Verette Embedded Ssteme r dustrie Haustei. - phytec.de · Ethernet Ethernet INTRANET INTERNET CLOUD B l u eto t h L o 6 PL o W A N w E n e r g y Thing to Mobile neue edienkonepte

IOT

Vernetzte Embedded Systemefür Industrie & Haustechnik.

S m a r t e r . F a s t e r . E a s i e r .

Internet of ThingsphyBOARDWAVE

NODE

Ethernet

Ethernet

I N T R A N E T I N T E R N E T

CLOUD

6 L o W PANBluetooth Low Ene

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Thing to Mobileneue Bedienkonzepte

mit Tablets

Thing to InternetDaten stehen im lokalen Intranet

Thing to CloudDaten stehen in

der externen Cloud

Internet of Things | IoT | 32 | IoT | Internet of Things

France · www.phytec.fr | USA · www.phytec.com | India · www.phytec.in | China · www.phytec.cnPHYTEC | Germany +49 6131 9221-32 · [email protected] · www.phytec.de | Europe · www.phytec.eu

Möglich wird dies durch neue stromsparende und leistungsfähige Embedded Systeme, die im Batteriebetrieb über lange Zeit autark operieren können und selbst im kleinsten Gerät ihren Platz finden. Energie-optimierte Funk-Schnittstellen sorgen hierbei für den Kon-takt zur Außenwelt, entsprechende Gateways transportieren die Daten in das übliche Internet, wo sie entweder in lokalen Syste-men verarbeitet oder in Clouds gespeichert werden. Das Ergebnis ist ein bislang unvorstellbar vollständiges Abbild unserer Umgebung und Umwelt im Internet – und zwar in Echt-zeit. Aus den global verfügbaren Daten können bislang nicht rea-lisierbare Zusammenhänge abgeleitet werden, um darauf auto-matisch agierende oder optimierende Produkte und Lösungen aufzubauen. Vieles davon ist noch Zukunftsmusik. Denn der Erfolg des „In-ternet of Things“ hängt davon ab, dass sich Standards etablieren, auf Basis derer sich die Daten von verschiedenen Herstellern, Pro-dukten und Bereichen miteinander kombinieren lassen. Bislang buhlen verschiedene Gremien mit ihren jeweiligen Standards um die Gunst der Anwender, doch der Markt ist noch sehr dynamisch und zerklüftet.

So sollen beispielsweise die Daten eines Zeiterfassungs-Systems und eines Präsenzmelder-Systems mit den Daten einer Klima-Steuerung kombinierbar sein, damit ein intelligentes Gebäude das Verhalten der Nutzer lernen und seinen Energieverbrauch optimieren kann. Die Information, dass sich Mitarbeiter auf dem Weg in die Firma befinden, kann dazu genutzt werden, das ent-sprechende Büro von der Nachtabsenkung in die reguläre Raum-temperatur hochzuheizen. In der Tat gelten intelligente Gebäude und Gesundheit als zwei der wichtigsten Märkte für die vernetzten Dinge. Doch auch an-dere Bereiche profitieren von der neu gebotenen Möglichkeit des Datenaustauschs selbst mit den kleinsten Dingen des täglichen Lebens. Die Funk-Bausteine des „Internet of Things“ bieten selbst für vorhandene Maschinen, Anlagen und Produkte neue und stan-dardisierte Möglichkeiten der Interaktion mit der Umwelt.

„Internet of Things“ – Embedded Systeme im Dialog

Die vierte industrielle Revolution hat begonnen. Nach der Erfindung der Dampfmaschine, des Fließbandes und des Internets kündigt sich nun die Ausbreitung des Internets auf die Dinge des täglichen Lebens an – das „Internet of Things“.

Wichtige Standards werden von phyWAVE und phyGATE unterstützt: • BLE (Bluetooth Low Energy)• 6LoWPAN auf IEEE 802.15.4 mit 2,4 GHz • Sub-1 GHz Frequenzband

phyWAVE sorgt für die Übertragung der Daten von Sensoren und Aktoren oder von ganzen Maschinen und Anlagen ins Netz.

