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Was tun mit all den Daten?: Mit Mikrocontrollern smarte Thermostate bauen

Wie kann man bei der Entwicklung von intelligenten Thermostaten die Verarbeitung und Aufzeichnung digitaler Sensordaten richtig implementieren? Dieser Fachbeitrag gibt Antwort.

Alu-Elkos sind für die meisten Applikationen unverzichtbar Bildquelle: © Scorpp/Shutterstock

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In einem vorherigen Beitrag wurde bereits erklärt, was zur Integration der Sensor-und Messkette beim Design intelligenter Thermostate zu berücksichtigen ist. Ist der A/D-Wandler (ADC) korrekt eingerichtet und sind die Messgrößen erfasst und digitalisiert, gilt es, die Weiterverwendung der Daten zu klären. In dieser Beitragsserie werden dazu u.a. folgende Fragen beantwortet:

  1. Wie lassen sich Daten von einer Speicheradresse zur anderen transferieren? 
  2. Wie lassen sich Daten weiterverarbeiten und daraus aussagefähige Informationen für die jeweilige Anwendung extrahieren? 
  3. Wie werden die relevanten Daten abgespeichert?

Bild 1 zeigt das vereinfachte Blockschaltbild eines Mikrocontrollers (MCU). Darin fungieren CPU und DMA-Controller als Busmaster des Systems.

High Level Block Diagram Bildquelle: © Texas Instruments

Bild 1. Blockschaltbild eines typischen Mikrocontrollers

Für den Transfer der ADC-Daten zu Funktionsabschnitten inner- und außerhalb des Chips ist eine Reihe verschiedener Datenfluss-Szenarien denkbar:

·         Die ADC-Daten werden von der CPU oder dem DMA-Controller an nichtflüchtige Speicher (Non-Volatile Memory – NVM) innerhalb des Chips übertragen.

·         Die ADC-Daten werden von der CPU oder dem DMA-Controller an ein chip-internes RAM transferiert. In diesem Fall können die Daten weiterverarbeitet und anschließend von der CPU oder dem DMA-Controller in ein chipinternes NVM oder an den seriellen Kommunikationspuffer übertragen werden. Über serielle Kommunikations-Module lassen sich die Daten auch an Funktionen außerhalb des Chips weiterleiten.

·         Die ADC-Daten werden von der CPU oder dem DMA-Controller direkt an eine Peripheriefunktion für die serielle Kommunikation übergeben.

In der hier behandelten Applikation eines intelligenten Thermostaten wird das zweite Datenfluss-Szenario betrachtet. Dabei erfolgt ein gewisser Umfang an Datenverarbeitung und Mittelwertbildung, bevor die Temperaturmesswerte an ein externes System weitergereicht werden, wie etwa an einen mit der Cloud verbundenen Konnektivitäts-Baustein. Will man jedoch eine größere Datenmenge sammeln und Datenanalysen vornehmen (um beispielsweise Durchschnittswerte oder Maximal- und Minimaltemperaturen über die Zeit zu ermitteln), transferiert man die Messdaten an ein externes System, das dann die Verarbeitung übernimmt (z. B. per Cloud-Computing).

Gehen wir zunächst an die Datenübertragung.