Viele kleine elektronische Geräte machen unsere Alltagsgegenstände intelligenter und binden sie ans Internet der Dinge (IoT) an. Dabei eingesetzte Sensoren, Prozessoren und Kommunikationsmodule sind zunehmend kleiner und beinhalten immer mehr Funktionen. Winzige SiP-Module (System-in-Package) integrieren von Sensoren bis zur Antenne die gesamte Signalverarbeitungskette, sind energieeffizient, kostengünstig herzustellen und kürzen den Entwicklungsaufwand wie auch die Markteinführungszeit ab (Bild 1).

Vom IoT profitieren

Bild 1: SiP-Module stellen im rasant wachsenden IoT-Netzwerk eine effiziente, einfach zu handhabende und kostengünstige drahtlose Konnektivitätslösung dar.

Bild 1: SiP-Module stellen im rasant wachsenden IoT-Netzwerk eine effiziente, einfach zu handhabende und kostengünstige drahtlose Konnektivitätslösung dar. Simos Elektronik

Im Gesundheitssektor steigert die Vernetzung von Geräten und Prozessen im Krankenhaus erheblich die Effizienz der Behandlung und Pflege. Eine automatische Erfassung und Auswertung der Gesundheitsdaten von Patienten, unabhängig vom jeweiligen Aufenthaltsort, gibt dem medizinischen Personal die Möglichkeit aktiv einzugreifen, wenn sich der Gesundheitszustand tatsächlich verschlechtert.

Eckdaten

Für drahtlose Konnektivität im Short-Range-Bereich bietet Espressif Systems kompakte SiP-Module mit WLAN (802.11 b/g/n/e/i, bis zu 150 MBit/s) und Bluetooth (V4.2 BR/EDR/BLE). Zur Ausstattung der Module gehören außerdem Kristall-Oszillatoren, Flash-Speicher, Filterkapazitäten und RF-Anpassungskomponenten. Die Module verfügen über zahlreiche Schnittstellen sowie Temperatur-, Touch- und Hall-Sensoren. Mit ihrer geringen Stromaufnahme eignen sie sich für den Einsatz in batteriebetriebenen IoT-Anwendungen. Ein Entwicklungsboard sowie eine umfangreiche Entwicklungsumgebung erleichtert das Systemdesign und verkürzt die Zeit bis zur Markteinführung. Erhältlich sind die SiP-Module bei Simos Elektronik.

Durch die Vernetzung von Fahrzeugen untereinander gestaltet sich der Verkehr effizienter und vor allem sicherer. Autos können sich gegenseitig vor Staus warnen, ihren Standort und die geplante Route an Leitsysteme melden, die wiederum den Verkehr effizienter managen. Das Fahrzeug hat über das Infotainment-System Zugriff auf das Smartphones und kann wichtige Meldungen absetzen, umgekehrt wird das Smartphone zum Fahrzeugschlüssel und entriegelt zum Beispiel die Türen oder stellt automatisch die individuelle Sitzposition ein.

Mobile Netzwerke verbinden in Städten intelligente Geräte und generieren so Informationen, welche dann den Stadtverwaltungen und den Bürgern zur Verfügung stehen. So lassen sich Umweltbelastungen reduzieren und die Sicherheit in den Straßen erhöhen. Vernetzte Gebäude unterstützen ein effizienteres Zusammenspiel zwischen Erzeugung und den Verbrauch von Strom und Wärme und steuern zudem Zutrittssysteme als auch die Gebäudebeleuchtung.

In der Fabrik der Zukunft steuern die Produkte über das Internet der Dinge ihre Fertigung selbst und erlauben so eine flexible Produktion. Auch kleinste Stückzahlen lassen sich auf diese Weise bei höchster Produktivität fertigen. Damit diese Produkte schnell und exakt an ihren Bestimmungsort gelangen, erhält jeder Behälter und jede Palette einen digitalen Speicher und ein Kommunikationsmodul. Über diese erhalten die Objekte Zielinformationen und Prioritäten und können einfache Entscheidungen selbstständig treffen und ihren Weg zum Ziel finden.

Kostengünstige Massenfertigung

Smarte Objekte nehmen über Sensoren ihre Umgebung wahr und erfassen beispielsweise Temperaturen, Druck, Bewegungen oder Positionen. MEMS-Sensoren vereinen viele Funktionen in einem kleinen Gehäuse und sind damit prädestiniert für Anwendungen im Internet der Dinge. Perspektivisch lassen sich Sensorelemente direkt auf die Oberfläche smarter Objekte aufdrucken, was die Produktion preiswerter und weniger störanfälliger Messelemente ermöglicht.

IoT-Anwendungen erfordern kostengünstige, stromsparende und gleichzeitig leistungsstarke Prozessoren. Die Halbleiterindustrie hat entsprechende Bausteine auf niedrigen Energiebedarf hin optimiert, sodass diese nur wenige Mikroampere pro Megahertz Rechenleistung aufnehmen. Dank aktueller Fertigungsverfahren liegen die Kosten für derartige Chips im Euro-Cent-Bereich – eine Voraussetzung für die massenhafte Ausrüstung von Alltagsgegenständen, wie sie für das Internet der Dinge erforderlich ist.

Time-to-Market verkürzen

Zur Kommunikation untereinander und mit dem Internet können smarte Objekte unterschiedliche Funkstandards wie NFC (Near-Field-Communication), RFID, Wi-Fi, Bluetooth oder Zigbee nutzen. In Anbetracht dessen, dass Smartphones und Tablets heute die bevorzugten Schnittstellen zwischen den physischen Systemen und dem Menschen sind, bevorzugen immer mehr Hersteller Wi-Fi und Bluetooth. Es entstehen cyber-physische Systeme, die reale Objekte mit der virtuellen Welt verbinden.

Die Hersteller haben darauf reagiert und entsprechende SiP-Module mit diesen Schnittstellen entwickelt. Auch Entwicklungsplattformen, Kits und Boards stehen für einen schnellen Start ins Gerätedesign zur Verfügung. In den verfügbaren Referenzdesigns findet sich ein Mehrwert, der die Markteinführungszeit beschleunigt.

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