/7-Betrieb ausgelegt. Der leistungsstarke Prozessor ermöglicht es, Sensordaten direkt auf dem Gerät zu verarbeiten, auszuwerten und zu filtern. Eigenen Applikationen sind damit wenig Grenzen gesetzt. Es lassen sich nicht nur die Daten unterschiedlicher Sensoren miteinander in Beziehung setzen. Das XDK kann vielmehr ganz vorne in der Prozesskette entscheiden, welche Daten überhaupt sinnvollerweise übertragen werden sollen, um übergeordnete Systeme wie SPS, MES oder ERP nicht zu überlasten. Um die Sicherheit bei der Datenübertragung zu gewährleisten, unterstützt das XDK verschiedene Protokolle wie LWM2M, MQTT, REST oder JSON, die auch Anforderungen im Big-Data-Umfeld erfüllen - etwa auf Cloud-Plattformen wie Microsoft Azure oder In-Memory-Datenbanken wie SAP Hana.

Offene Online Community

Beim Support verfolgt BCDS folgenden Ansatz: "First- und Second-Level-Support erfolgen kostenlos in einer Online-Community, die allen XDK-Nutzern offen steht", erklärt Community-Manager Marc Staller. "Support-Anfragen werden offen in einem Forum diskutiert und beantwortet, von Bosch beauftragte Entwicklungsingenieure übernehmen dabei die Moderation." Die Community ist dabei nicht auf Support beschränkt: Sie soll vielmehr dem gegenseitigen Erfahrungsaustausch der Nutzer und ihrer Vernetzung untereinander dienen. Im Forum stellen Anwender eigene IoT-Projekte vor und diskutieren Ideen untereinander. Der Hersteller bietet zudem immer wieder Wettbewerbe und Online-Veranstaltungen wie Webinare für Entwickler an. Ausgewählte, und dafür freigegebene Projekte bereitet Bosch in Form von Use Cases als Inspirationsquelle für die Community-Mitgliedern auf. Weitere Unterstützung für Einsteiger und Fortgeschrittene bieten Programmierbeispiele, FAQs und Manuals etwa zum Echtzeitbetriebssystem RTOS, zur Ansteuerung der Sensoren oder zum Einsatz der Kommunikationsprotokolle. Der Community-Ansatz hat sich für Bosch bewährt: "Das Feedback der Nutzer fließt direkt in die Weiterentwicklung des XDK ein. So wurden beispielsweise die Lizenzbedingungen überarbeitet, damit die direkte Übernahme von Beispielcode in eigene Projekte jetzt möglich ist", so Schmohl. Parallel zur Online Community ist dezidierter Support für Unternehmen verfügbar, deren kommerzielle Entwicklungen etwa ein NDA erfordern.

Neue Extension Boards

Der Lieferumfang des XDK beinhaltet weiterhin einen Breadboard-Adapter, mit dem sich Hardware-Entwicklungsprojekte einfach aufsetzen lassen. Bosch hat drei neue Extension Boards für diese Schnittstelle vorgestellt, die den Funktionsumfang des XDK ausbauen. Die LoRaWAN-Erweiterungskarte bietet sichere, bidirektionale Low-Power-Wireless-Kommunikation mit Reichweiten von bis zu 35km. Die zweite Erweiterungskarte umfasst einen Infrarotsensor, der die Aufzeichnung von Wärmesignaturen für Anwendungen wie Bewegungserkennung und Temperaturmessung ermöglicht. Speziell für Anwendungen, die einen erweiterten Temperaturmessbereich verlangen, ist die dritte Erweiterungskarte konzipiert. Sie verfügt über einen zusätzlichen externen Temperaturfühler, mit dem außerhalb des XDK gemessen werden kann, und deckt -200 bis +800°C ab. Der Anschluss der drei Extension Boards erfolgt unkompliziert über die 26-polige Buchse am XDK. Das offene Konzept erlaubt es zudem, einfach Zusatzfunktionen zu realisieren.

Ein Produkt, viele Szenarien

Das Development Kit von Bosch vereinfacht und beschleunigt die Entwicklung und Umsetzung von IoT-Projekten. Die Zielgruppe geht dabei über klassischen Maschinen- und Anlagenbau hinaus. "Das XDK empfiehlt sich durch sein offenes Konzept und die unkomplizierte Einbindung in IT- und Kommunikationsinfrastrukturen beispielsweise für Automatisierungstechnik, Predictive Maintenance, Smart Building und Smart City, Mobility, Lager und Logistik oder Umwelttechnik", resümiert Schmohl. Der Ansatz einer All-in-One-Entwicklungsplattform sei auf hohe Praxistauglichkeit ausgelegt. Zudem stehe mit Bosch Connected Devices GmbH ein weltweit aufgestellter Hersteller hinter dem Produkt, der nicht nur umfassenden Support sondern bei Bedarf auch industriell gefertigte, individuelle IoT-Lösungen bietet.