Wie sich Energieverbrauchsdaten über eine Standard-Funkschnittstelle übertragen lassen

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In Gebäuden sollte die Übertragungsfrequenz unter 1 GHz liegen

Um in Gebäuden eine brauchbare Reichweite zu erzielen, sind Frequenzen unter 1 GHz zu empfehlen. Da gegenseitige Störungen von benachbarten Anwendungen möglichst vermieden werden sollten, sind die Sender nur mit einem Bruchteil der verfügbaren Zeit gemäß Bandnutzung nach ETSI eingeschaltet, die eine relativ sichere Übertragung in den Frequenzbereichen 868,0 868,6 MHz sowie 868,7 869,2 MHz erlaubt. Die Protokollstruktur ist an die des MBus nach EN1434 angelehnt. Die typischen Eckdaten für die Funkschnittstellen zeigt Tabelle.

Verschiedene Betriebsmodi ermöglichen unterschiedliche Zähleranwendungen

Mit der Unterteilung in die Modi R, S, T und deren Untermodi wird der WMBus den Anforderungen an unterschiedlichste Zähleranwendungen gerecht. Je nachdem, in welchem Modus die Zähler betrieben werden, kann sich ein Rückkanal ergeben. So arbeiten Stromzähler oft im T-Modus, Wasser- und Gaszähler dagegen im S-Modus. Da bisweilen auch Daten in den Zähler geschrieben werden müssen, ist im Funkkanal ein Transceiver notwendig. In Anlehnung an bestehende Funkstandards in Bild 1 kann die WMBus-Norm z.B. mit dem HCI-Stack bei Bluetooth oder dem Stack bei einer 802.15.4 bei Zigbee-Anwendung verglichen werden.

Aufbau eines WMBus-Systems mit Transceiver-Baustein und Ultra-Low-Power-MCU

Mit dem Transceiver SI443x EZRadioPRO und einer Ultra-Low-Power-MCU aus der Serie C8051F9XX von Silicon Labs lässt sich ein WMBus-konformes System realisieren.

Die grundlegende Anordnung des 3-Layer-IEC-Stacks definiert die Implementierung des WMBus von Silicon Labs, wobei der PHY-Layer nach EN13157-4 ausgelegt ist (Bild 2). Dieser Layer beschreibt im Wesentlichsten, wie die Bits verschlüsselt und gesendet werden sowie die Hf-Modem-Charakteristika (chip rate, preamble, synchronword und die Hf-Parameter Modulation, Mittenfrequenz und Frequenzhub). Der Physical Layer ist eine Kombination von Hard- und Software und erfüllt alle Hf- und Modemfunktionen.

Der Application Layer ist nicht Bestandteil der MBus-Firmware

Bei nicht eingeschaltetem Packet-Handler nutzt der Transceiver EZRadioPro den FIFO-Modus. Die Daten werden in den Funktionen (encoding/decoding, block read/write, packet handling und status) jeweils über die SPI-Schnittstelle übertragen. Der Data Link Layer im MBus-Linkmodul formatiert und kopiert die Daten vom Applications TX Buffer zum PHY TX Buffer und fügt alle Header- und CRC-Sequenzen hinzu. Der in Bild 2 gezeigte Application Layer selbst ist nicht Bestandteil der MBus-Firmware.

Das Beispiel in Bild 3 zeigt eine typische Applikation zwischen einem Water Meter und einem Meter Reader Modul. Das Water Meter Reading Device in dieser Test-Applikation sendet seine Daten alle zehn Sekunden zum Meter Reader. Dieser nutzt dabei den T1-Modus für eine möglichst kurze Sendedauer. Die Meter-Reader-Anwendung ist dabei für zehn Jahre Batterielebenszeit mit einer 3-V-Lithium-Zelle ausgelegt.

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