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Bilder: IMST

Die IMST GmbH ist seit fast 20 Jahren im Bereich der Entwicklungsdienstleistung für Funksysteme aktiv und hat für viele namhafte Firmen aus verschiedenen Branchen wie z.B. Gebäudeautomation, Industrieautomation, Medizintechnik und Automobiltechnik Funklösungen entwickelt.

Kein Funk-Know-How erforderlich

Seit einigen Jahren bietet der Bereich Wireless Solutions der IMST GmbH mit den vorzertifizierten Modulen der Wimod-Serie für die ISM-Frequenzbänder bei 433 MHz, 868 MHz und 2,4 GHz effiziente und raumsparende Funklösungen für Kundensysteme an, die einen schnellen Einstieg in die Drahtlostechnik ermöglichen. Die Integration der Module in bestehende Systeme ist dadurch sehr schnell und unkompliziert möglich.

Das spart Entwicklungszeit, reduziert Kosten und minimiert zugleich das Risiko. Der Kunde benötigt kein spezielles Funk-Know-How, da alle Module die Funk-Normen für eine CE-Zertifizierung des Produktes erfüllen und die HF-Ingenieure der IMST GmbH den gesamten Integrationsprozess begleiten oder im Kundenauftrag durchführen. Eine individuelle Anpassung der Hard- und Software ist auf Anfrage möglich.

Die Module

Die Wimod-Produktfamilie umfasst derzeit sieben Funkmodule für die Frequenzbereiche 868 MHz und 2,4 GHz sowie eine dazu passende Demonstrations- und Testplattform. Die Module verfügen alle über einen Mikrocontroller und einen HF-Transceiver, teilweise handelt es sich um Singlechip-Lösungen bei denen Transceiver und Mikrocontroller in einem IC-Gehäuse vorliegen.

Alle Module verfügen über eine UART- und/oder eine SPI-Schnittstelle. Einige der Module haben zusätzlich noch eine I2C-Schnittstelle. Ein Firmwareupdate ist mittels der integrierten Bootloader-Funktionalität über die UART-Schnittstelle im Endprodukt möglich. Die Module sind standardmäßig mit einer integrierten PCB-Antenne ausgestattet, können alternativ aber auch mit einem 50-Ohm-Port zum Anschluss einer externen Antenne modifiziert werden. Je nach Konfiguration der Module sind Reichweiten von bis zu 2000 m möglich.

Bild 1: Bei dem iM820A handelt  es sich um ein kompaktes Funkmodul etwa in der Größe einer 1-Euro-Münze.

Bild 1: Bei dem iM820A handelt es sich um ein kompaktes Funkmodul etwa in der Größe einer 1-Euro-Münze.

Bei dem iM820A (Bild 1) handelt es sich um ein kompaktes Funkmodul etwa in der Größe einer 1-Euro-Münze für das 868- MHz-Frequenzband. Das Modul verfügt über einen AES-Coprozessor und ist damit besonders für sicherheitsrelevante Anwendungen geeignet. Die übertragbare Datenrate ist variabel und reicht von 1,2 bis 250 kbps.

Bild 2: Das iM860A ist ein ebenfalls kompakt aufgebautes  Schmalbandmodul mit Reichweiten bis 2000 Meter.

Bild 2: Das iM860A ist ein ebenfalls kompakt aufgebautes Schmalbandmodul mit Reichweiten bis 2000 Meter.

Beim iM860A (Bild 2) handelt es sich um ein sogenanntes Schmalband-Modul, das aufgrund der kleineren Bandbreite ein höheres Linkbudget und somit bei gleicher Sendeleistung größere Reichweiten (bis zu 2000m) erzielt. Die geringere Bandbreite ermöglicht natürlich nur geringere Datenraten von 1 bis 14 kbps. Dieses Modul ist aufgrund seines hohen Linkbudgets und der moderaten Datenrate ideal geeignet für Applikationen innerhalb eines Gebäudes wie Gebäudeautomation oder für andere Applikationen, die große Reichweite benötigen.

Bild 3: Mit  der weltweit stromsparensten Wireless-MCU Si1002 von Silicon Labs kann das Modul iM871A im R2-Modus ein Link Budget bis 120 dB erreichen.

Bild 3: Mit der weltweit stromsparensten Wireless-MCU Si1002 von Silicon Labs kann das Modul iM871A im R2-Modus ein Link Budget bis 120 dB erreichen.

Das iM871A (Bild 3) ist ein kompaktes (17 x 19 x 2 mm) und kostengünstiges Funkmodul für intelligente Wasser-, Wärme-, Elektrizitäts- und Gas-Verbrauchszähler (Smart Meter) sowie Datenkonzentratoren im 868-MHz-Frequenzband. Es ist konform zum Wireless M-Bus Standard EN 13757-4.
Mit dem integrierten Wireless M-Bus Protokollstapel unterstützt es alle gängigen uni- und bidirektionalen Wireless M-Bus Betriebsmodi (S1, S2, T1, T2 und R2) in den geforderten Toleranzen und ist somit kompatibel zu einer Vielzahl von Wireless M-Bus-Geräten im Markt.

Bild 3a: Screenshot des Wireless M-Bus Development Studio.

Bild 3a: Screenshot des Wireless M-Bus Development Studio.