Phytec-Lösungen machen Ihre Projekte fit fürs Internet of Things: phyWAVE sorgt für die Übertragung der Daten von Sensoren und Aktoren oder von ganzen Maschinen und Anlagen ins Netz. Die System-onChip-Lösung kostet in der Serienproduktion weniger als 10 Euro. Als Empfangseinheit dient phyGATE, aufbauend auf unseren phyBOARD Single Board Computern. Wichtige Standards werden unterstützt: BLE (Bluetooth Low Energy), 6LoWPAN auf IEEE 802.15.4 im 2,4 GHz oder Sub-1 GHz Frequenzband. Kunden profitieren beim Einsatz der Phytec-Module von den in der Ent-wicklung erbrachten Vorleistungen wie Funkzulassung, Kompatibi-lität, Serientests und der erfolgreichen Erprobung in der Praxis.

Um die Interoperabilität unserer IoT Produkte sicherzustellen, por-tieren wir stets jeweils führende Standards und Software-Systeme auf unsere Hardware. Neben technischen Details behalten wir ins-besondere die Marktakzeptanz und die Herstellerunterstützung im Blick. Damit tragen wir der hohen Dynamik des Marktes Rechnung und sorgen für einen optimalen Nutzen unserer Produkte beim Kunden. Phytec war von Anbeginn an der Entwicklung des „Internet of Things" beteiligt. Wir beobachten die Trends am Markt und geben Orientierung bezüglich der Vielzahl an Standards und Möglichkei-ten. Das Internet der Dinge ist für uns kein Neuland – sondern die Konsequenz unserer Entwicklungsarbeit: Embedded Komponen-ten von Phytec – Module und Vorleistungen für Ihre vernetzten Anwendungen.



Thread fasst verschiedene offene Standards (der Organisationen IETF und IEEE) zusammen, um einen einheitlichen, interoperablen drahtlosen Netzwerkstack zu definieren. Wesentliche Merkmale von Thread sind die Verwendung des IPv6 Protokolls, sowie des ener-gieeffizienten drahtlosen IEEE 802.15.4 PHY/MAC Standards. Durch die Verwendung von IPv6 können Komponenten im Thread Netz-werk einfach an bestehende IT-Infrastruktur angebunden werden. Dabei fasst Thread Netzwerklayer vom Physical- bis Transportlayer zusammen. Als Transportlayer dient UDP; darauf aufbauend können verschiedene Anwendungslayer wie z.B. COAP oder MQTT-SN verwendet werden. Auch proprietäre Layer wie z.B. Nest Weave sind denkbar. Layer, die bei allen Anwendungen zumeist gleich sind und der Infrastruktur dienen, werden so mittels Thread einheitlich de-finiert. Anwendungslayer hingegen werden je nach Anforderungen implementiert (durch diese Architektur wird evtl. eine größtmögli-che Flexibilität in Bereichen des IoT und Home Automation erreicht). Innerhalb dieser von Thread verwendeten Netzwerklayer werden die beiden Sicherheitsmechanismen MAC layer encryption und Datagram Transport Layer Security (DTLS) verwendet. MAC Layer 6LoWPAN

Der durchschlagende Erfolg des „Internet of Things“ hängt davon ab, dass sich Standards etablieren, auf Basis derer sich die Daten von verschiedenen Herstellern, Produkten und Bereichen miteinander kombinieren lassen. Das IPv6-Protokoll ermöglicht die theoretische Erreich-barkeit von Aktoren weltweit und ist damit eine neue Evo-lutionsstufe in der Kommunikation von Einzelteilnehmern. Darüber hinaus portieren wir stets jeweils führende Stan-dards und Software-Systeme auf unsere Hardware, um die Interoperabilität unserer Produkte für das Internet of Things sicherzustellen. Phytec übernimmt die Implementierung der Protokolle in Ihre Lösungen. Dabei setzen wir auf offene Standards wie IEEE 802.15.4, IPv6, COAP und MQTT.

