Praktische Einführung in den Ingenieurberuf im Wintersemester 2025/26
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Donnerstag, 25.09.2025
Einführende Themen
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1 Technik in anderen Kulturen: Die Boote der Polynesier
Bei "Praktische Einführung in den Ingenieurberuf" handelt es sich um so ziemlich das erste, was Sie als neu einsteigende Studierende geboten bekommen. Da macht es Sinn, dies zu nutzen, um Ihnen eine Orientierung zu geben. Dem werde ich auf eine etwas allgemeinere Art und Weise versuchen Gerecht zu werden, als vielleicht erwartet wird:
Ich möchte Ihnen helfen lernen zu verstehen, worin sich die abendländische Technik in besonderer Weise auszeichnet. Ich möchte die Stärken und sofern es sie gibt, die grundsätzlichen Schwächen der abendländische Technik gemeinsam mit Ihnen versuchen in den Blick zu bekommen. Ein Weg dies zu machen ist der Vergleich. Eine Wissenschaft, die Vergleiche zwischen Technologien unterschiedlicher Kulturen anstellt, ist die Technikanthropologie.
Heßler, M., Liggieri, K.: Technikanthropologie: Handbuch für Wissenschaft und Studium, Nomos, Baden-Baden 2020.
Code 0-1: Literatur zu Technikanthropologie
Exemplarisch nehme ich im folgenden die Schiffsnavigation als ein Beispiel.
Marianne George (2012) Polynesian Navigation and Te Lapa -- "The Flashing", Time and Mind: The Journal of Archaeology, Consciousness and Culture, 5:2, 135-173, aufgerufen: 22.09.2025, url: https://www.researchgate.net/publication/261594890_Polynesian_Navigation_and_Te_Lapa-_The_Flashing
Beispiel: Bootsbau in Taumako, Dokumentarfilm von Michael Tauchert.
mitropico.com/filter/Reihe-Magische-Welten-ZDF/Polynesien-Nomaden-der-Sudsee
Bilddokumentation
vaka.org -- Taumako Projekt
Navigation mit Te Puke Booten -- Dr. Mimi George
https://www.vaka.org/blog/categories/navigation
ÜBUNG
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Durch Insel verursachtes Wellen-Intereferenzmuster. Kenneth Lohmann und Graeme C Hays: Goal Navigation and Island-Finding in Sea Turtles, Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 356(1-2):83-95 DOI:10.1016/j.jembe.2007.12.017, url: https://www.researchgate.net/publication/222699397_Goal_Navigation_and_Island-Finding_in_Sea_Turtles
siehe auch: https://de.wikipedia.org/wiki/Polynesische_Navigation#Navigationstechniken
Uhr "H5" von John Harrison, ca. 1770: https://de.wikipedia.org/wiki/John_Harrison_(Uhrmacher)
2. Die Smart Watch betrachtet als eingebettetes System
Bild 0-1: T-Watch 2020 V3 from Lilygo.
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Dies sind Peripherien die bei der Uhr durch Programmierung angesteuert werden können:
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Programming examples: https://youtu.be/xQJAm8CVC_4
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"Jede hinreichend fortschrittliche Technologie ist von Magie nicht zu unterscheiden
"
Arthur C. Clarke
...in diesem Sinne:
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Donnerstag, 09.10.2025 -- Ringvorlesung Eingebettete System im Ingenieurwesen
Bitte tragen Sie sich in die herumgehende Liste für das Labor ein (alle außer Maschinenbau).
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1. Die Vision des Marc Weiser: The Computer for the 21st Century
Ubiquitous Computing nach Marc Weiser
Ubiquitous Computing - Wikipedia-Eintrag
Mark Weiser: The Computer for the 21st Century, Scientific American 1991.
