Internet der Dinge (IoT): Embedded C# & ThingsBoard

Praxisorientierter Hochschulkurs zum Internet der Dinge (IoT) mit ESP32-Firmware in C# (.NET nanoFramework), MQTT-Telemetrie und ThingsBoard Cloud.

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Das Internet der Dinge (IoT) verknüpft physische Sensorik und Aktorik mit modernen Cloud- und Edge-Architekturen. In diesem Kurs entwickeln Sie hardwarenahe Firmware in C# (.NET nanoFramework), übertragen Telemetriedaten sicher über MQTT und orchestrieren komplexe Datenströme und Dashboards auf der Open-Source-Plattform ThingsBoard.

Target Audience

Studierende der Studiengänge Industrial Informatics, Mechatronik und Embedded Systems sowie IoT-Systementwickler.

Course Prerequisites

  • Solide Grundkenntnisse in C# oder einer vergleichbaren objektorientierten Programmiersprache
  • Grundlegendes Verständnis von Rechnernetzen, IP-Adressierung und Ports
  • Elementare Elektronik- und Sensorikkenntnisse von Vorteil

Learning Goals

  • Embedded Firmware in C#: Programmierung von Mikrocontrollern mit GPIO-, I2C- und SPI-Schnittstellen via .NET nanoFramework.
  • IoT-Telemetrieprotokolle: Implementierung schlanker Publish/Subscribe-Kommunikation mit MQTT und TLS-Absicherung.
  • Edge-to-Cloud Integration: Konfiguration von IoT-Gateways, Datentransformation und Cloud-Payload-Serialisierung.
  • ThingsBoard & Rule Engines: Erstellung interaktiver Überwachungsdashboards, Schwellwertalarme und Regelketten.

Course Syllabus

  1. IoT-Architekturen & Hardware-Grundlagen: End-to-End-Architekturen im Internet der Dinge: Edge-to-Cloud-Topologien, ESP32-Mikrocontroller, A/D-Wandler sowie serielle Sensorbusse (GPIO, I2C, SPI).
  2. Embedded Firmware-Entwicklung mit C# & nanoFramework: Hardwarenahe Firmware-Entwicklung auf dem ESP32 mit C# und .NET nanoFramework: GPIO-Interrupts, Sensor-Polling, Threading und sparsame Deep-Sleep-Modi.
  3. Netzwerkprotokolle & MQTT-Kommunikation: Drahtlose IoT-Netzwerkprotokolle: Zuverlässiger WLAN-Reconnect, Publish/Subscribe-Architektur mit MQTT, Topic-Hierarchien, Quality of Service (QoS) und TLS.
  4. ThingsBoard Plattform & Device Management: Cloud-basiertes IoT-Device-Management mit ThingsBoard: Geräteprovisionierung, Access-Tokens, Client-/Shared-Attribute, Zeitseriendatenbank und RPC-Kommandos.
  5. Rule Engine, Alarme & IoT-Dashboards: Echtzeit-Datenverarbeitung in ThingsBoard: Ereignisgesteuerte Rule-Engine-Ketten, automatische Schwellwert-Alarme und interaktive Telemetrie-Dashboards.

Course Modules

Structured learning units covering theoretical foundations, practical implementations, and industry tooling.

Module 01

IoT-Architekturen & Hardware-Grundlagen

End-to-End-Architekturen im Internet der Dinge: Edge-to-Cloud-Topologien, ESP32-Mikrocontroller, A/D-Wandler sowie serielle Sensorbusse (GPIO, I2C, SPI).

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Module 02

Embedded Firmware-Entwicklung mit C# & nanoFramework

Hardwarenahe Firmware-Entwicklung auf dem ESP32 mit C# und .NET nanoFramework: GPIO-Interrupts, Sensor-Polling, Threading und sparsame Deep-Sleep-Modi.

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Module 03

Netzwerkprotokolle & MQTT-Kommunikation

Drahtlose IoT-Netzwerkprotokolle: Zuverlässiger WLAN-Reconnect, Publish/Subscribe-Architektur mit MQTT, Topic-Hierarchien, Quality of Service (QoS) und TLS.

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Module 04

ThingsBoard Plattform & Device Management

Cloud-basiertes IoT-Device-Management mit ThingsBoard: Geräteprovisionierung, Access-Tokens, Client-/Shared-Attribute, Zeitseriendatenbank und RPC-Kommandos.

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Module 05

Rule Engine, Alarme & IoT-Dashboards

Echtzeit-Datenverarbeitung in ThingsBoard: Ereignisgesteuerte Rule-Engine-Ketten, automatische Schwellwert-Alarme und interaktive Telemetrie-Dashboards.

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