Bluetooth Low EnergyBluetooth Low Energy (BLE) bzw. Bluetooth Smart ist ein alter-natives Protokoll neben dem etablierten Industriestandard Bluetooth "Classic". Während Bluetooth höhere Datenraten sowie komplexe Szenarien (z.B. Audio-Streaming oder Hands-free Profile) ermöglicht, konzentriert sich BLE darauf, Daten mit geringer Komplexität und geringem Energieverbrauch zu übertragen. Dadurch sind mit günstiger Hardware lange Batterielaufzeiten erreichbar. Das Einsatzszenario ist somit genau auf die Bereitstellung von Sensordaten zugeschnitten – eine geringere Stromaufnahme ist dabei wichtiger als eine hohe Datenrate. BLE ist mittlerweile in gängigen mobilen Endgeräten integriert und lässt sich dadurch einfach in bestehende Infrastrukturen einbinden.

## Physical und MAC layer - IEEE 802.15.4 PHY/MACThread verwendet die von dem Standard IEEE 802.15.4 definierten Physical und MAC Layer.

## 6LoWPAN - IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks (PAN)Der IEEE 802.15.4 Standard definiert eine maximale Paketgröße von 127 Bit. IPv6 Adressen sind jedoch bereits 128 Bit groß, gesamte IPv6 Pakete über Ethernet maximal 1500 Bit. Um den-noch IPv6 in Kombination mit IEEE 802.15.4 verwenden zu kön-nen, muss ein einzelnes IPv6 Paket unter Umständen in mehrere 802.15.4 Pakete aufgeteilt und versendet werden. Diese Aufgabe wird unter anderem von dem 6LoWPAN Layer übernommen. Beim 6LoWPAN handelt es sich somit um ein "Adaption Layer", also kein eigentliches Layer im Sinne des OSI-Referenzmodells.

## IPv6 LayerDas IP Layer ermöglicht es, jeden Node mit seiner individuellen IP-Adresse anzusprechen. Die IPv6 Adresse wird im Node generiert und ist weltweit einmalig.

## Routing (Distance Vector Routing protocol)Das Routing Protokoll sammelt Informationen zu allen erreichba-ren Nodes, wie z.B. Erreichbarkeit, Feldstärke, Zuverlässigkeit und errechnet den jeweils kürzesten Weg der Daten von einem Node z.B. zum Border-Router. Das Routing Protokoll ermöglicht es, ein Mesh-Netzwerk aufzuspannen.

## UDP - User Datagram ProtocolUDP ist ein einfaches verbindungsloses Protokoll. Es fügt Port-Nummern und eine Checksum für einfache Fehlerkorrekturen hinzu.

## DTLS - Datagram Transport Layer SecurityVerschlüsselungsprotokoll, das Nachrichten auf der Transport-Ebene verschlüsselt. DTLS ist in Thread immer aktiviert, somit sind alle Nachrichten zu jeder Zeit verschlüsselt.

## Application Layer wie z.B. COAP - Constrained Applicaiton ProtocolCOAP ist nicht fester Teil von Thread. Wir verwenden es jedoch in unseren Demos, um eine einfache Schnittstelle zum Auslesen der Sen-sorwerte zu bieten. Über eine frei verfügbare Bibliothek kann so jeder Linux-PC die Sensorwerte von allen erreichbaren Nodes auslesen.

