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Einsatzmöglichkeiten von energieautarken Funksensoren und –aktoren erweitert

Eine weltweit wohl einzigartige Basislösung für energieautarke Funksysteme präsentiert Unitronic auf der electronica 2008 in Halle A4, Stand 361 mit dem Plug&Play-Modul TCM 300/ TCM 300C des Funksensorspezialisten EnOcean.

Das als RF-Verstärker und Sende/Empfangseinheit für EnOcean’s 868- und 315-MHz-Funksystem konzipierte Modul bietet mehrere vorprogrammierte Schalt- und Dimm-Betriebsmodi. Zusätzlich kann eine Repeaterfunktion aktiviert werden. Zur Integration an eine externe Logik oder Anbindung an ein Automationssystem dient eine bidirektionale serielle Schnittstelle.

Herzstück des TCM300-Moduls ist der Dolphin EO3000I von EnOcean. Der Baustein vereint die Funktechnik, die Prozessorsteuerung sowie das Sensor- und Energiemanagement in einem einzigen ASIC, wobei alle Komponenten zusammen weniger als 80 nA (!) verbrauchen. Den Kern des Dolphin EO3000I bildet ein mit 16 MHz getakteter und mit 32 KByte Flash sowie 2 KByte RAM ausgestatteter 8051-Microcontroller. Zu den Peripheriemerkmalen der 8-Bit-MCU zählen unter anderem 16 frei konfigurierbare I/O Pins, einem 12-Bit A/D-Wandler mit acht Kanälen und einem 8-Bit-D/A-Wandler mit 4 Kanälen. Standard-Aufgaben in der Geräteentwicklung werden über ein SPI-Interface sowie Module für PWM und UART adressiert.

Um den sehr spezifischen Anforderungen von energieautarken Systemen Rechnung zu tragen, wurden auf dem ASIC zudem speziell für diesen Zweck entwickelte Timer, Schwellwertschalter, Spannungsbegrenzer, Speicher etc. integriert. So werden beispielsweise bei dem für einen Betriebsspannungsbereich zwischen 2 und 4,5 V ausgelegten Dolphin EO3000I höhere Eingangsspannungen automatisch begrenzt. Intern sorgt ein Spannungsregler für eine konstante Versorgungsspannung von 1,8 V. Diese Spannung ist auch extern verfügbar.

Eine weitere Besonderheit ist ein extrem stromsparender 32-Byte-RAM-Speicher, der lediglich 5 nA zum Halten der Daten benötigt und unbegrenzte Schreib/Lesezyklen bietet.

Ein speziell auf den Dolphin EO3000I zugeschnittenes Betriebssystem ermöglicht dem jeweiligen Anwender, mit Hilfe der Hochsprache „C“ auch ohne ausgeprägte Kenntnisse der 8051-Architektur schnell seine eigene anwenderspezifische Software zu programmieren. Das Application Programming Interface (API) des Betriebssystems garantiert dabei nicht nur einen schnellen und zuverlässigen Zugriff auf den Protokollstack für die EnOcean-Funklösung. Die Schnittstelle vereinfacht unter anderem auch die Kontrolle des Energiemanagements, die Nutzung der digitalen oder analogen I/Os, den Zugriff auf das FLASH-Memory und das dauerversorgte RAM0, sowie die Steuerung der Timerfunktionen. Weitere Module, zum Beispiel für Routing und Verschlüsselung, sind bereits in Entwicklung.

Für die Konfiguration der verschiedenen API-Module steht dem Entwickler mit „Dolphin Studio“ eine leistungsstarke Entwicklungsumgebung zur Verfügung. Die Konfigurationsdatei wird einfach in das C-Programm eingebunden, die Entwicklung der Applikation selbst findet dann mit gängigen Entwicklungstools der Firma Keil statt.

Die Dolphin-Plattform erschließt Entwicklern erstmals eine bidirektionale Funkkommunikation bei energieautark arbeitenden Sensoren. So lassen sich künftig nach dem Senden von Sensorinformation vor dem Abschalten noch Rückinformation aus dem Netzwerk empfangen. Außerdem besteht die Möglichkeit, die mit einem Stromverbrauch von unter 100nA extrem sparsamen Timer auch in Empfängern einzusetzen. Oder es können beispielsweise Parametrierdaten an den Sensor geschickt werden.

Um ein komplettes, bidirektional arbeitendes Funksensorsystem zu realisieren, werden außer dem Dolphin EO3000I nur noch ein Schwingquarz, eine Antenne und die Energieversorgung benötigt. Datenblätter des TCM300/ TCM 300C als auch des Dolphin EO3000I sind ab sofort bei Unitronic erhältlich, der Produktionsbeginn für den Chip und die Funkmodule mit allgemeiner Funkzulassung ist für Anfang 2009 geplant.