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Projekte
PlattformbausteinStatus: Umgesetzt2025

Echtzeit-Umweltsensorknoten

Implementiert einen FreeRTOS-basierten Sensorknoten, der Erfassung, Konnektivität und Telemetrie in getrennte Tasks aufteilt, um vorhersagbares Echtzeitverhalten zu erreichen.

EmbeddedRTOSIoTFirmware

Kurzüberblick

Rolle

Produktorientierte Umsetzung: Datenmodell, Interface-Verhalten, Integrationspfad und wartbare Delivery-Artefakte.

Umfang

Ich habe eine FreeRTOS-Architektur mit dedizierten Tasks für Sensorik, Konnektivität und Telemetrie entworfen und die Ausführungsbereiche über Queues gekoppelt. Damit wird der Knoten zu einem wiederverwendbaren Baustein für...

Rahmenbedingungen

Der Knoten ist darauf ausgelegt, über einen authentifizierten Gateway-Pfad zu publizieren, statt selbst als direkt exponierter Netzwerkdienst aufzutreten. Task-Trennung und Queue-basierte Kommunikation halten das Sensor-Sampling...

Evidenz

Den Schritt von einem blockierenden Prototypen zu einer strukturierten Embedded-Architektur gemacht

Architektur

Systemdesign-Ablauf

Node

Ein ESP32-S3 erfasst Umweltdaten und betreibt getrennte RTOS-Tasks für Sensorik, Konnektivität und Telemetrie.

Edge

Ein Edge-Receiver oder Gateway nimmt die Telemetrie auf, sodass das Gerät selbst keine komplexe externe Oberfläche anbieten muss.

Cloud

Normalisierte Messwerte koennen nach Verlassen des Knotens über den Gateway-Pfad an Dashboards, Speicher oder KI-Pipelines weitergeleitet werden.

Architekturansichten

Kompakte Systemansichten fassen Projektgrenze, Deployment-Pfad und Datenfluss zusammen, ohne zusätzliche Implementierungsannahmen zu ergänzen.

Systemübersicht

Node

Deployment-Diagramm

Edge

Datenfluss-Diagramm

Cloud

Technische Entscheidungen

  • FreeRTOS-Task-Isolation für Sensorik, Konnektivität und Telemetrie
  • Queue-basierte Kommunikation zwischen Ausführungsbereichen
  • Vorhersagbares Sampling-Verhalten unter gleichzeitiger Systemlast
  • Wiederverwendbares Embedded-Muster für spätere TinyML- und BLE-Erweiterungen

Herausforderungen

  • Einfache Arduino-Loops werden fragil, sobald Sensor-Timing, Funkkommunikation und Benutzereingaben gleichzeitig stattfinden müssen.
  • Der Knoten ist darauf ausgelegt, über einen authentifizierten Gateway-Pfad zu publizieren, statt selbst als direkt exponierter Netzwerkdienst aufzutreten.
  • Task-Trennung und Queue-basierte Kommunikation halten das Sensor-Sampling unter gleichzeitiger Last stabil und reduzieren timingbedingte Fehler.

Lessons Learned

  • Den Schritt von einem blockierenden Prototypen zu einer strukturierten Embedded-Architektur gemacht
  • Die Timing-Konsistenz bei der Telemetrieerfassung verbessert
  • Eine stärkere Grundlage für künftige Sensorfusion geschaffen

Nächste Verbesserungen

  • Architekturansichten mit der Implementierung synchron halten.
  • Dokumentation weiter verdichten: README, Architekturentscheidungen und Screenshots synchron halten.

Tech-Stack

ESP32-S3C++FreeRTOSMQTTBLE

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