encryption verschlüsselt dabei alle Inhalte oberhalb des PHY/MAC layers. DTLS wird in Verbindung des UDP Protokolls umgesetzt und verschlüsselt anwendungsspezifische Daten, jedoch keine Paketda-ten aus den unteren Layern (IPv6). Thread ermöglicht außerdem Mesh Network Topologien. Routing-algorithmen sorgen dafür, dass Nachrichten innerhalb eines Netz-werk anhand der IPv6 Adresse den Zielnode erreichen. Bei Ausfällen einzelner Nodes wird die Netzwerktopologie von Thread adaptiv geändert um die Integrität des Netzwerks zu erhalten. Border-Router, die die Verbindung zur Ethernet oder WiFi basierten Umwelt herstellen, können ebenfalls mehrfach vorhanden sein. Dadurch wird im gesamten Netzwerk die Zuverlässigkeit durch Redundanz erreicht. Durch die Mesh Network Topologie und sehr kostengünstige Nodes lässt sich Thread ideal im Home Automation Bereich einsetzen. Nebenstehendes Bild zeigt einen möglichen Aufbau einer solchen Topologie. Rechteckige Kästchen stellen dabei Border-Router dar (z.B. phyGATE-i.MX 6UL / K64 bzw. phySTICK), die zwei im Bild erkennbaren Border-Router stellen die Verbindung zur IT Infra-stuktur über Ethernet oder WiFi her. Fünfecke stellen Nodes (z.B. phyWAVE+phyNODE) dar, die immer erreichbar sind und Nach-richten innerhalb des Thread Mesh Netzwerks weiterleiten kön-nen. Runde Nodes (z.B. phyWAVE+phyNODE) sind Nodes, die zum Energiesparen konfiguriert sind und lange Zeit mit einer Batterie versorgt werden können.

I N T E R E S S A N T E F A K T E N Z U T H R E A D

• Ein Thread-Netzwerk kann 250-300 Geräte umfassen• Es können mehrere Border-Router verwendet werden (Redundanz)• Verschiedene Device-Klassen• Stationär versorgt: Gateway, Lighting, Smart Meter, Garagen

A L L E V O N T H R E A D V E R W E N D E T E N L A Y E R

Thread NetworkThread definiert keinen neuen Standard, sondern fasst vorhandene, offene Standards (von IEEE und IETF) zusammen. Dadurch können die Geräte mehrerer Hersteller miteinander kommunizieren.

6LoWPAN und Bluetooth Low Energy



phyWAVE®-CC26xx

• TI ARM Cortex-M3 und Cortex-M0 (RF Core) • Vom Funktransceiver unterstützte Protokolle: • 2,4 GHz IEEE 802.15.4 • 6LoWPAN • ZigBee® • RF4CE • Bluetooth Low Energy • 2,4 GHz proprietary• 128 kB Flash + 8 kB Cache, 20 kB RAM• Integrierter Temperatursensor• 4 Universal-Timer Module (8x 16-Bit- / 32-Bit-4x-Timer, PWM jeweils)• 12-Bit-ADC, 200 kS / s, 8-Kanal-Analog-MUX • UART • 2x SPI • Ultra-Low-Power-SPI • I2C • I2S • RTC • AES• 10-31 GPIOs (je nach Konfiguration) • Abmessungen 19 x 28 mm

phyNODE®-Sensor 1E v a l u i e r u n g s b o a r d

phyNODEs bezeichnen Evaluationboards, die auf phyWAVE Modulen basieren. Sie bieten verschiedene Sensoren, die sich einfach ins Netzwerk einbinden lassen.

phyWAVE®-KW2x• NXP ARM Cortex-M4 und 2,4 GHz IEEE 802.15.4 Funktransceiver• 48 MHz, 512 KB Flash und 64 KB RAM • PCB Antenne oder externe Antenne konfigurierbar• I2C, SPI, analog, GPIOs• Cryptography Acceleration Unit (CAU)• UART • SPI • Ultra-Low-Power-SPI• I2C • I2S • RTC• AES encryption• Dual PAN support• Programmierbare Ausgangsspannung -30 bis +8 dBm• Empfindlichkeit -102 dBm• Abmessungen 19 x 28 mm

