Human Machine Interfaces in der Gebäudeautomation.

Human Machine Interfaces in der Gebäudeautomation. (Bild: istockphoto.com/Hispanolistic)

Laut Statista wird der HMI-Markt bis 2026 jährlich um durchschnittlich über zehn Prozent wachsen. Das entspricht einem Anstieg auf weltweit 7,24 Milliarden US-Dollar, wobei der Anteil des europäischen Marktes zirka 35 Prozent beträgt.

Die Anwendungen für Human Machine Interfaces (HMI) befinden sich im Wandel. In der Gebäudeautomation sind aktuell Touch-Displays mit dahinterliegenden Embedded-Computern für automatisierte Parksysteme oder auch für die Steuerung von Fahrstühlen oder des Raumklimas von Wohnungen beliebt. Doch oft erweist sich die Bedienung eines Touchscreens als Herausforderung, etwa wenn der Nutzer keine freie Hand hat. Dazu kommen steigende Hygiene-Ansprüche, wie sie ganz aktuell die Covid-19-Pandemie verdeutlicht hat.

Sprach- und Bilderkennung im Fokus

Als die nächsten logischen Entwicklungsschritte im HMI-Segment rücken daher Sprach- und Bilderkennung in den Fokus: Der Fahrstuhl erkennt den Passagier im Sportoutfit und fragt, ob er am Fitnesscenter anhalten soll. Ein Szenario für Terminals, die ihre Nutzer erkennen, noch bevor sie vor ihnen stehen und mit ihnen kommunizieren. Den Markt künftig mitbestimmen werden Technologien, die personalisiert und situationsangepasst mit den Anwendern in den Dialog treten können.

Ein proaktiver Ansatz von Bedienterminals trägt neben der Luxus-Komponente ebenso zur Gesamtqualität und Bewertung von Gebäuden bei. Kriterien, wie sie die Wohnimmobilien- und Hotel-Branche anwendet. Auch öffentliche Gebäude von Behörden und Verwaltungen benötigen leistungsfähige HMI-Lösungen, etwa für die Umsetzung von Besucher- und Mitarbeiter-Leitsystemen, die eine gute Orientierung selbst in schier endlos erscheinenden Gängen gewährleisten. Als weitere Triebkraft der wachsenden Nachfrage intelligenterer HMI-Lösungen gilt außerdem das globale Städtewachstum. Hier entstehen kontinuierlich neue Aufgabenstellungen für mehr Komfort, Effizienz und Effektivität in der modernen Gebäudeautomation.

Die Elektronik muss weit mehr als nur Touch- und Grafikfunktionen erfüllen

Neben den Grundeigenschaften Touch- und Grafikfunktionalität sowie der Bereitstellung von Schnittstellen zu spezifischen Anwendungen erfordern HMI-Terminals als künftige proaktive Helfer eine Vielfalt an weiteren „Fähigkeiten“. Dazu zählen Audio- und Videostreaming-Funktionen für die Interaktion mit realen Personen, der Aufbau von Kommunikationskanälen zu anderen Terminals für eine nahtlose Führung des Nutzers sowie eine leistungsfähige Bildverarbeitung, die z.B. geeignet ist für Gestik- und Personenerkennung und -beobachtung.

Dazu kommen Authentifizierungsmöglichkeiten per Sprache und Bild sowie konsequente Security-Mechanismen, um Hackern keine Chance zu geben. Des Weiteren muss die Elektronik für moderne HMI-Anwendungen zuverlässig arbeiten – selbst unter widrigen Bedingungen. Überdies sind auch die Langzeitverfügbarkeiten von Hard- und Software wichtige Kriterien, ebenso wie die Energieeffizienz, die Einbaufähigkeit ohne hohen Kühlaufwand und die Skalierbarkeit für unterschiedliche Aufgaben innerhalb der Gebäude. Nicht zuletzt spielt auch der Preis eine Rolle, um eine breite Akzeptanz zu erhalten.

Das Modul TQMaRZG2x bildet alle Leistungsklassen ab. Der Prozessor ist in den Derivaten RZG2N und RZG2M, sowie RZG2H verfügbar.
Das Modul TQMaRZG2x bildet alle Leistungsklassen ab. Der Prozessor ist in den Derivaten RZG2N und RZG2M, sowie RZG2H verfügbar. (Bild: TQ-Group)

Leistungsstarke Embedded-Module mit integrierten Hochleistungs-Grafik-Controllern

Echte Bedienungsfortschritte von der proaktiven Barrierefreiheit bis hin zum vorausschauenden elektronischen Concierge verlangen dementsprechend nach leistungsstarken Embedded-Modulen mit integrierten Hochleistungs-Grafik-Controllern für hochwertige Bildauswertung und -übertragung sowie fundiertem Know-how aus der Entwicklerbranche. Mit seinen neuen leistungsfähigen TQMaRZG2x-Modulen unterstützt der Technologiedienstleister TQ Entwickler dabei, sich auf ihr Bedienkonzept und dessen Optimierung zu konzentrieren. Charakteristisch für das leistungsstarke, kosteneffiziente Gesamtpaket auf Basis der RZ/G2-Prozessoren von Renesas sind sie eine sehr gute Balance zwischen Schnittstellenvielfalt und Prozessorleistung.

