Den eigenen Haushalt nachhaltiger gestalten?
Diese Seminararbeit beschäftigt sich mit der Integration einer Brennstoffzelle in den privaten Haushalt.
Es wird eine intelligente Steuerungseinheit für die Brennstoffzelle entwickelt.
Darüber hinaus wird eine App für Android Smartphones entwickelt, die dem Nutzer die Kommunikation mit der Steuerungseinheit ermöglicht und somit die Kontrolle über seine Brennstoffzelle vereinfacht.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Zielsetzung
3 Entwicklung einer Steuerungseinheit
3.1 Entwurf eines Modells
3.2 Datensicherung auf dem Cloudserver
3.3 Steuerung per Microcontroller
4 Softwareentwicklung einer App
4.1 Vorgehen nach dem Wasserfallmodell
4.2 Anforderungsanalyse
4.3 Entwurf
4.3.1 Unterteilung in Activities
4.3.2 Funktionsweise
4.3.3 Benutzeroberfläche
4.4 Implementierung
4.5 Test mit Integration
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer intelligenten Steuerungseinheit und einer zugehörigen mobilen App („CellControl“), um den Betrieb einer Brennstoffzelle im Haushalt effizienter zu gestalten, zu visualisieren und für den Endnutzer durch eine einfache Schnittstelle zugänglich zu machen.
- Hardwareentwicklung einer Steuerungseinheit basierend auf dem ESP32-Microcontroller
- Konzeption und Implementierung einer Android-App zur Steuerung und Überwachung
- Anbindung an einen Cloudserver zur Datenspeicherung und zum Datenaustausch
- Entwicklung von Visualisierungsfunktionen für Energie- und Wasserstoffdaten
- Sicherstellung der Benutzerfreundlichkeit durch ein modernes User Interface (UI)
Auszug aus dem Buch
4.2 Anforderungsanalyse
Der erste Schritt in der Softwareentwicklung liegt darin einen Plan zu verfassen, der die Eckpfeiler der entstehenden Software definiert. Er soll Auskunft darüber geben, welche Erwartungen der Nutzer an die App stellt, und gleichzeitig auch, welche Rahmenbedingungen das System zu erfüllen hat.
Die „CellControl“ App soll dem Nutzer, wie es der Name schon sagt, Kontrolle über seine Brennstoffzelle bieten und stellt ihm dafür einen simplen Ein-/Ausschalter zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit im Voraus einen Zeitpunkt anzugeben, an dem man erwartet, große Mengen Strom zu verbrauchen, wie zum Beispiel bei einer großen Geburtstagsfeier. In diesem Fall ändert die Brennstoffzelle gegebenenfalls außerplanmäßig ihre Arbeitsrichtung und kehrt die Elektrolyse um, damit die Stromverbrauchsspitze gedeckt werden kann. Außerdem stellt die App, in selbst generierten Diagrammen, den Verbrauch sowie die Erzeugung von Wasserstoff und elektrischem Strom dar. Dabei kann der Nutzer verschiedene Zeiträume einsehen, dazu gehören die letzten 24 Stunden, die vergangenen fünf beziehungsweise 30 Tage, die letzten zwölf Monate, sowie die zurückliegenden fünf Jahre. Somit hat der Besitzer zu jederzeit einen genauen Überblick über die Aktivität seiner Brennstoffzelle, die ihm des Weiteren immer anzeigt, ob diese gerade Elektrolyse oder deren umgekehrte Form betreibt. Möchte der Nutzer mehr über seine Brennstoffzelle und deren Funktionsweise erfahren, wird er zu einem Video auf der externen Plattform YouTube weitergeleitet. Des Weiteren bietet die App eine nützliche Hilfekartei und die Möglichkeit eigene Angaben in den Einstellungen zu korrigieren. Neben den eben aufgezählten Benutzeranforderungen, welche die App erfüllen soll, sind auch die Systemanforderungen zu klären. Für Endgeräte mit einem Betriebssystem ab Android 7.0 kann eine uneingeschränkte Funktionstüchtigkeit der App und all ihrer Features garantiert werden, was auch im letzten Abschnitt des Arbeitsprozesses getestet wurde. Sämtliche Server Ab- und Anfragen müssen zuverlässig abgewickelt werden. Sollte dies, aus einem nicht von der App verursachten Grund, nicht möglich sein, muss der Nutzer darüber benachrichtigt werden. Zusätzlich werden im Zuge des Datenschutzes alle Angaben, die nicht zwingend in einer Cloud gesichert werden müssen, ausschließlich lokal auf dem Nutzerendgerät gespeichert. Zur Zweckmäßigkeit soll die Benutzeroberfläche möglichst einfach, aber ansprechend gehalten werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die Relevanz von Brennstoffzellen als nachhaltige Lösung für die private Energieversorgung angesichts des Klimawandels.