Artikelnr.: PWA-A-002 | | Stückzahlpreis: ab 7,20 EUR


RGB Licht SensorTCS37727

Kapazitiver Sensor

Feuchtigkeits- und Temperatursensor HDC1000

Infrarot Thermopile SensorTMP006

RGB-LED

MagnetometerMAG3110FCR1

Beschleunigungsmesser MMA8652FC

Druck / Höhenmesser MPL3115A2

Artikelnr.: PN-00201-A-001 | 49,- EUR | phyNODE-Sensor 1 mit phyWAVE-KW2xD

Artikelnr.: PN-00101-A-001 | 49,- EUR | phyNODE-Sensor 1 mit phyWAVE-CC26xx

Das Herzstück eines phyNODEs ist ein phyWAVE-Modul, auf dem die freien IoT-Betriebssysteme RIOT-OS, TI-RTOS oder FreeRTOS in Verbindung mit verschiedenen Netzwerkstacks

zum Einsatz kommen. Die Systeme können mit Batterien bestückt werden, um den Einsatz unter realen Bedingungen im Feld zu testen.

phyWAVE®-MCR20A


• NXP MCR20A transceiver• 2,4 GHz IEEE 802.15.4 / ZigBee® RF transceiver• SPI• Abmessungen 19 x 28 mm• phyWAVE-MCR20A kann auf dem phyGATE-Router genutzt werden

WAVE

phyWAVE-KW41Z

Processor NXP Kinetis KW41Z, ARM Cortex-M0+ Core, 48 MHz

Architecture ARM® Cortex™-M0+

Memory up to 512 kB Flash, up to 128 kB SRAM

Radio Receiver 2,4 GHz IEEE 802.15.4 Bluetooth Low Energy 4.2 (simultaneously)

RX/TX current 6.8/6.1 mA at 0 dBm

Antenna PCB Antenna or configurable

Interfaces UART, 2x I²C, 2x SPI, Analog, RTC

Crypto Cryptography Acceleration Unit (CAU), AES encryption

ADC 16-Bit ADC, up to 800 kS/s, 6 channels

RF Output Power Programmable output power -30 to +3.5 dBm

Sensitivity 6LoWPAN -100 dBm, BLE -95 dBm

Operating System FreeRTOS

Certification CE compliant, FCC (shield mounted)

Power Supply Wide input voltage range from 0.9 V to 4.2 V

Dimensions 15 x 19 mm

Part Number PWA-A-007

Price excl. VAT E 8,90



• Größe: 15 x 19 mm • Power-Management auf dem Modul: 0,9 - 4,2 V Eingangsspannung

• Chipantenne oder U.FL Connector bestückt • Extrem stromsparend dank Deep Sleep (32 kHz Quarz) • Unterstützt BLE Netzwerke und 802.15.4-basierende Netzwerke simultan

• CE/FCC Konformität geprüft • Varianten mit NXP SOCs (auf Anfrage: KW21Z, KW31Z)

phyWAVE®-KW41ZA R M ® C o r t e x T M- M 0 +

Hat viel drauf, der Kleine: das phyWAVE-KW41Z basiert auf dem Topmodell der Kinetis®-W-Serie von NXP mit ARM Cortex-M0+ CPU. Das Modul ist nur 15 x 19 mm groß und damit optimal für alle Anwendungen geeignet, bei denen möglichst kleine Abmes-sungen gefragt sind. Trotzdem bringt das phyWAVE bereits ein integriertes Powermanagement mit und unterstützt Eingangs-spannungen von 0,9 - 4,2 V. Dank Deep Sleep ist es zudem extrem stromsparend und optimal für Energy-Harvesting oder batterie-betriebene Anwendungen geeignet. Auch Chipantenne oder U.FL-Stecker sind bereits auf dem Modul vorhanden. Das phyWAVE-KW41Z unterstützt Bluetooth Low Energy Netzwerke und 802.15.4-basierende Netzwerke wie Thread simultan. Diese Multi-Mode-Funktionalität ermöglicht die direkte Kom-munikation mit mobilen Geräten per BLE und die gleichzeitige Einbindung in Thread Mesh-Netzwerke.

