Ultra-Low-Power-Technologie-Update

Gebäude- und Heimautomations-Designs energieeffizient optimieren

8. Oktober 2020, 15:16 Uhr | Von Brian Dempsey, Systems Design Engineer bei Texas Instruments

Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Beispiel für ein energieeffizientes Design

Eines der zentralen Elemente eines Smart Home Designs ist ein intelligentes Türschloss (Smart Lock), das auf drahtlosem Weg Anweisungen von autorisierten Benutzern entgegennehmen kann, passierende Personen zu erfassen und das Schloss ohne manuelle Intervention zu betätigen. Allerdings erreichen diese intelligenten Türschlösser nicht die allgemeine Akzeptanz herkömmlicher Mechanismen aus Schloss und Schlüssel, wenn die Batterielebensdauer und der Wartungsbedarf den Erwartungen an die Funktionalität entgegenstehen.

Energieeffizientes Design und Energy Harvesting können allerdings dazu beitragen, die Lebensdauer elektronischer intelligenter Türschlösser um Jahre zu verlängern.
Betrachten wir als Beispiel ein fortschrittliches intelligentes Türschloss, bei dem sich verifizieren lässt, dass sich der Riegel im Türpfosten befindet und dass die Tür vollständig geschlossen ist. Wenn der Anwender den Schließzylinder dreht, um den Riegel zu bewegen, wird eine geringe Menge Energie erzeugt, die sich für die spätere Positions-Verifikation ernten lässt, wenn die Tür aus der Ferne verriegelt wird. Natürlich ist dies nur eine von vielen möglichen Methoden. Bild 9 gibt das Blockschaltbild für diese Variante wieder.

Blockschaltbild
Bild 9. Output-Spannung eines Energy-Harvesting-Türgriffs.
© Texas Instruments

Im Türpfosten befindet sich ein einfacher Einsatz, der sich hinter der Schlossfalle montieren lässt. In diese Kontakte eingebaut ist ein ganz bestimmter Widerstandswert, der für einen Spannungsabfall an diesen Kontakten sorgt. Man kann diese Spannung entweder mithilfe eines Operationsverstärkers vergleichen oder setzt, um die Genauigkeit zu steigern und Manipulationsversuche abzuwehren, einen extrem stromsparenden A/D-Wandler zum Messen der Ausgangsspannung ein.Nachdem der Mikrocontroller die Ausgangsspannung verifiziert hat, schaltet er über den Load Switch die Stromversorgung des Verbrauchers ab, um den Stromverbrauch zu minimieren (≤2 nA im Shutdown-Modus). Da es sich bei den Peripheriefunktionen um passive Elemente handelt, ist das Design sehr effizient und bietet zu geringen Mehrkosten einen zusätzlichen Einbruchs- und Manipulationsschutz.

Texas Instruments
Bild 10. Exemplarisches Blockschaltbild eines Riegelpositionssensors mit Energy Harvesting
© Texas Instruments

Zusammenfassung

Damit neue Technik die bisherigen, bewährten und technisch weniger anspruchsvollen Lösungen verdrängen kann, muss sie normalerweise einen deutlichen Mehrwert bieten und darf keine entscheidenden Hindernisse bergen. Fortschritte im Ultra-Low-Power-Bereich tragen diesen Herausforderungen Rechnung, indem sie mehr Zweckmäßigkeit bieten und ausgefeilte, praktisch wartungsfreie Lösungen ermöglichen.

Mit zuverlässigen Daten und einer Rechenleistung, auf die man sich über Jahre hinweg verlassen kann, definiert die Ultra-Low-Power-Technik neu, wo, wie und über welche Zeitspannen hinweg intelligente Geräte eingesetzt werden können. Die Folgewirkungen dieser Innovationen werden noch lange nach dem letztmaligen Ersatz der ersten Welle von Batterien zu spüren sein. (hl)


  1. Gebäude- und Heimautomations-Designs energieeffizient optimieren
  2. Energieeffiziente Geräte
  3. Energy Harvesting in der Gebäudeautomation
  4. Beispiel für ein energieeffizientes Design

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