"Consider writing, perhaps the first information technology: The ability to capture a symbolic representation of spoken language for long-term storage freed information from the limits of individual memory. Today this technology is ubiquitous in industrialized countries. Not only do books, magazines and newspapers convey written information, but so do street signs, billboards, shop signs and even graffiti. Candy wrappers are covered in writing. The constant background presence of these products of "literacy technology" does not require active attention, but the information to be conveyed is ready for use at a glance. It is difficult to imagine modern life otherwise. Silicon-based information technology, in contrast, is far from having become part of the environment. More than 50 million personal computers have been sold, and nonetheless the computer remains largely in a world of its own. It is approachable only through complex jargon that has nothing to do with the tasks for which which people actually use computers. The state of the art is perhaps analogous to the period when scribes had to know as much about making ink or baking clay as they did about writing.
"
Mark Weiser: The Computer for the 21st Century. Quelle: https://web.archive.org/web/20070630213952/http://www.ubiq.com/hypertext/weiser/SciAmDraft3.html, aufgerufen am 07.10.2025.
"Betrachten wir einmal das Schreiben, vielleicht die erste Informationstechnologie: Die Fähigkeit, eine symbolische Darstellung der gesprochenen Sprache für die langfristige Speicherung festzuhalten, befreite die Information von den Grenzen des individuellen Gedächtnisses. Heute ist diese Technologie in den Industrieländern allgegenwärtig. Nicht nur Bücher, Zeitschriften und Zeitungen vermitteln schriftliche Informationen, sondern auch Straßenschilder, Werbetafeln, Ladenschilder und sogar Graffiti. Sogar Bonbonpapier ist mit Schrift bedeckt. Die ständige Präsenz dieser Produkte der "Schrifttechnologie" im Hintergrund erfordert keine aktive Aufmerksamkeit, aber die zu vermittelnden Informationen sind auf einen Blick verfügbar. Ein modernes Leben ohne sie ist kaum vorstellbar. Die siliziumbasierte Informationstechnologie hingegen ist noch lange nicht Teil unserer Umwelt geworden. Mehr als 50 Millionen PCs wurden verkauft, und dennoch bleibt der Computer weitgehend eine Welt für sich. Er ist nur über komplexe Fachsprache zugänglich, die nichts mit den Aufgaben zu tun hat, für die Menschen Computer tatsächlich nutzen. Der Stand der Technik ist vielleicht vergleichbar mit der Zeit, als Schreiber ebenso viel über die Herstellung von Tinte oder das Brennen von Ton wissen mussten wie über das Schreiben.
"
Deutsche Übersetzung von Mark Weiser: The Computer for the 21st Century. Quelle: https://web.archive.org/web/20070630213952/http://www.ubiq.com/hypertext/weiser/SciAmDraft3.html, aufgerufen am 07.10.2025.
Welche Eigenschaften sollte ein engebettetes Echtzeitsystem haben?
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Echtzeit im Sinne von "schnell": 67_Echtzeitsysteme/01_Einfuehrung/01_Echtzeit
Echtzeit im Sinne von "zeitlich korrekt": 67_Echtzeitsysteme/01_Einfuehrung/02_Korrektheit
#aeint
67_Echtzeitsysteme/01_Einfuehrung/03_Hardware
67_Echtzeitsysteme/01_Einfuehrung/03_Hardware
Hardware-Plattformen: 67_Echtzeitsysteme/01_Einfuehrung/03_Hardware
State-machine / Zustandsmmaschine: 67_Echtzeitsysteme/12_Zustandsmaschine
Was sind Voraussetzungen für die effiziente Entwicklung engebetteter Echtzeitsysteme?