Garantierte Verfügbarkeit des Moduls für mindestens 10 Jahre.

phyWAVE-KW41Z im Maßstab 1:1Anwendungsbeispiel:IoT-Enablement-Kit 4 (siehe S.14)

WAVEWAVE

Camera module and 3D printed PCB under development



Der phySTICK ist ein phyWAVE-KW2x mit USB Anschluss. Er wird dazu verwendet, Computern den Zugang zum Thread Netzwerk zu ermöglichen – ähnlich eines handelsüblichen USB WLAN Sticks. Innerhalb des phySTICK wird dabei ausschließlich ein phyWAVE sowie minimale USB-Verkabelung verwendet. Der phySTICK regist-riert sich an Windows oder Linux Computern als Netzwerkschnitt-stelle und ermöglicht somit die Kommunikation des Computers mit Nodes im Thread Netzwerk. Der phySTICK fungiert somit als Border Router. In Verbindung mit einem Computer entsteht ein Gateway zur Verbindung von Thread Nodes mit Komponenten eines Ethernet/WLAN basierten Netzwerks.

phySTICK®-KW2xm i t p h y W A V E - K W 2 x

phyGATE®

p h y B O A R D S i n g l e B o a r d C o m p u t e r

wird durch die Erweiterung um den phySTICK oder ein entsprechendes Wireless Transceiver Modul (WTM) zum Linux-basierten IoT-Gateway.

G A T E W AY SGateways sorgen für die Verbindung der Sensorknoten mit bestehender Infrastruktur wie geschlossenen internen Netzwerken oder dem Internet. Das Protokoll, in dem die Sensorknoten mit dem Gateway kommunizieren,

unterscheidet sich dabei nur im Physical und Mac Layer von Ethernet basierten Netzwerken. Je nach Anwendungsfall kann die Hardware,

die die Gateway Funktionen umsetzt, mehr oder weniger Rechenleistung für zusätzliche Aufgaben beinhalten.

Das phyGATE-K64 ist eine kompakte und kostenoptimierte universelle Plattform für Gateway und Ethernet basierte Sensorknoten.

Das phyGATE-K64 wird mit Echtzeitbetriebssystemen von NXP oder mit dem Zephyr Project verwendet.

• Router: phyBOARD Single Board Computer• IEEE 802.15.4, 2,4GHz, Sub-1Ghz• Gateway für Sensorknoten• Einfach in kundenspezifische Produkte integrierbar• Ethernet• Abmmessungen 72 x 100 mm

Das phyGATE-K64 beinhaltet ein NXP K64 SoC mitintegriertem ARM Cortex-M4 und 1 MB Flash undeiner Power-over-Ethernet Schnittstelle (PoE). ÜberPoE wird das phyGATE-K64 mit Energie versorgt. Der Formfaktor von 50 x 50 mm ermöglicht die Platzierung in einer handelsüblichen 60 mm Unter-putzdose. Das phyGATE-K64 lässt sich mit phyWAVE-Modulen oder Kameramodulen von Phytec erweitern.Kundenspezifische Erweiterungen sind einfach zu realisieren (siehe Prototypen im Bild links).

phyGATE®-K64U n t e r p u t z m o d u l

Artikelnr.: PEB-U-01 | | Stückzahlpreis: 20,- EUR

Artikelnr.: PB-02013-001 | phyBOARD-Segin | i.MX 6UL (Full Featured) | ab 98,- EUR

Artikelnr.: PG-004-003-0001 | POE | Preis auf Anfrage

Artikelnr.: PB-02013-001C | phyBOARD-Segin | i.MX 6UL (Low Cost Headless) | ab 58,- EUR

Artikelnr.: PG-004-003-0000 | Preis auf Anfrage

WAVE



phyNODE®-ePaper 1 m i t p h y W A V E - C C 2 6 x x

phyNODE®-ePaper solar m i t p h y W A V E - C C 2 6 5 0 u n d p h y W A V E - K W 4 1 Z