Bild 3a zeigt einen Screenshot des Wireless M-Bus Development Studio zur Demonstration und für den Test von M-Bus-Applikationen auf Basis des Starterkits (siehe später). Mit der weltweit stromsparensten Wireless-MCU Si1002 von Silicon Labs erreicht das Modul einen Standby-Strom von weniger als 1 µA und einen Deep Sleep Strom von 50 nA. Damit eignet sich das iM871A ideal für Anwendungen, die eine lange Batterielebensdauer erfordern. Mit einer einstellbaren Sendeleistung von bis +13 dBm und einer außerordentlichen Empfindlichkeit kann das Modul im R2-Modus ein Link Budget bis 120 dB erreichen, wodurch Reichweiten bis zu 2000 m erzielt werden, was zu einer hohen Zuverlässigkeit der Datenübertragung insbesondere bei Haus-Anwendungen führt.

Bild 4: Mit dem iM201A können die höchsten Datenraten (bis zu 2000 kbps) genutzt werden.

Bild 4: Mit dem iM201A können die höchsten Datenraten (bis zu 2000 kbps) genutzt werden.

Das iM201A (Bild 4) ist in der Wimod-Familie das Modul mit dem geringsten Listenpreis und bietet trotzdem eine sehr hohe Datenrate (bis zu 2000 kbps) und den geringsten Stromverbrauch (TX: 12,7 mA, RX: 14 mA).

Bild 5: Das iM221A ist pin-kompatibel zum iM820A in Bild 1 und bietet vergleichbare Eigenschaften für das 2,4-GHz- Frequenzband.

Bild 5: Das iM221A ist pin-kompatibel zum iM820A in Bild 1 und bietet vergleichbare Eigenschaften für das 2,4-GHz- Frequenzband.

Das iM221A (Bild 5) ist pin-kompatibel zum iM820A, jedoch für das 2,4-GHz- Frequenzband ausgelegt und damit für den weltweiten Einsatz geeignet. Die Datenrate ist einstellbar und reicht von 2,4 bis 500 kbps. Alle sonstigen technischen Eigenschaften entsprechen denen des iM820A.

Bild 6: Model iM222A für die Realisierung von ZigBee-Netzen.

Bild 6: Model iM222A für die Realisierung von ZigBee-Netzen.

Das iM222A (Bild 6) ist ein kompaktes, energieeffizientes IEEE802.15.4-Funkmodul für den 2,4GHz ISM Frequenzbereich. Das iM222A wird mit einer vorprogrammierten Firmware auf Basis des Z-Stack von Texas Instruments ausgeliefert und ermöglicht eine einfache und schnelle Integration der ZigBee Netzwerkfunktionalitäten für Netzwerke mit Maschen-, Baum- oder Sterntopologie in eine bestehende Anwendung. Neben ZigBee ist auch der Einsatz von 6LoWPAN, RF4CE oder einer propritären Anwendung möglich.

Bild 7: Das iM240A ist prädestiniert für IEEE 802.15.4 konforme Sensor-Netze mit großer Reichweite.

Bild 7: Das iM240A ist prädestiniert für IEEE 802.15.4 konforme Sensor-Netze mit großer Reichweite.

Das iM240A (Bild 7) arbeitet ebenfalls im 2,4 GHz Frequenzband und beinhaltet einen IEEE 802.15.4 kompatiblen Transceiver. Das Modul hat eine sehr hohe Empfindlichkeit von -101 dBm bei einer PER < 1% (PER = Packet Error Rate, 20 Bytes Paketlänge) und ein daraus resultierendes Link-Budget von etwa 104 dB bei 250 kbps. Damit ist das iM240A im 2,4 GHz-Band das Wimod-Modul mit der höchsten Reichweite. Dadurch ist es prädestiniert für IEEE 802.15.4 konforme drahtlose Sensornetzwerke im Bereich Heim- und Gebäudeautomation.

Plug & Play mit 5 Beispielapplikationen für Standardanwendungen

Für einen schnellen Einstieg gibt es das sogenannte Wimod-Starterkit als Plug&Play Lösung. Dieses Kit dient als Demonstrations- und Testplattform für alle Funkmodule der Familie. Das Starterkit, das die Leser der elektronik industrie gewinnen können (siehe Gewinnspiel auf Seite 78 in dieser Ausgabe) beinhaltet zwei Demo Boards und zwei Funkmodule, jeweils aufgelötet auf einem modulspezifischen Adapterboard. Durch diese Adapter Boards können alle Funkmodule auf dem gleichen Demo Board getestet und verglichen werden, um dann die Auswahl für das Zielprodukt zu treffen.

Bild 8

Bild 8

Mit dem Starterkit erhält der Anwender ein PC-Tool (Bild 8) zur Konfiguration von z.B. Frequenz, Sendeleistung etc. und zum Software-Update der Module. Das PC-Tool beinhaltet neben der Konfigurationsmöglichkeit noch 5 Beispielapplikationen für Standardanwendungsfälle. Die Beispielapplikation „Radio Link Test“ zur Bestimmung der Reichweite und Paketfehlerraten ist in allen Modulen des Starterkits vorprogrammiert. Mit dieser Applikation kann der Nutzer auf einfache Art und Weise ohne umfangreiche Installationen erste Performancetests in seiner reellen Umgebung machen. Mit der Applikation „Remote Control“ kann der Anwender auf einfache Weise über drei jeweils konfigurierbare Ein- und Ausgänge eine Fernsteuerungsfunktion implementieren. Desweiteren existieren noch die Beispielanwendungen „Chat“, „Sensor Control“ und „Sensor Network“.

Zukünftige Pläne

Die Modulfamilie wird ständig erweitert, wenn Anforderungen aus den Märkten es erfordern oder technologische Trends abzusehen sind. Ein Schwerpunkt liegt hier sicherlich im Bereich Home Automation und Smart Metering. Eine Miniaturisierung des Starter-Kits in Form eines USB-Sticks wird zurzeit entwickelt und ermöglicht somit eine einfache Anbindung der Wimod-Module an ein Host-System, zum Beispiel an einen PC.