M2M/IoT Der Weg zum Gillette-Bestellknopf

Rasierklingen per Knopfdruck bestellen
Rasierklingen per Knopfdruck bestellen

Im Jahr 2016 hatte ein kreatives Team in Frankfurt die Idee einen IoT-Taster zum Bestellen von Ware über Mobilfunk zu entwickeln. Im Prinzip so etwas Ähnliches wie der Dash Button von Amazon, nur per GSM statt WiFi. Eine Lernkurve.

Die Entwickler im IoT-Taster-Team nutzten die große bekannte Internetsuchmaschine, um Informationen über selbstgebaute GSM-Antennen und mehr zu suchen bzw. zu finden. Fündig wurden sie u.a. auf dem IoT-M2M-Blog des Autors [1]. Als Leser registriert, erhielt das IoT-Taster-Team in loser Folge auch automatische E-Mails zu neuen Blog-Beiträgen, so auch über das Update des IoT / M2M Cookbook [2]. Dass der Käufer des Buches einen Bestellknopf für Gillette plante, mit dem Kunden Rasierklingen per Tastendruck bestellen können, war zu diesem Zeitpunkt noch geheim.

Leiterplatten-Antennen

Im IoT /M2M Cookbook beschreibt der Autor im Detail, wie man eine GSM-PCB-Antenne selber baut. Die Simulation der Antenne ist in verschiedenen Varianten offengelegt. Die Antenne ist so gut dokumentiert, dass sie auf Anhieb im Prototypen des IoT-Tasters funktionierte. Zugleich erfüllt diese GSM-Antenne auch die Forderung nach einem extrem niedrigen Preis: Die selbstgebaute Antenne besteht aus Leiterbahnsegmenten. Als Teil des Layouts der Leiterplatte wird sie zusammen mit der Leiterplatte gefertigt, kostet keinen Cent Aufpreis und es fallen auch keine Bestückungskosten an. Diesen Preis von 0,0 Euro kann niemand unterbieten.

Auf dem Weg zur Serie

In der folgenden Phase erfolgt bei IoT-Projekten dann oft die weitere Optimierung der Herstellungskosten, die Verkleinerung der Abmessungen und die Anpassung bzw. das Tuning der Antenne. Auch der IoT-Taster sollte diesen wichtigen Prozess durchlaufen. In dieser Phase wurde das Projekt an ein Entwicklungsbüro mit den nötigen Messgeräten zum Vermessen von Antennen vergeben. Leider wurde der IoT-Taster dort verschlimmbessert. Er wurde verkleinert. Die Antenne in der Platine wurde gegen eine billige Flex-PCB-Antenne mit schlechten Antennenparametern getauscht, um den Bauraum zu verkleinern. In dieser Version wurde der IoT-Taster mit der Flex-PCB-Antenne teurer und funktionierte nicht mehr richtig.

Hilfe durch Buchautor

Bei Nichtfunktion, EMV-Störstrahlung, Oberwellen bei den Messungen zur RED (Radio Equipment Directive, früher Radio and Telecommunication Terminal Equipment (R&TTE) Directive) und einigen Gründen mehr suchen Entwickler meist Rat beim Autor des IoT /M2M Cookbook [2]. Auch die Entwickler des IoT-Tasters baten den Autor um Rat. Über das akorIoT-Netzwerk brachte der Autor die Entwickler des IoT-Tasters mit einem erfahrenen HF-Entwickler zusammen, dem technischen Leiter von Triptec, Wilhelm Oelers. Gemeinsam mit dem Buchautor besuchte er den Projektleiter des IoT-Tasters. Beim Kaffee wurden die Modalitäten geklärt und nach den Messungen des Reflexionsfaktors (return loss) der Antenne erfolgte der Auftrag zu Überarbeitung der Platine. Die Antenne aus dem IoT / M2M Cookbook [2] kehrte also wieder zurück, ohne die Platine zu vergrößern. Durch das Ersetzen der Flex-PCB-Antenne konnten die Herstellungskosten nochmals reduziert werden und die Messungen nach RED wurden erfolgreich abgeschlossen.

Zusätzlich wurde die Antenne von Quadband-GSM auf LTE-Cat-NB1 (früher NB-IoT) im Band 8 und Band 20 optimiert. Der IoT-Taster kann nun mit entsprechender Erfahrung schnell in eine Version für LTE-Cat-NB1 geändert werden. Weitere Maßnahmen zur Kostenreduktion waren der Einsatz von Platinen mit nur zwei Lagen und die Einsparung von unnötigen Bauteilen auf der Platine.

Betrieb ohne Batteriewechsel

Hervorzuheben ist das Powermangement des IoT-Tasters. Der Ruhestrom bei aktivem Timer und Taster beträgt nur 500 nA. Der Mikrocontroller schaltet alles ab und wartet geduldig auf den nächsten Tastendruck oder löst per aktivem Timer Bestellungen selbstständig aus.

Im GSM-Test sind auch extreme Betriebsbedingungen zu testen. Dazu simuliert ein GSM-Tester eine Basisstation und fordert von der Gegenstelle die maximale Sendeleistung von 2 W (33 dBm) ab. Mit 2 W sendet der IoT-Taster 520 Bestellungen mit der Energie von drei herkömmlichen AA-Zellen.

Für die Konzeption des IoT-Tasters zum Bestellen von Rasierklingen wurde für alle zwei Wochen ein Bestellvorgang geplant. Das entspricht 26 Bestellungen für Rasierklingen pro Jahr. Mit 520/26 errechnet sich eine theoretische Nutzungsdauer von 20 Jahren mit einem Satz von drei AA-Batterien. Da aber in realen GSM-Netzen nie mit 33 dBm gesendet wird, reicht die Energie der Batterien für Tausende Bestellvorgänge. Die Alterung und Selbstentladung der AA-Zellen sind eher der Flaschenhals und zwingen nach vielen Jahren zum Batteriewechsel.

Bilder: 5

Gillette Bestellknopf

Derzeit nur in Österreich bietet Gillette seinen Kunden die Bestellung neuer Rasierklingen per Knopfdruck an.