Drahtlose Sensornetzwerke: Avnet Abacus unterstützt bei der Umsetzung
Energy Harvesting beseitigt den »Hemmschuh« für drahtlose Sensornetze
Bei der Auswahl eines drahtlosen Sensorsystems gibt es einige Punkte zu beachten: Größe, Reaktionszeit, Genauigkeit, Reichweite und – ganz entscheidend – die Stromversorgung. Prädestiniert sind Energy-Harvesting-Verfahren, aber es kommt es auf die Kombination der richtigen Bausteine an.
»Anwendungsbereichen bzw. Orte, die aufgrund extremer Bedingungen wie hohe Temperatur-, Säure- oder Druckwerte schwer zugänglich sind, treiben die Nachfrage nach drahtlosen Sensornetzwerken«, weiß Angelo Bosoni, Marketing Manager Sensoren von Avnet Abacus. Interessant sind drahtlose Sensoren auch, wenn wegen Distanz, Zugänglichkeit, Umweltbedingungen und Installationskosten keine Kabel verlegt werden können. Drahtlose Sensornetzwerke sind dementsprechend mittlerweile in Fahrzeugen, Fabriken, Gewerbe- und Wohngebäuden, aber auch in der Landwirtschaft zu finden, zum Beispiel in Bewässerungssystemen.
Ob eine kabelgebundene oder kabellose Alternative in Frage kommt, richtet sich nach der Art der Applikation. »Erst einmal muss der Entwickler die Größe und den Sensortyp definieren«, beschreibt Bosoni. Außerdem muss er die für seine spezielle Anwendung erforderliche Reaktionszeit und Genauigkeit berücksichtigen, weil die diversen Produkte und Techniken hier stark voneinander abweichen. »Darüber hinaus wirkt sich bei einer drahtlosen Lösung die Häufigkeit, mit der Messwerte übertragen werden, ganz erheblich auf die Beanspruchung der Batterie- oder Stromversorgung aus und muss dementsprechend sorgfältig überprüft werden«, gibt Tim Parker zu bedenken, Marketing Manager Batterien von Avnet Abacus. Schließlich spielt auch die Reichweite, über die das Signal übertragen werden muss, bei der Auswahl des Sensors eine Rolle. Generell gilt: Je größer die Entfernung, umso mehr Leistung ist für die Signalübertragung erforderlich. Zu beachten ist außerdem noch die Frequenz, mit der das Signal übertragen wird. »Von Land zu Land und Region zu Region gelten andere gesetzliche Vorgaben, welche Frequenzbereiche man ohne spezielle Lizenzen belegen darf«, erklärt Bosoni.
»Wesentliche Nachteile großer Sensornetzwerkinstallationen waren in der Vergangenheit die mangelnde Zuverlässigkeit und die begrenzte Nutzungsdauer der für die Energieversorgung des Sensors, Senders, Prozessors und anderer elektronischer Systembauteile benötigten Batterien«, schildert Parker. Die Stromversorgung in drahtlosen Sensornetzen übernehmen Batterien oder Energy-Harvesting-Verfahren. Netzwerke mit einer Reichweite von bis zu 300 m gelten als Micropower-Welt. Genau auf diesem Gebiet habe mit der Einführung der Solid-State-Batterien ein entscheidender Evolutionsschritt stattgefunden, betont Parker: »Weil sie eine eingebaute Energiemanagementfunktion haben, weniger Platz als herkömmliche Knopfzellen brauchen und so konzipiert sind, dass sie die Lebenszeit des Gerätes überdauern, das sie versorgen sollen, gibt es keine Probleme mehr durch Wartungskosten und der ja nicht immer einfachen Zugänglichkeit des Gerätes.« Einer der größten Hersteller solcher Solid-State-Batterien ist das US-amerikanische Unternehmen Cymbet. Der Hersteller gilt als Marktführer bei der Dünnschicht-Batterietechnik und arbeitet seit einem Jahr mit Avnet Abacus europaweit zusammen. Gefertigt werden die Produkte von Cymbet ausschließlich in den USA.
»Die Kombination eines Energy-Harvesting-Wandlers mit einem Leistungsmodul, das die Energie aufbereitet, einem Sensor mit niedrigem Stromverbrauch, einem Energiespar-Mikrocontroller und einer optimierten HF-Funkverbindung ist die ideale Voraussetzung, um langlebige und wartungsfreie drahtlose Sensornetzwerke aufzubauen«, verdeutlicht Bosoni.
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