Die Embedded-Module verfügen über vorintegrierte Hochleistungs-Grafik-Controller und liefern Pin-kompatibel unterschiedlichste Verarbeitungsleistungen. So lässt sich die benötigte Rechenleistung skalieren und der Modul-Anwender kann sein eigenes Produktportfolio mit Varianten nach oben und unten abrunden. Mit steckkompatiblen Modulen können die Entwickler die gebotene Leistungsbandbreite in ihren Projekten nutzen, ohne aufwändige Redesigns durchführen zu müssen, die Abgabetermine oder das Budget gefährden. Damit steht einem Livestream mit menschlichem Ansprechpartner, einer Sprach- und Gestensteuerung nichts mehr im Weg – ganz gleich, ob als Gegensprechanlage, Verbindung zu einem Callcenter, für einen Türöffner oder vorausschauenden elektronischen Concierge.

Ein Moduldesign für drei pinkompatible Derivate.
Ein Moduldesign für drei pinkompatible Derivate. (Bild: TQ-Group)

Human-Machine-Interfaces im Wandel

Das HMI-Segment befindet sich im Wandel. Neben den Grundeigenschaften Touch- und Grafikfunktionalität sowie Bereitstellung von Schnittstellen sind vielfältige weitere Fähigkeiten gefordert. Audio- und Videostreaming-Funktionen, Aufbau von Kommunikationskanälen zu anderen Terminals, leistungsfähige Bildverarbeitung für Gestik- sowie Personenerkennung und –beobachtung gehören dazu. Hinzu kommen Authentifizierungsmöglichkeiten per Sprache und Bild sowie konsequente Security-Mechanismen. Gefragt sind hierbei leistungsstarke Embedded-Module mit integrierten Hochleistungs-Grafik-Controllern für hochwertige Bildauswertung und -übertragung.

Von Vorteil erweist sich bei den dahinterliegenden Embedded-Modulen, wenn sie neben einer ausreichenden Anzahl verschiedener Schnittstellen und ausreichender Speicherkapazität auch über Prozessoren mit erhöhter Betriebssicherheit verfügen. TQ setzt daher bei internen und externen Speichern seiner MPUs (Micro Processor Units) optional auf das Fehlerkorrektur-Verfahren ECC (Error Correcting Code). Dabei werden redundante Informationen erzeugt, um Datenfehler zu erkennen, zu korrigieren und so die Bitfehlerrate zu senken. Um in kleinen Display-Lösungen Platz zu finden, ist auch die Größe des Moduls von Bedeutung. Das TQMaRZG2x mit einer Abmessung von 77 mm × 50 mm ist kleiner als eine Kreditkarte. Die Leistungsaufnahme des Moduls beträgt typischerweise 6 W. Ein Standard-Temperaturbereich von -25 bis +85 °C ermöglicht einen Außeneinsatz. Für besonders frostige Umgebungen steht ein erweiterter Temperaturbereich von bis zu -40 °C zur Verfügung.

Sicherheit bei Daten und Verfügbarkeit entscheiden über die Qualität der Mensch-Maschine-Schnittstelle

Ein durchgängiges Security-Konzept im Design sorgt bei Modulen wie dem TQMaRZG2x für die nötige Datensicherheit des HMI-Geräts. Ausschlaggebend dafür ist eine vertrauenswürdige Plattform, die sich auszeichnet durch zahlreiche Security-Funktionen. Dazu zählen ARM-basierte Trust-Zone-Partitionierung, Kryptografie-Beschleunigung, sichere Schlüsselerzeugung und -speicherung, sicheres Booten etc. Kurzum, die Prozessoren müssen Code- und Datensicherheit liefern und den Einsatz von Sprach- und Gesichtserkennung für Security-Mechanismen ermöglichen. Wichtige Argumente, um Sicherheitsbedenken von Nutzern und Eigentümern auszuräumen.

Für die Implementierung moderner HMI-Lösungen in Bereichen wie Infrastruktur- und Industrieanlagenbau ist auch die Langzeitverfügbarkeit von Bedeutung. So enthalten die RZ/G2-Prozessoren Linux-Langzeit-Support von Renesas, der einen Nutzungszeitraum von mindestens zehn Jahren umfasst, inklusive erforderlicher Security-Maßnahmen. Lästige aus der PC- und Consumer-Elektronikwelt bekannte Updatezyklen und die hiermit verbundene Gefahr nicht mehr ausreichender Hardware-Voraussetzungen lassen sich auf diese Weise zukunftssicher umgehen. Dem Einsatz eines langlebigen, elektronischen, proaktiven Concierge steht Architekten, Gebäudebetreibern, Bewohnern und Gästen somit nichts mehr entgegen. (neu)

Autor

Autor, Andreas Willig

Andreas Willig, Produktmanagement, TQ-Group

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