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Funkstandards für das Smart Home

Alexa, mach das Licht aus!

29. Oktober 2018, 11:39 Uhr | Karin Zühlke

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Ein Modul für alle Fälle

»Optional lässt sich ab Bluetooth 4.0 das Bluetooth-Mesh-1.0-Protokoll als Zwischenebene nutzen, um große Netze mit vielen Geräten zu unterstützen«, ergänzt Bernd Hantsche. »Auch für dieses Bluetooth-Protokoll sprechen in erster Linie die Smartphone-Kompatibilität und der niedrige Stromverbrauch.«

Ein Radiowecker der Luxusklasse wird jedoch nicht nur die Musik aufdrehen und das Licht einschalten – er wird anhand des Pulses und der Bewegungen die Schlafphase ermitteln und im optimalen Moment sanft und kontrolliert Lautstärke und Licht erhöhen. Dazu benötigt er Zugriff auf die Smartwatch oder den Fitness-Tracker. »Hierfür benötigt er das ANT-Protokoll. Denn das hat sich bei solchen Geräten etabliert; nur einige wenige Modelle arbeiten hier mit Bluetooth. Denn ANT ist definitiv die ultimativ sparsamste Funktechnik für Sensoren im näheren Umfeld und damit ideal für Anwendungen, die mit Knopfzellen oder ähnlich kleinen Energiespeichern betrieben werden.«

Zu viel Technik hat allerdings auch ihre Kehrseiten: »Wer so viele Funktechnologien parallel einsetzen möchte, tut dem Endverbraucher oft keinen Gefallen. Denn der muss letztendlich alle Verbindungen zu seinen Geräten und Systemen einrichten«, so Bernd Hantsche. »Hier hilft ironischerweise ein weiterer Funkstandard: Near Field Communication (NFC). Damit kann der Endkunde mit seinem Smartphone und einmaligem Berühren des Geräts, in unserem Beispiel des Radioweckers, alle Netze vollautomatisch einrichten.«

Ein Modul für alle Fälle

Der technische Königsweg, um alle Varianten umzusetzen und damit auch für künftige Entwicklungen gerüstet zu sein, wäre ein leistungsstarker Mikrocontroller mit Funkeinheiten für ZigBee, Thread, Bluetooth 5, Bluetooth Mesh, ANT und NFC. »Würde man einen solchen Superchip entwickeln, würde man vermutlich auch gleich eine USB-Schnittstelle dazupacken, außerdem Analog-Digital-Wandler, um weitere Sensoren direkt auszuwerten, und Sicherheitsmechanismen zur Verschlüsselung der Datenübertragung und zur Absicherung von Speicherbereichen. So oder ähnlich müssen wohl auch die Gedanken von Nordic Semiconductor gewesen sein, als sie den nRF52840 entwickelt haben. Dieser hat all das intergiert – und ist kaum teurer als eine reine ZigBee-Lösung«, erklärt Bernd Hantsche.

Kern des nRF52840 ist ein 32-bit-ARM-Cortex-M4F-Prozessor mit 64 MHz. Der On-Chip-Speicher in Flash (1 MB) und RAM (256 kB) bietet ausreichend Platz für den Einsatz mehrerer Funkprotokolle gleichzeitig. Zudem verfügt das SoC über eine hochauflösende RSSI-Messung und automatisierte Funktionen wie EasyDMA, um die Prozessorlast zu verringern und den Speicherdirektzugriff zu ermöglichen. Alle peripheren Komponenten verfügen über ein unabhängiges und automatisiertes Clock- und Power-Management, das sicherstellt, dass sie abgeschaltet werden, wenn sie nicht benötigt werden. Für verbesserte Sicherheit nutzt der nRF52840 den ARM CryptoCell-310. Dieser kryptografische On-Chip-Koprozessor unterstützt einen Zufallszahlengenerator und viele asymmetrische, symmetrische und Hash-Kryptografiedienste. Der Koprozessor beschleunigt Operationen erheblich, spart CPU-Verarbeitungszeit und senkt den Energiebedarf. Der nRF52840 ist on-Air-kompatibel mit den Produkten der Serien nRF24, nRF51 und nRF52 von Nordic Semiconductor.

»Skeptikern empfehlen wir zum Einstieg den nRF52840-Dongle. Für unter zehn Euro können sie ein kleines Entwicklungskit erwerben, das bereits RGB-LED, grüne LED, Taster und immerhin 15 der 32 GPIOs am Rand des USB-Sticks per Lötpunkte abgreifbar hat«, führt Hantsche aus. Zudem sind kostenlos der Segger-Compiler und ein GNU-Compiler verfügbar; alternativ lassen sich Versionen von IAR oder Keil für den nRF52840 eingeschränkt nutzen. Und wer auf den Geschmack gekommen ist, findet mit dem nRF52840-DK eine leistungsfähigere Entwicklungsumgebung.