Energieautarker Sensor für Bluetooth Smart serienreif

Zürcher Forscher haben im Rahmen der Fachkonferenz Bluetooth Europe einen serienreifen batterielosen Temperatursensor präsentiert, der in Bluetooth Low Energy funkt.

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Erster energieautarker Sensor für Bluetooth Smart

Live-Demo des energieautarken Temperatursensors.

Update
Von
  • Nico Jurran

Auf der aktuell in London stattfindenden Fachkonferenz "Bluetooth Europe 2015" hat das Institute of Embedded Systems der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW-InES) einen energieautarken Sensor für das energiesparende Protokoll Bluetooth Low Energy (BLE) alias Bluetooth Smart vorgeführt. Nach Angaben des Präsentators Professor Marcel Meli ist das Produkt reif für die Serienproduktion; es werde nun ein Hersteller gesucht, der es produzieren will.

Batterielose Sensoren und Schalter sind ein wichtiges Argument im Kampf um das Internet der Dinge (Internet Of Things, Iot) und das smarte Heim, auf den sich die hinter dem Standard stehende Bluetooth Special Interest Group (SIG) derzeit konzentriert.

ZWAH-InES demonstrierte auch, dass sich ihr Temperatursensor auch mit einer einzigen Solarzelle betreiben lässt.

Meli führte einen Temperatursensor vor, der vereinfacht ausgedrückt soviel Lichtenergie sammelt, bis genug Strom zur Verfügung steht, um die aktuelle Temperatur zu messen und den ermittelten Wert per Bluetooth Smart zu senden. Danach geht der Vorgang wieder von vorne los. Aus technischer Sicht sind dabei zunächst zwei Aspekte interessant: Zum einen setzt der Prototyp nicht auf übliche photovoltaische Zellen, sondern auf gelbe oder rote LEDs. Damit sei das Gerät wesentlich preiswerter und einfacher zu bauen.

Zum anderen funkt die Lösung des ZWAH-InES den ermittelten Wert über BLE in Advertising Frames. Diese nutzen normalerweise die "Beacons" genannten kleinen Funkfeuer, die in periodischen Abständen eine spezifische Kennung ausstrahlen und so etwa im Zusammenspiel mit einem BLE-tauglichen Smartphone samt passender App eine Indoor-Navigation ermöglichen. Im Unterschied zur gewöhnlichen BLE-Kommunikation kommt es bei der Beacon-Ausstrahlung nicht zur Kopplung mit dem Host (Smartphone).

Professor Meli machte bei seinen Ausführungen klar, dass die entwickelte Energy-Harvesting-Lösung nicht für alle Anwendungsfälle geeignet ist. Für die Temperaturmessung im Garten biete sie sich aber an, da sich die Temperatur gewöhnlich nicht extrem schnell ändert und genug Sonnenlicht zur Verfügung stehe.

Blick auf die Prototypen - mit LEDs (oben ) und Fotozelle.

(Bild: Nico Jurran / heise online)

Die Forscher der ZHAW haben herausgefunden, dass vier in Reihe geschaltete rote LEDs und ein 16 Microfarad-Energiespeicher für dieses Szenario ausreichen. Bei direkter Sonneinstrahlung (10 bis 15 kLux) sendet der Sensor alle 63 Sekunden einen Temperaturwert, bei einer Bürobeleuchtung von 500 Lux alle 700 Sekunden.

Laut Professor Meli verbessern sich diese Werte natürlich, wenn BTLE-Chips verfügbar werden, die immer bei einer geringeren Spannung arbeiten. Aktuell arbeite man bei dem Prototypen mit 4,5 Volt; für die Zukunft hofft Meli auf 3-Volt-Chips.

Für die Übertragung eines Temperaturwerts werden 3 Advertising Frames gesendet, wobei jedes Frame 29 Bytes umfasst. Auf Nachfrage von heise online bestätigte Meli, dass es nicht ausgeschlossen sei, dass Smartphones Frames verpassen. Dies hänge vom jeweiligen Smartphone beziehungsweise dem darin verwendeten Funkchip ab. Konkretere Angaben machte Meli jedoch nicht.

Das ZHAW hat auch einen batterielosen Schalter mit Piezo-Element in Entwicklung, der auf Knopfdruck einen Bluetooth-Smart-Befehl sendet. Das Element soll über 10 Millionen mal gedrückt werden können. Mit einem solchen Schalter würde BLE in Konkurrenz zu EnOcean und ZigBee treten.

(nij)