Smart EV Charging Platform
Modulare Embedded-Softwarearchitektur für RFID-basierte Ladeschranken
1) Projektüberblick
Das Projekt umfasste die Entwicklung einer vollständigen Embedded-Softwareplattform für eine RFID-gesteuerte Ladeschranke für Elektrofahrzeuge. Das System kombinierte Benutzerinteraktion, Hardwaresteuerung, RFID-Validierung und zustandsabhängige Ladefreigabe innerhalb eines eingebetteten Produkts.
Die Software wurde von Grund auf entwickelt und musste zuverlässig auf einem Embedded-Windows-basierten Zielsystem arbeiten, das direkt in der realen Ladeinfrastruktur installiert war.
Das Ziel bestand nicht nur darin, einzelne Funktionen zu implementieren, sondern eine modulare und wiederverwendbare Softwarearchitektur zur Steuerung mehrerer Hardwarekomponenten einer realen Ladeschranke zu schaffen.
2) Technische Herausforderung
Die Ladeschranke bestand aus mehreren Hardwaremodulen, die als ein koordiniertes Embedded-System zusammenarbeiten mussten. Die Software musste die Schranken- und Verriegelungsmechanik ansteuern, mit dem RFID-Kartenleser kommunizieren, Betriebszustände auf einem TFT-Display visualisieren und den gesamten Ladeprozess steuern.
Das System musste insbesondere folgende Aufgaben koordinieren:
- RFID-Authentifizierung und Kartenvalidierung,
- Freigabe des Ladevorgangs,
- zustandsabhängiges Ein- und Ausschalten der Stromabgabe,
- Ansteuerung der Schranken- und Verriegelungsmechanik,
- Ausgabe von Benutzerinformationen auf dem TFT-Display,
- Überwachung und Koordination der Hardwaremodule,
- Konfiguration und Inbetriebnahme auf dem finalen Embedded-Zielsystem.
3) Architektureller Ansatz
Ich entwarf die Software als modulare, komponentenbasierte Architektur. Hardwareabhängige Steuerlogik wurde von Applikationslogik und Benutzeroberfläche getrennt, wodurch die Software leichter erweiterbar, testbar und wartbar wurde.
Durch die Anwendung eines Model-View-orientierten Entwurfs wurde die grafische Oberfläche von der internen Gerätelogik entkoppelt. Hardwarezustände, Ladezustände und Benutzerinteraktionen konnten dadurch sauber abgebildet werden, ohne die Anzeigeebene eng mit der Steuerlogik zu verbinden.
Die Architektur wurde nicht als monolithisches Geräteprogramm aufgebaut, sondern als System wiederverwendbarer Softwarekomponenten.
4) Meine Aufgaben
- Definition der gesamten Softwarearchitektur,
- Entwicklung aller wesentlichen Softwarekomponenten von Grund auf,
- Implementierung der Hardwaresteuerungsschicht,
- Entwicklung der grafischen Benutzeroberfläche für das TFT-Display,
- Implementierung der Kommunikation mit dem RFID-Kartenleser und der Kartenvalidierung,
- Entwicklung der Ladezustandslogik und der State Machine,
- Ansteuerung der Schranken- und Verriegelungsmechanik,
- Konfiguration der Embedded-Windows-Zielumgebung,
- Inbetriebnahme direkt an der Montagelinie,
- Unterstützung der Wiederverwendung der Softwarearchitektur in späteren Projekten.
5) State Machine zur Steuerung des Ladevorgangs
Ein zentraler Bestandteil des Systems war eine State Machine zur Steuerung des Ladeprozesses. Sie wertete den aktuellen Betriebszustand der Ladeschranke aus und reagierte auf Ereignisse wie Kartenvalidierung, Fahrzeugzustand, Ladefreigabe, Ladestart, Ladeunterbrechung und Änderungen des Hardwarestatus.
Auf Basis dieser Zustände und Ereignisse gab die Software die Stromabgabe frei oder sperrte sie und steuerte die zugehörigen Hardwaremodule deterministisch an.
6) Hardwareintegration
Die Software interagierte mit mehreren physischen Modulen der Ladeschranke. Eine Hardwareabstraktion reduzierte direkte Abhängigkeiten zwischen Geschäftslogik und gerätenaher Ansteuerung.
Integrierte Komponenten waren unter anderem:
- RFID-Kartenleser,
- TFT-Display,
- Schranken- und Verriegelungshardware,
- Erkennung des Lade- und Fahrzeugzustands,
- Steuerlogik zum Ein- und Ausschalten der Stromabgabe.
7) Produktionsintegration und Inbetriebnahme
Das Projekt ging über reine Softwareentwicklung hinaus. Ich konfigurierte die Embedded-Windows-Umgebung direkt auf realen Produktionssystemen, damit die Ladeschranke im finalen Schaltschrank korrekt arbeitete.
Dazu gehörten die praktische Inbetriebnahme an der Montagelinie sowie die Sicherstellung, dass Softwareimage, Hardwarekonfiguration und Geräteverhalten den Anforderungen des realen Produkts entsprachen.
8) Langfristige Wiederverwendung
Die entwickelte Softwarearchitektur war nicht auf einen einzelnen Prototyp oder ein isoliertes Gerät beschränkt. Aufgrund ihrer modularen Struktur wurden Teile der Software später in weiteren Ladeinfrastrukturprojekten wiederverwendet, unter anderem im Umfeld von EnBW.
Diese Wiederverwendung zeigte, dass die Architektur stabil und flexibel genug war, um als Softwareplattform für weitere Produktvarianten zu dienen.
9) Ergebnis
- Vollständige Embedded-Softwareplattform von Grund auf entwickelt
- Modulare Architektur zur Steuerung mehrerer Hardwarekomponenten
- RFID-Authentifizierung und Kartenvalidierung integriert
- State-Machine-basierte Steuerung des Ladeprozesses umgesetzt
- TFT-basierte Benutzeroberfläche entwickelt
- Embedded-Windows-Zielsystem für den realen Produkteinsatz konfiguriert
- Inbetriebnahme direkt an der Montagelinie durchgeführt
- Softwarekomponenten in späteren Ladeinfrastrukturprojekten wiederverwendet
10) Technologien
C# · Embedded Windows · RFID · TFT-Display · State Machine · Model-View-Entwurfsmuster · Hardwareabstraktion · GUI-Entwicklung · Embedded Systems · Industrielle Automatisierung · Elektromobilität / Ladeinfrastruktur · Produktionsintegration
Dieses Projekt verband Softwarearchitektur, Embedded-Hardwaresteuerung, grafische Benutzerinteraktion, RFID-Validierung und Produktionsintegration zu einer wiederverwendbaren Softwareplattform für Ladeschranken.