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Java Threads: 67_Echtzeitsysteme/02_Threads
Beispiele eingebetteter Echtzeitsysteme (Prototypen / Funktionsstudien aus vergangenen Lehrveranstaltungen)
15_Einachser -- Einachser auf kramann.info
Elektrokutsche, Personenkutschfahrt auf kramann.info
Physikalische Echtzeitsimulation einer mechanischen Rassel mit einem Smartphone
Vernetztes Smartphone zur Steuerung einer Elektromechanischen melodischen Trommel
KIBA (Kamerasystem segmentiert Spielchips auf Leuchttisch, absolute Positionen werden als Tonereignis in einer zyklischen Phrase interpretiert)
Lichtharfe: Handpositionen der Benutzer erzeugen Klangereignisse
Masken: elektronische Skulpturen
mechatronical_mantra.mp4
Beispiele eingebetteter Echtzeitsysteme (Professionelle Produkte)
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"Rocket Lab"
ÜBUNG
Diskutieren Sie die nachfolgenden Fragen zunächst in Zweiergruppen. Im Anschluss werden die Ergebnisse im Plenum zusammengetragen.
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2. Eingebettete Systeme gestern und heute: Die erstaunlichen Maschinen des William Grey Walter
Motivation / Diskussion ... Grey Walter's tortoises 1949
William Grey Walter -- https://en.wikipedia.org/wiki/William_Grey_Walter
Schaltplan der autonomen Schildkröten -- http://davidbuckley.net/DB/HistoryMakers/GreyWalter/Circuits/HowWork.htm
Moderne Diskussion -- https://cyberneticzoo.com/cyberneticanimals/w-grey-walters-tortoises-self-recognition-and-narcissism/
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1.1 Mikrocontroller auf Wikipedia
1.2 Foto Dual In Line DIL Bauweise eines ATmega32 von Atmel.
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3. Eingebettete Systeme auf Wikipedia.
"... Im Februar 2021 erklärte die Bundesregierung, nach ihrer Kenntnis seien Lieferengpässe bei Halbleitern
und Halbleiter-Chips für die Automobilindustrie primär entstanden, weil es weltweit nur eine sehr
begrenzte Zahl von Herstellern gebe, welche die von der Automobilindustriebenötigten Halbleiter-Chips fertigten.
Zudem könnten deren Produktionskapazitäten kurzfristig nicht ausgeweitet werden.
Zu Prognosen und Umsatzanalysenbei Halbleitern äußerte die Bundesregierung,
laut Prognosen werde sich der weltweite Umsatz an Halbleiterchips im Jahr 2024 auf 532 Mrd. US Dollar
erhöhen (rund 22% höher als in 2019). Asien (inkl. China) werde mit 62% der größte Chipabnehmer sein,
gefolgt von Amerika mit rund 21% und Europa rund 9%. Aus Sicht der Halbleiterfertigung
(ohne die sog. Foundries -Fertigungsdienstleister) sei die USA mit 50% dominierend am Umsatz beteiligt,
gefolgt von Südkorea (18%), Japan (10%), Europäische Union (9%), Taiwan (6%) und China (5%).
Ein anderes Bild ergebe sich, wenn die Foundries in der Analyse berücksichtigt würden.
Mit rund 76% kontrollierten China, Taiwan, Südkorea und Japan den Halbleiterumsatzmarkt.
Die USA falle mit 11% zurück, gefolgt von der Europäischen Union mit 8% und Singapur mit 5%....
"
zu 4. Quelle: Bundestag Einzelanfrage: Einzelfragen zurHalbleiterproduktion, Seite 10. Web 21.03.2023: https://www.bundestag.de/resource/blob/900450/25b9b36d92928f932b242efc8578386a/WD-5-004-22-pdf-data.pdf
Hersteller in Europa: NXP, ST, Infineon. Japan: Renesas. USA: Microchip.
5.1 Alan Turings Grundkonzept
5.2 Die unterschiedliche Architektur beim PC und beim Mikrocontroller
6. Wesentliches Merkmal eines Mikrocontroller-Programms: Die Loop-Funktion und die Manipulation von Registern.
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40_Mikrocontroller/01_Einfuehrung/03_Assemblerbeispiel
ÜBUNG
Diskutieren Sie die nachfolgenden Fragen zunächst in Zweiergruppen. Im Anschluss werden die Ergebnisse im Plenum zusammengetragen.
