Sie sind hier: HomeThemenSmart ComponentsSonstige

Texas Instruments: Energieeffiziente Smart Buildings dank Ultra-Low-Power-MCUs

Neue MCUs (Mikrocontroller Units) sorgen für »Intelligenz«, Konnektivität und Energieeffizienz in Gebäuden. Texas Instruments Ultra-Low-Power-MCUs bieten die Grundlage für energiesparende intelligente Thermostate, Heizgeräte, Leuchtmittel, Kühlschränke, Lichtschalter und weitere smarte Geräte.

Texas Instruments Bildquelle: © Texas Instruments

Es gibt von Texas Instruments eine neue Art hoch-integrierter, extrem wenig Strom verbrauchender Mikrocontroller (MCUs) mit völlig frei konfigurierbarem FRAM-Speicher (Ferroelectric Random Access Me-mory) und superempfindlichem Analog Front End (AFE) für den Anschluss an fortschrittliche Sensoren. Diese Ultra-Low-Power-MCUs tragen zu einem Wandel im Bereich der Gebäudeautomation bei, der immer mehr Intelligenz in Bürogebäude, Fabriken, Apartment-Komplexe und beliebige andere automatisierte Gebäude bringt.

Diese Bausteine dienen Entwicklern als flexible und rekonfigurierbare Basis zur Implementierung eines umfangreichen Spektrums intelligenter Endknoten, die sich mit Sensoren, Mikroprozessoren, zentralisierten Steuerungssystemen und anderen Komponenten von Gebäudeautoma-tionssystemen kombinieren lassen.
Intelligente Thermostate sind ein gutes Beispiel für die Design-Vorteile, die diese neuen MCUs in Gebäudeautomationssys-temen zu bieten haben. Die ersten intelligenten Thermostate verkörperten den nächsten Entwicklungsschritt nach den programmierbaren Produkten.

Die Anwender mussten jetzt nicht mehr die gewünschten Temperaturänderungen vorab einprogrammieren. Stattdessen „erlernen“ die intelligenten Thermostate die von den Benutzern gewählten Temperaturen und nahmen diese Einstellungen anschließend automatisch vorweg. Abgesehen davon besitzen viele intelligente Thermostate Schnittstellen zu drahtlosen Kommunikationstechniken wie Wi-Fi oder Bluetooth Low Energy. Über ein Smartphone oder eine zentrale Steuerung mit drahtloser Anbindung können die Benutzer so den Status des Thermostaten abfragen oder seine Einstellung ändern.

Ultra-Lower-Power-Mikrocontroller: MSP432 setzt Bestmarken bei Low Power Bildquelle: © TI

Ultra-Lower-Power-Mikrocontroller setzen Bestmarken bei Low Power.

Viele intelligente Thermostate enthalten ein extrem wenig Strom verbrauchendes und flexibles Sensing-Subsystem, das die Signale von Temperatur- und Feuchtesensoren verarbeiten kann. Die Überwachung von Temperatur und Luftfeuchte befähigt das Thermostat, nicht nur die Temperatur konstant zu halten, sondern für die Personen im Raum eine gewisse Wohlfühl-Atmosphäre zu schaffen. Bei gegebener Temperatur fühlen sich Menschen bei hoher Luftfeuchte weniger wohl als bei weniger feuchter Luft.

Wenn die Temperatur und die Feuchte bekannt sind, kann ein intelligentes Thermostat die Raumtemperatur so einstellen, dass das richtige Komfortniveau erreicht wird. Allerdings kann die fortlaufende Überwachung zweier Messgrößen einen hohen Stromverbrauch verursachen, sodass sich die Batterien des Geräts wesentlich schneller leeren. Aus diesem Grund ist ein niedriger Stromverbrauch eine wichtige Anforderung, die von intelligenten Thermostaten erfüllt werden muss.

Der erhöhte Integrationsgrad der erwähnten neuen Ultra-Low-Power-MCUs trägt zur Senkung des Stromverbrauchs bei. Einige dieser Bausteine, wie etwa der Mikrocontroller MSP430FR2311, sind mit einem aus Standard-Operationsverstärkern und einem TIA (Transimpedance Amplifier) bestehenden AFE ausgestattet, das den industrieweit niedrigsten Leckstrom von nur 50 pA und eine Standby-Stromaufnahme von nur 1 µA aufweist.

Texas Instruments Bildquelle: © Texas Instruments

Ein Sensor-Subsystem auf der Basis einer solchen MCU könnte bis zu zehn Jahre mit einer Batterie auskommen. Wird der Controller mit einem digital gesteuerten Oszillator kombiniert, kann er in weniger als 10 µs aus einem stromsparenden Standby-Modus heraus in den aktiven Modus wechseln. FRAM-Speicher ist ein stromsparendes Speichermedium – ebenso nichtflüchtig wie Flash-Speicher, aber mit schnellen, wenig Strom verbrauchenden Schreibzyklen, einer Schreib-Endurance von 10 hoch 15 Zyklen sowie mehr Sicherheit und dadurch geringerer Hacker-Anfälligkeit als Flash- oder EEPROM-Speicher. Nicht zuletzt besitzen FRAMs eine große Konfigurations-Flexibilität.

Die Fähigkeiten des Mikrocontrollers MSP-430FR2311 machen diesen Baustein zur richtigen Wahl für intelligente Thermostate und andere Geräte im Bereich der Gebäudeautomation, wie zum Beispiel Präsenzdetektoren, Rauch- oder Gasdetektoren, Funk-Schalter etc. Das MSP-430FR2311 MCU LaunchPad Development Kit von TI kann als Startrampe für eigene Entwicklungen dienen, die moderne Stromsparansprüche von Gebäudeautomationsanwendungen erfüllen. Erhältlich ist auch ein Referenzdesign von TI für portable Single-Chip-CO-Sensoren (Kohlenmonoxid) auf der Basis von MSP430-MCUs (TIDM-1CHP-DTECT-CO). Zu Einsatzmöglichkeiten von Ultra-Low-Power-MCUs in der Gebäudeautomation finden sich auf http://www.ti.com weitere Informationen.