Das phyNODE-ePaper enhält ein phyWAVE-CC26xx und lässt sich somit über BLE oder IEEE802.15.4 6LoWPAN in bestehende Netz-werke integrieren. Des Weiteren ist ein frei konfigurierbarer Taster sowie ein Annäherungssensor vorhanden. Beim Design wurde besonders auf Energieeffizienz geachtet, um einen Betrieb mit wahlweise einer Knopfzelle oder einer Lithiumzelle im AA-Format zu ermöglichen. So verbraucht das grafische ePaper Display nur während eines Aktualisierungsvorgangs Energie. Ist der Inhalt einmal dargestellt, kann sich das phyNODE-ePaper 1 für eine konfigurierbare Zeit völlig abschalten. Das ePaper Node kann z.B. als konfigurierbares Namensschild, Preistag oder als Informationselement in der Gebäudeautomatisierung verwendet werden.

Das Board ist auf der Oberseite mit einer Solarzelle, einem E-Paper Display und den Sensoren bestückt. Anstatt des E-Paper Displays kann wahlweise eine zweite Solarzelle verbaut werden, falls die Be-leuchtungsstärken unter 200 lx sinken und damit zu gering sind, um genügend Energie zu harvesten. Auf der Unterseite befindet sich das phyWAVE Modul, ein Einschub für eine zusätzliche Primärzelle, sowie Taster für benutzerdefinierte Funktionen. In Abb. 1 ist der Aufbau als Blockdiagramm mit den wichtigsten Komponenten dargestellt. Der verbaute Akkumulator wird automatisch mithilfe der Solarzelle geladen, und ist vor Überspannung und Tiefentladung geschützt. Sinkt die Akkuspannung auf einen kritischen Wert, wie es beim Aktualisieren des E-Paper Displays kurzzeitig vorkommen kann, wird ohne Unter-brechung der Versorgungsspannung die Primärzelle benutzt. Um die Versorgungsspannung für die Sensoren unabhängig von der Akku-mulatorspannung bereitzustellen wird zusätzlich ein Boost-Konverter eingesetzt. Dadurch wird garantiert, dass auch bei nicht voll geladenem Akkumulator die Sensoren und das E-Paper immer zuverlässig arbeiten.

e P A P E RDie passive Displaytechnologie erlaubt es auf flexible Weise Inhalte an Orten

anzuzeigen, an denen eine stationäre Stromversorgung nicht gegeben ist. Dadurch lassen sich Anwendungsbeispiele wie automatisch veränderbare Preisschilder, Namensschilder für Events oder Beschriftungsschilder für

Konferenzräume realisieren.

WAVE

Abb. 2: Stromverbrauch während dem

Beschreiben des E-Paper Displays

Die Anwendung wurde so dimensioniert, dass ein dauerhafter Betrieb unter folgenden Bedingungen stattfinden kann: • Beleuchtungsstärke 600 lx • Sensoren 10× alle 15 min• E-Paper Display 1× pro Tag • Energiespeicher Sekundär-/ Primärzelle

Ist der Akkumulator vollständig geladen enthält er genug Energie, um die Anwendung zwei Tage ohne weitere Energiezufuhr durch die Solar-zelle zu versorgen. Die Schaltung wurde so weit optimiert, dass die komplette Anwendung im Ruhezustand weniger als 500 nA benötigt. Dieser niedrige Ruhestrom wird dadurch erreicht, dass die Sensoren und das E-Paper Display nur dann an ihre Versorgungsspannung ange-schlossen werden, wenn diese auch gelesen bzw. beschrieben werden. In Abb. 2 ist die Stromverbrauchsmessung während einem Connection Event dargestellt. Gut zu erkennen ist dort, dass nur während dem Senden und Empfangen der Advertising Pakete Strom benötigt wird. Findet eine Aktualisierung des E-Paper Displays statt oder es werden die Sensorwerte gelesen, ist auch der Ruhestrom kurzzeitig erhöht. Ist der Schreib- und Lesevorgang abgeschlossen, wird das E-Paper wieder abgeschaltet und der Inhalt bleibt erhalten.

