Standortbestimmung in IoT und IIoT Effizient, präzise: UWB-Radar inklusive Datenverarbeitung auf einem Trimension-Chip

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Sowohl Energieeffizienz als auch Präzision sind für Technologien für das smarte Zuhause und das Industrial Internet of Things (IIoT) wichtige Aspekte. NXP hat mit Trimension SR250 einen Chip entworfen, der die Standortbestimmung in kurzen Reichweiten mittels UWB-Radar und die dazugehörige Datenverarbeitung vereint. Der vielseitige Chip spart somit Energie und Platz.

Insbesondere in Anwendungen für das Smarthome und für das Industrial Internet of Things (IIoT) muss die verwendete Technologie nicht nur zuverlässig sein, sondern im besten Fall auch noch kompakt und energieeffizient. Im Bereich der präzisen Standortbestimmung im Nahbereich stehen solche Attribute ganz besonders im Fokus, denn weder soll das Endprodukt zu groß werden noch während der stetigen Überwachung der Umgebung zu viel Strom fressen.

Eine Lösung für die Nahbereichsüberwachung ist UWB-Radar. Ultra-Wideband ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die hochpräzise Standortbestimmungen und Datenübertragungen auf kurzen Distanzen ermöglicht. Sie arbeitet mit sehr kurzen Impulsen über ein breites Frequenzspektrum, was sie ideal für Anwendungen macht, die eine genaue Ortung und geringe Interferenzen erfordern, wie in der Industrieautomatisierung oder für sichere Zugangskontrollen.

Wer UWB in sein Produkt integrieren will, hat mit dem neu angekündigten Chip Trimension SR250 von NXP Semiconductors eine interessante neue Lösung zur Verfügung, die ab dem vierten Quartal 2024 erhältlich sein wird. Dieser Chip bietet nicht nur mittels UWB-Radar in kurzer Reichweite eine präzise Entfernungs- und Präsenzmessung, sondern auch gleich On-Chip-Datenverarbeitung. So ermöglicht Trimension SR250 neue Anwendungsfälle, die auf UWB-Kartierung, Personen- oder Objekterkennung und sicherer Positionierung basieren.

NXP Trimension SR250

Während die sichere UWB-Entfernungsmessung eine Kommunikation zwischen zwei UWB-fähigen Geräten erfordert, um den Standort oder die Anwesenheit zu erkennen, ist das UWB-Radar eine passive Lösung, die nur einen einzigen Chip-IC benötigt. Das stromsparende UWB-Radar des Chips arbeitet bei 6 bis 8,5 GHz und unterstützt 3D-AoA-Berechnungen (angle-of-arrival), Time Difference of Arrival (TDOA) und misst die Flugzeit (ToF) mit einer Genauigkeit von ±5 cm. Das sorgt dafür, dass das Radar nicht nur die Anwesenheit und den Standort einer Person erkennen kann, sondern gar kleine Bewegungen wie die Atmung. Kombiniert mit einem Host-Prozessor lassen sich auch mehrere Personen oder Objekte gleichzeitig erfassen und verfolgen.

Die autonome Datenverarbeitung auf dem Chip reduziert den Gesamtenergieverbrauch des Systems etwa dadurch, dass der SR250 eine sich bewegende Person oder ein sich bewegendes Objekt selbst dann erkennt, wenn sich der Host-Prozessor im Tiefschlaf befindet. Die On-Chip-Verarbeitung erlaubt die autonome Ergreifung von Maßnahmen von IoT- und IIoT-Fähigkeiten. So lässt sich mit dem Chip etwa eine HLK-Anlage oder ein autonomer Roboter aktivieren oder deaktivieren, sobald ein Benutzer einen definierten Bereich betritt oder verlässt. "Anwendungsfälle sind beispielsweise das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung oder des Fernsehers, je nach Anwesenheit der BewohnerInnen, oder der sichere automatische Zugang zum Haus. Auch kann man so zum Beispiel den Gesundheitszustand alleinlebender älterer Menschen kontinuierlich erfassen, ohne deren Privatsphäre durch Kameras zu verletzen", erklärt NXP.

Für Anwendungsfälle, die zusätzliche Sicherheit erfordern, kann der Chip mit dem EdgeLock SE051W Secure Element kombiniert werden. Um die Zertifizierung zu vereinfachen und Interoperabilität zu gewährleisten, entspricht Trimension SR250 den technischen Spezifikationen des FiRa-Konsortiums 3.0. Der Trimension SR250 bietet Firmware mit Unterstützung für Updates, APIs für die UWB-Befehlsschnittstelle, aktualisierbare Middleware, einschließlich APIs in der Programmiersprache C für den Radarbetrieb, sowie Beispielradaranwendungen und -algorithmen. (sb)

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