DECT ULE – Kampfansage an Bluetooth, Zigbee und WLAN

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MicroConsult Microelectronics Consulting & Training GmbH

SCM als passiver Infrarot-Sensor

Ein PIR-Sensor reagiert unter Ausnutzung der Pyroelektrizität seiner Empfängerfläche auf eine Temperaturänderungen. Wenn sich ein Objekt im Raum bewegt, wird die Wärmedifferenz zwischen dem Objekt und dem Umfeld in Spannung umgesetzt.

Die beiden in Serie geschalteten Verstärker AMP1 und AMP2 haben eine filternde und verstärkende Funktion. Das Ausgangssignal wird durch zwei Komparatoren gegen zwei Referenzspannungen gemessen, die den Schwellwert definieren. Der Frequenzbereich zur Bewegungserkennung bewegt sich zwischen 0,1 Hz bis 10 Hz, die Signalverstärkung liegt zwischen 60 dB und 70 dB.

Anwendung für einen Rauchmelder

Eine LED und eine Photodiode im Innern eines Rauchmelders wandeln Licht in Spannung um. Da keine direkte Sichtlinie zwischen der LED und der Photodiode vorhanden ist, wird im Normalfall von der Photodiode keine Spannung erzeugt. Dringt Rauch in den Rauchmelder ein, so wird das Licht der LED auf die Photodiode reflektiert und somit eine Spannung erzeugt.

Die Detektion erfolgt in zwei Phasen:

In der ersten Phase ist die LED aus und somit werden AMP1_P, ANA_IN1 und AMP1_OUT kurzgeschlossen. Dies bewirkt die Entladung von C1 und C2.

In der zweiten Phase wird die LED kurz eingeschaltet. Sollte vorhandener Rauch zu Reflektionen führen, so wird im Verhältnis der beiden Kondensatoren C1 und C2 die Eingangsspannung durch AMP1 verstärkt. Der Schwellwert für die Erkennung wird durch die Spannung VREF1 eingestellt.

Counter-Einheiten verwenden

Neben der SCM bietet die SA-Einheit aber auch noch weitere Funktionen. So können die Counter-Einheiten verwendet werden, um Impulse zu zählen und beim Erreichen einer vorkonfigurierten Anzahl von Ereignissen das System aufzuwecken. Zu beachten ist das integrierte Entprell-Modul, das nur echte Ereignisse an den Zähler weiter gibt.

Auf ähnliche Weise können auch periodische Ereignisse zum Aufwecken des Systems verwendet werden. Es ist sogar möglich, Ereignisse über einen definierten Zeitraum zu zählen und das System nur aufzuwecken, wenn eine definierte Anzahl von Ereignissen im gewählten Zeitraum stattgefunden hat. Des Weiteren können auch PWM-Signale generiert werden, die auch im Sleep Mode zur Verfügung stehen.

Die oben aufgeführten Beispiele zeigen nur einen kleinen Auszug aus den vorhandenen Möglichkeiten der SA Einheit. Es lassen sich alle Funktionen in großen Bereichen variieren und konfigurieren, was eine schier unbegrenzte Anzahl von Anwendungen erlaubt.

Ergänzendes zum Thema

DECT - Ultra Low Energy

Der Standard DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) wurde als Standard für schnurlose Telefone entwickelt und ist in Europa und anderen Ländern weit verbreitet. Während DECT ursprünglich nur für die Übermittlung von Sprache entwickelt wurde, ist mit CAT-iq (Cordless Advanced Technology – internet und quality) eine Erweiterung geschaffen worden, die auch die Übertragung von Daten unterstützt und somit die Einbindung in das Internet erlaubt.

Für DECT wird in Europa ein eigenes geschütztes Frequenzband von 1880–1900 MHz reserviert (in den USA, Japan und vielen weiteren Ländern werden leicht abweichende Frequenzbänder verwendet). DECT bietet Platz für 10 Trägerfrequenzen, die in einem Raster von 1,728 MHz angeordnet sind. Jedes Band wird mit einer physikalischen Bitrate von 1,152 Mbps im GFSK Verfahren moduliert und unterstützt im Zeitmultiplexverfahren den Zugriff von 12 Duplexkanälen.

Durch die Reservierung eines eigenen geschützten Frequenzbands besitzt DECT in Gegenüberstellung zu anderen Standards wie ZigBee, Bluetooth und WLAN, die sich allesamt ein offenes 2,4 GHz Frequenzband teilen müssen, eine Sonderstellung. Interferenzen und die damit verbundenen Übertragungsstörungen können bei einem DECT-Netzwerk somit ausgeschlossen werden.

Was ist naheliegender, als die hervorragenden physikalischen Übertragungseigenschaften von DECT zur Konfiguration und Steuerung von Sensoren und Aktoren im Bereich der Haus- und Gebäudeautomation sowie der Sicherheit nutzen zu wollen. Vor diesem Hintergrund wurde eine ULE-(Ultra Low Energy) Allianz vom DECT-Forum gebildet, um eine Weiterentwicklung des bestehenden DECT-Standards voranzutreiben. Auf der einen Seite sollte die Kompatibilität mit bestehender DECT-Netzwerken bestehen bleiben, auf der anderen Seite musste der neue Standard den speziellen technischen Anforderungen in diesen Anwendungsbereichen gerecht werden.

Mit DECT-ULE wurde ein neuer Standard geschaffen, der die Physical Layer Spezifikation von DECT übernommen hat, jedoch auf MAC-Ebene einige Veränderungen erfahren hat, die ihn im Hinblick auf Low Power und Reaktionszeit wesentlich leistungsfähiger gestalten. Hierzu wurde die Ausführungszeit für die Zeit- und Frequenzsynchronisationen bei einem Verbindungsaufbau drastisch verkürzt. So kann der MAC Layer z.B. innerhalb von 50 ms eine Verbindung aufbauen, Kontroll- und/oder Steuerdaten schicken und die Verbindung wieder abbauen. Außerdem wurde das Protokoll in seiner Funktion um einen Sleep Mode erweitert, welches ein schnelles und effizientes Wechsel zwischen den Schlafperioden und Funkübertragungen erlaubt. Ein Rauchmelder etwa, der alle 7 Minuten eine „Stay Alive“ Message an die Zentraleinheit senden muss, kann mit einer CR123 Batterie (1500mAh) ca. 18 Jahre betrieben werden. Zudem bietet ULE auf Basis von AES (Advanced Encryption Standard) die Verschlüsselung von Daten und deren Authentifizierungen.

Unterstützung durch Codico

Die DSP Group versteht sich als Systemlieferant und nicht nur als Chip-Hersteller. Alle Integrierten Schaltungen werden mit einem umfangreichen Software-Paket angeboten. Diese beinhalten Operating System (Embedded oder Linux), DECT Stack, DECT-ULE Stack, Audio-Funktionen wie Codecs und Echounterdrücker sowie umfangreiche Beispielanwendungen.

Für alle Fragen rund um DECT ULE steht Codico Field Application Engineer & Product Manager André Ehlert zur Verfügung (andre.ehlert@codico.com; +49 89 1301438-11).

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