2 Zielsetzung: Hier wird das Ziel formuliert, eine intelligente Steuerung und eine intuitive App zur Unterstützung von Privathaushalten bei der Entscheidung und Nutzung von Brennstoffzellen zu entwickeln.
3 Entwicklung einer Steuerungseinheit: Dieses Kapitel beschreibt den Entwurf der Hardware-Steuerung, die Nutzung des ESP32-Microcontrollers zur Vernetzung sowie die Anbindung an einen Siemens Cloudserver.
4 Softwareentwicklung einer App: Es wird der gesamte App-Entwicklungsprozess nach dem Wasserfallmodell dargestellt, von der Anforderungsanalyse bis hin zur Implementierung der Benutzeroberfläche und der Datenverarbeitung.
5 Fazit: Das Fazit resümiert den Erfolg der Entwicklung einer funktionsfähigen App und Steuerungseinheit sowie das Potenzial für zukünftige Erweiterungen wie die Integration internetfähiger Stromzähler.
Schlüsselwörter
Brennstoffzelle, Steuerungseinheit, Android App, CellControl, ESP32, Cloudserver, Wasserstofftechnologie, Softwareentwicklung, Wasserfallmodell, Anforderungsanalyse, Datenvisualisierung, Microcontroller, HTTP-Requests, Nachhaltigkeit, Energieversorgung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen Entwicklung einer intelligenten Steuerung für Brennstoffzellen im Haushalt, ergänzt durch eine mobile App zur Überwachung und flexiblen Steuerung.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Schwerpunkte liegen in der Mikrocontroller-Programmierung (ESP32), dem Design von Benutzeroberflächen für Android-Apps und der Kommunikation zwischen Endgeräten und Cloud-Systemen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist es, dem Nutzer durch eine einfache, internetbasierte Steuerungslösung das Vertrauen in die Brennstoffzellentechnologie zu stärken und eine effiziente Steuerung des Energieverbrauchs zu ermöglichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Entwicklung verwendet?
Für die Softwareentwicklung wird das klassische Wasserfallmodell genutzt, welches einen strukturierten, linearen Prozess von der Analyse über den Entwurf bis hin zur Implementierung und zum Test vorgibt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Hardwareentwicklung (Steuerungseinheit) und die App-Entwicklung, wobei insbesondere Themen wie die Datenübertragung via HTTP-Requests und die grafische Datenaufbereitung im Detail erläutert werden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Brennstoffzelle, Android-App-Entwicklung, Microcontroller, Cloud-Integration, Energieeffizienz und Wasserstofftechnologie beschreiben.
Warum wurde der ESP32 als Microcontroller gewählt?
Der ESP32 wurde aufgrund seines integrierten WLAN-Moduls und seiner für Microcontroller außergewöhnlich hohen Speicherkapazität (SRAM) gewählt, die eine effiziente Auswertung von HTTP-Requests ermöglicht.
Wie wird der Datenschutz in der App sichergestellt?
Datenschutz wird dadurch gewahrt, dass alle Informationen, die nicht zwingend zur Synchronisation mit der Cloud benötigt werden, ausschließlich lokal auf dem Endgerät gespeichert werden.
Welche Rolle spielt das Wasserfallmodell bei der Entwicklung?
Das Wasserfallmodell wird gewählt, da es sich aufgrund der Entwicklung durch eine Einzelperson hervorragend für kleine, übersichtliche Projekte eignet und einen klaren, linearen Prozessablauf sicherstellt.
- Citar trabajo
- Tim Buheitel (Autor), 2020, Entwicklung einer Steuerungseinheit mit dazugehöriger App für eine Brennstoffzelle im Haushalt, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1163445