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3. Fallbeispiel Smarthome
12_Technikphilosophie/05_Fallstudien/01_Smart_Home
ÜBUNG
Diskutieren Sie die nachfolgenden Fragen zunächst in Zweierhruppen. Im Anschluss werden die Ergebnisse im Plenum zusammengetragen.
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4. Mobile Devices als Eingebettete Systeme: Programmieren einer Smartwatch
06_TWATCH
07_TWATCH_EN
LABOR #1 D.2.08, Donnerstag, 25.09.2025 10:15 bis 13:15Uhr WING / Mittwoch 29.10. 14:00 bis 17:00Uhr AU
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1. Überblick
Das folgende sind die internen Peripherien, die bei der Smartwatch programmiert werden können:
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Programmierbeispiel: https://youtu.be/xQJAm8CVC_4
T-WATCH sendet Beschleunigungsdaten via WiFi an ein Laptop: https://youtu.be/rJJumsD5vB8
06_TWATCH -- Hauptkapitel zur Smartwatch
06_TWATCH/01_Overview -- Wie die Uhr programmiert wird
06_TWATCH/02_Specifications -- Eigenschaften der verwendeten Uhr
2. Arbeiten am PC unter Linux
Erlernen des Umgangs mit einem PC, auf dem Xubuntu läuft:
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3. Projekte in der Arduino IDE
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Übung
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06_TWATCH/03_Hello_world -- Projekt TWATCH_PROC023 und Hello World Programm.
4. Beispielprogramme zur Ansteuerung der internen Peripherie
06_TWATCH/04_Simplified_Commands
Nachfolgend ist eine Übung und studentische Lösungen aus dem Masterbereich zu sehen:
3. Small programming tasks for using the screen, touchscreen, button, IMU sensor, and real-time clock.
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07_TWATCH_EN/04_Simplified_Commands
Exercise 1: Switsch Background color by pressing the button multiple times between red, green, blue, red, green, blue, red, ... and so on.
#include "twatch.h"
#include "variables.h"
#include "functions.h"
int state=0;
void setup()
{
setupTWATCH();
backlight(true);
}
void loop()
{
if(button()) {
state++;
if(state > 2){
state=0;
}
switch(state){
case 0:
background(255,0,0);
break;
case 1:
background(0,255,0);
break;
case 2:
background(0,0,255);
break;
}
}
delay(100);
}
Code 0-2: Student solution.
Exercise 2: Program a type of water clock. The deviation of the clock from the horizontal position should be visualized graphically by moving a small circle on the display away from the center of the display.
#include "twatch.h"
#include "variables.h"
#include "functions.h"
float skalierung=0.5;
float KreisX=0;
float KreisY=0;
void setup()
{
setupTWATCH();
backlight(true);
}
void loop()
{
bool res = acceleration();
if(KreisX>240){
KreisX=240;
}else if(KreisX<0){
KreisX=0;
}else{
KreisX = 120 - (float)(accY*skalierung);
}
if(KreisY>240){
KreisY=240;
}else if(KreisY<0){
KreisY=0;
}else{
KreisY = 120 + (float)(accX*skalierung);
}
fill(0,0,255);
circle(KreisX,KreisY,20);
delay(50);
clear();
delay(50);
}
Code 0-3: Student solution.
ÜBUNG
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TWATCH_PROC023_blinken.zip -- studentische Lösung zur Variation des Hello World Programmes.
5. Sammeln von Projektideen
1) Ältere Leute: Wenn sie hinfallen Signal senden,
Tonsignal / WiFi -> Familienmitglied oder Rettungsstelle benachrichtigen
2) Orientierung im Raum:
Wasserwaage
3) Kompass:
Orientierung, Einnorden einer Landkarte
4) Kalender
Erinnerung Tabletteneinnahme / Arzttermin für ältere Leute
Erinnerung Labortermin für Studierende
Code 0-4: Sammeln von Projektideen
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6. Gemeinsame Analyse des Beispielprojektes TWATCH_PROC023
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