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Detektieren, erfassen, steuern

MSP430 vereinfacht Gebäudeautomations-Designs

MSP430
Einfacheres Design von Gebäudeautomations-Applikationen mithilfe der MSP430-MCUs
© WEKA Fachmedien/Texas Instruments

MSP430-MCUs für hochpräzise Detektierungs-, Erfassungs- und Steuerungsaufgaben in der Gebäudeautomatisierung optimieren die Leistungsfähigkeit und steigern die Effizienz. Für die Entwicklung stehen Applikationsreports und LaunchPad Development Kits zur Verfügung.

Gebäudeautomations-Systeme steuern in industriellen oder kommerziellen Umgebungen eine Vielzahl von Funktionen, die dem Wohlbefinden und der Sicherheit der Beschäftigten dienen. Mithilfe von Innovationen im Bereich der Mikrocontroller-Technologie lassen sich diese Funktionen intelligenter und kosteneffektiver machen. Beim Design optimierter Gebäudeautomationssysteme kommt es zunächst darauf an, sich für die richtigen Bauteile zu entscheiden, um die unterschiedlichen Funktionen dieser Anwendungen zu unterstützen. Mit der Implementierung eines speziellen Mikrocontrollers (MCU) lassen sich die Designs flexibler machen, indem das System befähigt wird, verschiedene Parameter in seiner Umgebung zu detektieren, zu erfassen und zu steuern.

PIR-Sensoren für die präzise Detektierung und Erfassung von Bewegungen

PIR-Sensoren (Passive Infrared bzw. Pyroelectric Infrared) sind in Sicherheitssystemen und der Bewegungserkennung sehr verbreitet. Eine Vielzahl unterschiedlicher Technologien bietet sich an, um PIR-Lösungen in Bewegungserkennungs-Systeme zu integrieren, die »warme« Objekte oder Personen erkennen, wenn diese den Sensor passieren. PIR-Sensoren dürfen nur wenig Strom verbrauchen und benötigen kleine Bauteile, und außerdem müssen sie rauscharm sein und in jeglichen Umgebungen hochpräzise Erfassungseigenschaften bieten, um die von einem Objekt oder einer Person ausgehende Infrarotstrahlung korrekt zu »sehen«.

In Bewegungsmeldern kommen häufig analoge Bandpassfilter zum Einsatz, obwohl sich das Design dieser Filter komplex gestalten kann. Der diskrete, analoge Ansatz kann (infolge der Kondensatoren) rauschanfällig sein und niederfrequentes Rauschen erzeugen, das bei der Bewegungserkennung nicht gerade vorteilhaft ist. Die als »Smart Analog Combo« bezeichnete Integration analoger Funktionen in einen Mikrocontroller wie den MSP430FR2355 von Texas Instruments macht es dagegen möglich, die gesamte Signalkette des PIR-Sensors zu implementieren. Außerdem ist sie per Software konfigurierbar, um die Empfindlichkeit und Reichweite einzustellen, digitale Regelkreise zu implementieren und den Sensor im Interesse eines niedrigen Stromverbrauchs zu optimieren. Aus Bild 1 gehen die verschiedenen Vorteile hervor, die sich bei einem PIR-Sensor auf Basis eines MSP430-Mikrocontrollers ergeben.

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Bild 1
Bild 1. Vorteile eines PIR-Sensors auf der Grundlage eines MSP430-Mikrocontrollers
© Texas Instruments

Digital-analoge und rein digitale PIR-Lösungen lassen sich nicht ohne weiteres anpassen, um die Reichweite, die Zielobjekt-Geschwindigkeit, die Umgebungstemperaturen und die Beleuchtungsverhältnisse zu verändern. In Tests, die von TI durchgeführt wurden, war ein auf Basis eines MSP430-Mikrocontrollers entwickelter PIR-Bewegungssensor ohne analoge und digitale Signalverarbeitung in der Lage, Bewegungen in einer Distanz von bis zu 11 m zu erkennen.

Digitale PIR-Lösungen mit integrierter Signalkette sind im Design einfacher, können aber dafür auch höhere Kosten verursachen. Bei den MSP430-MCUs ist die Signalkette in den Mikrocontroller integriert, was neben einem geringeren Rauschen und einer reduzierten Stromaufnahme (ca. 6 µA) auch eine leistungsfähige Signalkette für Bewegungserkennungs-Applikationen ergibt, weil sich die Batterielebensdauer mithilfe der Low-Power-Betriebsarten des Mikrocontrollers maximieren lässt. Der geringere Bauteileaufwand erlaubt die Verwendung einer kleineren Leiterplatte mit einfacherem Layout, und die Materialkosten gehen gegenüber ähnlichen digitalen PIR-Lösungen um bis zu 20 Prozent zurück.

Das soeben beschriebene Design eines PIR-Sensors lässt sich mit dem MSP430FR2355 implementieren. Dazu gibt es den Applikationsreport »PIR Motion Detector Using Integrated Smart Analog on MSP430FR2355«.


  1. MSP430 vereinfacht Gebäudeautomations-Designs
  2. Motorregelung: Kamera-Motormodul

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