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Drahtlose Konnektivität

Design-Herausforderungen auch mal proprietär lösen

6. November 2018, 8:56 Uhr | Von Adithya Madanahalli, Software Entwickler von Würth Elektronik eiSos – Division Wireless Connectivity & Sensors

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AMB8826-Modul bietet Reihe von Befehlen...

Typischerweise wird dazu ein Mikrocontroller verwendet, der die Temperatur von einem Sensor über die SPI/I2C-Schnittstelle ausliest. Anhand der aktuellen Temperatur wird die Drehzahl des Ventilators mit einem über SPI/I2C oder PWM angeschlossenen Antrieb eingestellt. Die Sensor- und Aktor-Parameter werden periodisch über eine verdrahtete RS-232/RS-485-Schnittstelle an einen entfernten Host gesendet. Dieser Host richtet die Regelparameter ein, analysiert die Werte über die Zeit und visualisiert den Status beziehungsweise Trends über eine PC-Benutzeroberfläche.

Die RS-232/RS-485-Verbindung soll nun durch eine drahtlose Verbindung – in diesem Fall mittels des proprietären AMB8826-Moduls – ersetzt werden. Es arbeitet im 868-MHz-Band und ist für den europäischen Markt geeignet. Die gleiche Hardware-Plattform mit 915 MHz (AMB9826) ist für den nordamerikanischen Markt verfügbar. Sie sind Footprint-kompatibel und setzen auf die gleichen Software-Schnittstellen. Das macht es einfacher, ein System für den weltweiten Einsatz zu entwickeln. Neben einer Antenne mit den Abmessungen 27 mm × 17 mm × 3,2 mm ist auch der eiSos-RF-Stack integriert. Trotz des Stromverbrauchs von nur 26 mA (bei 14 dBm Sendeleistung) und einem Schlafstrom von weniger als 0,2 μA kann das AMB8826 unter geeigneten Bedingungen (externe Antenne, 6 m Antennenhöhe über Boden) mit seinem Long-Range-Modus eine Reichweite von bis zu zehn Kilometern erreichen.

In seiner einfachsten Konfiguration benötigt das AMB8826 nur wenige Pins, die mit dem Host-Mikrocontroller verbunden sind: die Gleichstromversorgung, der Boot-Pin, der Reset-Pin und die UART-Schnittstelle (TX, RX). Um den Betrieb mit geringem Stromverbrauch zu ermöglichen, sollte auch der Wake-up-Pin angeschlossen werden. Mit der im Modul integrierten Antenne ist die Hardware startklar.

Der Host-Mikrocontroller verbindet sich mit dem AMB8826 über UART mit einer einfachen, aber robusten Befehlsschnittstelle. Ein typischer Befehlsrahmen besteht aus einem Startbyte, einem Befehlsbyte und einem Längenbyte gefolgt von der Nutzlast. Mittels Prüfsumme (CS) wird die Datenintegrität sichergestellt. Zudem sendet das Modul für jeden Befehl eine Bestätigung zurück.

Das AMB8826-Modul bietet eine Reihe von Befehlen, um das Verhalten des Moduls sowie die Eigenschaften der drahtlosen Verbindung zu konfigurieren. Die Befehle können in drei Kategorien eingeteilt werden:

- Datenübertragung – Senden und Empfangen von Daten

- Aktionen oder Ereignisse – Zurücksetzen, Standby, Ruhezustand

- Parameter ändern – Parameter abrufen/einstellen, um das Funkprofil (Kanal, Sendeleistung und Funkprofil), das Netzwerk (Adressen) und UART (Baudrate) zu steuern.

Alle Befehle sind im dazugehörigen Handbuch mit detaillierten Beispielen beschrieben. Für die Beispielanwendung liest der integrierte μC-Host die Temperatur von 45 °C bei der aktuellen Ventilatordrehzahl von 500 pro Minute ein. Um diese aktuellen Messwerte an den Remote-Host zu senden, sendet der Vor-Ort-μC einen CMD_DATA_REQ-Befehl mit einer Nutzlast „TEMP 45 SPEED 500“ an den AMB8826. Das Modul antwortet dann mit der Bestätigung an den integrierten μC.

Die Nachricht wird über die drahtlose Verbindung gesendet und vom Remote-Host empfangen. Auf ihm ist ein Abbildungsprofil von gemessener Temperatur zu Lüfterdrehzahl hinterlegt. Da dieses geändert wurde, soll ein neuer Schwellenwert für 55 °C an die Lüftersteuerung übermittelt werden. Um dies zu erreichen, sendet der entfernte Host den Befehl „SET TEMP 55 SPEED 1000“ an das Modul. Dieses antwortet dann mit einer Bestätigung. Der integrierte μC empfängt diese Nachricht und setzt die Schwellenwerte entsprechend. Aus dem Beispiel wird deutlich, dass Nachrichten mit einer sehr einfachen Befehlsschnittstelle leicht zwischen den zwei oder mehr Stationen ausgetauscht werden können.

Das AMB8826 und sein Pendant AMB9826 arbeiten in den unlizenzierten 868-MHz- bzw. 915-MHz-Frequenzbändern. „Nicht lizenziert“ bedeutet nicht „unreguliert“ und jedes Gerät, das dieses Spektrum nutzt, muss den lokalen Frequenzregelungen und gesetzlichen Vorgaben entsprechen. Die gute Nachricht hier ist, dass das AMB8826/AMB9826 gemäß RED bzw. FCC und IC vorvermessen oder zertifiziert ist.

Flexibilität in der Konfiguration der physikalischen Schicht ist sehr wichtig. So erfordern einige Anwendungen einen höheren Datendurchsatz, während andere eine größere Reichweite benötigen. Für diese Anforderungen bietet das AMB8826 sechs verschiedene Funkprofile. Im Extremfall steht für bandbreitenintensive Anwendungen eine hohe Datenrate von 400 kbit/s mit bis zu 224 Byte Payload zur Verfügung.