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Komplexe Kommunikationsaufgaben und hohe Sicherheitsanforderungen

Intelligente Zähler - und was sie können müssen

11. Juli 2011, 16:10 Uhr | Heinz Arnold

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Ethernet, Smartcard-Interface, Externe Schnittstellen

Kommunikation über Ethernet

Ein Zähler kann Ethernet gleich in zweifacher Hinsicht nutzen – für die Kommunikation mit dem Netzwerk des Versorgungsunternehmens und für die Kommunikation mit den Geräten im Haushalt. Ethernet ist aber eher in HAN-Anwendungen verbreitet, beispielsweise zur lokalen Vernetzung von Geräten mit dem Zähler. So ein Zähler kann die an sein Netzwerk angeschlossenen Geräte überwachen und steuern. Dies führt nicht nur zu einer Entlastung des Versorgungsnetzes zu Spitzenzeiten, sondern hilft dem Kunden auch dabei, seine Kosten zu reduzieren, wenn das Versorgungsunternehmen tageszeitabhängige Tarife anbietet.

Darüber hinaus kann der Kunde mit Ethernet über das HAN auf den Zähler und die angeschlossenen Geräte von überall auf der Welt aus zuzugreifen und beliebige Geräte nach Wunsch steuern. Das funktioniert genauso gut wie der Online-Zugriff auf das eigene Bankkonto. Das Versorgungsunternehmen vergibt an den Kunden eine Zugangs-ID sowie ein Passwort, mit dem er sich ins Netzwerk einloggen kann, das Zähler, Versorger und Kunde verbindet.

Smart Card-Interface

Ein Smart Card-Interface erweist sich in erster Linie für Pre-Paid-Anwendungen als nützlich. Die Smart Card funktioniert wie eine Guthabenkarte im Mobilfunknetz. Bei der Aufladung wird das Guthaben im internen Speicher der Karte hinterlegt. Wird die Karte in den Kartenleser des Zählers eingeführt, so liest dieser das gespeicherte Guthaben aus dem Speicher aus und verringert dieses je nach Verbrauch. Der Zähler kann auch eine Warnmeldung ausgeben, wenn das Guthaben einen bestimmten Wert unterschreitet, so dass der Kunde geeignete Maßnahmen treffen kann. Das Prinzip eignet sich für ein Umfeld, in dem beispielsweise Saisonarbeiter beschäftigt oder kurzfristige Mietverträge abgeschlossen werden. Smart-Card-Interfaces werden in der Regel mit Hilfe von Peripheriefunktionen wie SPI (Serial Peripheral Interface) realisiert.

Externe Schnittstellen

Sind mittlere Zugriffsgeschwindigkeit ausreichend, können Peripheriemodule wie SPI, SCI, UART und I²C sehr effektiv eingesetzt werden. Für Applikationen jedoch, die auf kurze Zugriffszeiten oder die Übertragung großer Datenpakete angewiesen sind, eignen sich Peripheriefunktionen wie USB und SDIO (Serial Data Input Output) besser.

Einfache elektronische Zähler verfügen nur über begrenzte Kommunikationsfähigkeiten. Sie sind meist nur mit Peripheriemodulen wie SPI, I²C und UART ausgestattet. Um mit komplexeren Kommunikationsprotokollen wie GPRS und Ethernet arbeiten zu können, müssen diese SoCs mit weiteren externen Bausteinen beschaltet werden. So können zum Beispiel I²C, SPI und UART eingesetzt werden, um den einfachen Zähler mit einem Chip für die Kommunikation über GPRS oder mit einem ZigBee-Transceiver auszustatten. Gerade weil das Konzept der intelligenten Zähler so viele mögliche Kommunikationsarten zulässt, ist es schwierig, eine Single-Chip-Lösung zu finden, die auf nur einem Chip alle möglichen Modi wie Ethernet, GPRS, PLC usw. bedienen kann. Würde man andererseits alle möglichen Peripheriemodule für GPRS, Ethernet, PLC usw. auf einem einzigen Chip integrieren, so würde das nicht nur den Preis für die MCU nach oben treiben, sondern auch in einem höheren Stromverbrauch resultieren, es sei denn, man greift auf spezielle Techniken wie Clock-Gating und Low-Power-Architekturen zurück - ebenfalls ein wichtiger Aspekt für Zähleranwendungen.