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Funkmodule

Zur Übertragung der Messdaten wurde ein Funkmodul der Firma Texas Instruments verwendet und den Anforderungen entsprechend modifiziert.

Der verfügbare Bauraum für die Module ist stark begrenzt, insbesondere da sie in verschiedenen Sensoren eingebaut und verwendet werden sollen. Die Grundfläche der Module beträgt 30mm x 40mm. Für die Verwendung in einigen Sensorvarianten wurde eine Ecke der Leiterplatte abgeschliffen, da sich dort eine Befestigungsschraube befindet.

Für die verwendung in den kompakteren Sensorvarianten, wurde für den Antennenanschluss die herkömmliche SMA-Buchse durch eine UFL-Buchse ersetzt, um so beispielsweise die Verwendung einer platzsparenden Folien-Patch-Antenne zu ermöglichen.

Die elektrischen Schnittstellen und mechanischen Steckverbindungen wurden so konzipiert, dass die Module flexibel in verschiedenen Sensortypen verwendet werden können. Die Anbindung erfolgt über eine SPI-Schnittstelle mit einem eigens festgelegten Befehlssatz.

Das Funkmodul wird in Abhängigkeit vom jeweiligen Funk-Modus unterschiedlich häufig angesteuert. Es sind drei verschiedene Modi vorgesehen:
  1. Ausgebucht
    Das Funkmodul ist mit keiner Basisstation verbunden. Folglich müssen keine Messwerte erfasst und übermittelt werden. Die Durchführung von Messungen und die Bildung von Messwerten werden eingestellt, damit sich in diesem Zustand ein möglichst geringer Energieverbrauch einstellt.

  2. Normalmodus
    Im Normalmodus wird mit einer Frequenz von 1Hz ein Messwert gebildet und dem Funkmodul übergeben.

  3. Streaming
    Sobald der Streaming-Modus aktiviert wird, wird die Messwerterfassung und Messwertbildung mit einer erhöhten Taktrate von 4Hz durchgeführt. Das bedeutet, alle 250ms wird ein Messwert generiert und an das Funkmodul übertragen.

Zur Übertragung der Messwerte und sonstigen Geräteinformationen zur Verarbeitung in der Datenbank wurden für alle Geräte eindeutige Records definiert. Jedes Record hat eine Datenlänge von 14Byte, die in der Payload des Funks und den UDP Paketen auf der Ethernet Leitung zur Datenbank enthalten sind.

Zum Austausch der Daten per SPI wurden SPI Frames definiert. Ein Frame besteht aus insgesamt 15 Byte, einem Steuerbyte und 14 Bytes für den Dateninhalt. Das Steuerbyte definiert, um welche Art von Dateninhalt es sich dabei handelt, Befehl oder Record. Beim Senden eines SPI Frames an das Funkmodul werden unmittelbar anschließend vom Funkmodul Daten zurück übertragen. Dabei gibt das Funkmodul als Antwort ebenfalls 15 Byte zurück. Das erste Byte gibt an, ob mit einer Basisstation eine Funkverbindung besteht, die restlichen 14 Byte wiederum enthalten entweder angeforderte Informationen oder über Funk empfangene Befehle.

Das beschriebene Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter den Förderkennzeichen 16SV6036 bis 16SV6043 gefördert.
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