3D-Magnetfeldsensor, Funkmodul, Thermogenerator und Solarzellen kombiniert

Selbstversorgender »Fensterwächter«

17. September 2012, 15:30 Uhr   |  Nicole Wörner

Selbstversorgender »Fensterwächter«
© Quelle: Fraunhofer IIS

Der am Fensterrahmen angebrachte Sensorknoten überträgt die Daten über ein drahtloses Sensornetzwerk an die Zentrale. Der hier dargestellte Prototyp des Funkkastens (links im Bild) wird im fertigen System im Sensorgehäuse (rechts oben im Bild) eingebaut sein.

Forscher des Fraunhofer-Instituts IIS haben zusammen mit Seuffer einen kabellosen »Fensterwächter« entwickelt. Er prüft den Zustand der Fenster und kommt dabei ohne Kabel und Batterie aus, denn er bezieht seine Energie aus der Umwelt - aus Licht und der Umgebungswärme.

Im Fensterrahmen platziert, erkennt der Sensor, ob ein Fenster offen, geschlossen, gekippt oder angelehnt ist und sendet diese Information an eine Basisstation. So sieht der Anwender auf einen Blick, welche Fenster offen stehen.

Die intelligente Fensterkontrolle basiert auf dem »HallinOne«-Sensor des Fraunhofer Instituts für Integrierte Schaltungen IIS – einem 3D-Magnetfeldsensor. »Der am Innenrahmen des Fensters angeklebte fingernagelgroße Sensor erkennt die Fenster- und Hebelpositionen, indem er die Winkelabweichungen und -bewegungen des Magneten misst, der sich am unteren Fensterflügelrand befindet«, erklärt Klaus-Dieter Taschka, Ingenieur am IIS. »Ist das Fenster zum Beispiel verriegelt, verschiebt sich der Magnet nach rechts. Der Sensor erkennt sogar, wenn es vermeintlich geschlossen, eigentlich aber nur angelehnt ist. Kein anderes System ist dazu in der Lage.« Darüber hinaus ist es manipulationssicher und eignet sich daher auch als Einbruchschutz: Der Magnet lässt sich physikalisch nicht entfernen, ohne dass der Sensor dies registrieren würde.

Selbstversorgend im Multi-Hop-Funknetz

Eine ebenfalls im Rahmen angebrachte Funkeinheit, bestehend aus Mikrocontroller und Sensorknoten, nutzt die »s-net«-Technologie des IIS für die extrem energiesparende, drahtlose Datenübertragung an eine Zentrale. Diese kann ein PC, ein Handy, ein Tablet oder auch ein Raumcontroller sein. »Das drahtlose s-net-Sensornetz ist ein Multi-Hop-Netz, bei dem die Informationen zwischen einzelnen Sensorknoten und dem Masterknoten in der Zentrale ausgetauscht werden«, erläutert Taschka. Die Funkreichweite zwischen den Knoten – also von Fenster zu Fenster – beträgt etwa 20 bis 30 Meter. Durch die Multi-Hop-Fähigkeit des Systems lässt sich eine große Fläche abdecken, daher eignet es sich auch für den Einsatz in Unternehmen. In Bürogebäuden installiert, könnte es dem Pförtner die Daten übermitteln und so den Kontrollgang durch sämtliche Büros ersparen.

Der »Fensterwächter« kommt ohne Kabel und Batterie aus, denn er bezieht seine Betriebsenergie aus der Umwelt, konkret aus Licht und der Umgebungstemperatur. Im Fensterrahmen angebrachte Thermogeneratoren wandeln die Wärme in Strom um. Zudem versorgen am äußeren Fensterrahmen befestigte Solarzellen den 3D-Sensor mit Energie. »Bei unseren Tests hat dies sogar an nach Norden ausgerichteten Fenstern funktioniert«, sagt Andreas Buchholz, Abteilungsleiter Forschung und Entwicklung bei der in Calw ansässigen Seuffer GmbH & Co. KG.

Um prüfen zu können, ob sämtliche Sensoren einwandfrei arbeiten, wurde jeder Chip mit einer Spule ausgestattet, die ein Magnetfeld aufbaut, wenn sie unter Strom gesetzt wird. Erfolgt daraufhin ein Signal, ist der Sensor intakt.

Das Fenster inklusive Sensor, Magnet, Funkeinheit und Solarzellen liegt derzeit als Prototyp vor. Ende des Jahres soll es in Serie gefertigt werden. Die Produktion übernimmt das Team von Seuffer, das auch die Elektronik entwickelt und das Gehäuse hergestellt hat.

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