Beleuchtungsstarke 600 lxSensoren 10× alle 15 minE-Paper Display 1× pro TagEnergiespeicher Sekundar-/ Primarzelle

Ist der Akkumulator vollstandig geladenenthalt er genug Energie, um die Anwendungzwei Tage ohne weitere Energiezufuhr durch dieSolarzelle zu versorgen.

Die Schaltung wurde so weit optimiert, dass diekomplette Anwendung im Ruhezustand weni-ger als 500 nA benotigt. Dieser niedrige Ruhe-strom wird dadurch erreicht, dass die Sensorenund das E-Paper Display nur dann an ihre Ver-sorgungsspannung angeschlossen werden, wenndiese auch gelesen bzw. beschrieben werden. InAbbildung 2 ist die Stromverbrauchsmessungwahrend einem Connection Event dargestellt.Gut zu erkennen ist dort, dass nur wahrenddem Senden und Empfangen der AdvertisingPakete Strom benotigt wird. Findet eine Ak-tualisierung des E-Paper Displays statt oder eswerden die Sensorwerte gelesen, ist auch derRuhestrom kurzzeitig erhoht. Ist der Schreib-und Lesevorgang abgeschlossen, wird das E-Paper wieder abgeschaltet und der Inhalt bleibterhalten.

−6 −4 −2 0 2 4 6 8 10 12 14 160

5

10·10−3

Advertising Connected Advertising

t / s

I/

A

−2 −1 0 1 2

·10−3

0

5

10·10−3

t / s

I/

A

Abbildung 2: Stromverbrauch des Produkt-name wahrend dem Beschreiben des E-PaperDisplays

Abb. 1: Blockschaltbild des phyNODE-ePaper solar

Produktnamemit phyWAVE-CC2650 und phyWAVE-KW41Z

Das Produktname implementiert mithilfe ei-ner Solarzelle und einem Akkumulator eineEnergy Harvesting Losung fur das phyWAVEModul.

Das Board ist auf der Oberseite mit einer Solar-zelle, einem E-Paper Display und den Sensorenbestuckt. Anstatt des E-Paper Displays kannwahlweise eine zweite Solarzelle verbaut wer-den, falls die Beleuchtungsstarken unter 200 lxsinken und damit zu gering sind um genugendEnergie zu harvesten. Auf der Unterseite be-

findet sich das phyWAVE Modul, ein Einschubfur eine zusatzliche Primarzelle, sowie Tasterfur benutzerdefinierte Funktionen. In Abbil-dung 1 ist der Aufbau als Blockdiagrammmit den wichtigsten Komponenten dargestellt.Der verbaute Akkumulator wird automatischmithilfe der Solarzelle geladen, und ist vorUberspannung und Tiefentladung geschutzt.Sinkt die Akkuspannung auf einen kritischenWert, wie es beim Aktualisieren des E-PaperDisplays kurzzeitig vorkommen kann, wird oh-ne Unterbrechung der Versorgungsspannungdie Primarzelle benutzt. Um die Versorgungs-spannung fur die Sensoren unabhangig vonder Akkumulatorspannung bereitzustellen wirdzusatzlich ein Boost-Konverter eingesetzt. Da-durch wird garantiert, dass auch bei nicht vollgeladenem Akkumulator die Sensoren und dasE-Paper immer zuverlassig arbeiten.

Solarzelle PMIC Boost-Converter

Akkumulator Batterie

phyWAVEModul

Farbsensor

Taster

Temperatur-sensor

Anwendung

Energy Harvesting

I2C

EN

E-Paper

Dual P-MOSSchalter

EN

SPI

Abbildung 1: Blockschaltbild des Produkt-name

Die Anwendung wurde so dimensioniert, dassein dauerhafter Betrieb unter den folgendenBedingungen stattfinden kann:







phyWAVEModul

Farbsensor

Taster

Temperatur-sensor

Anwendung

Energy Harvesting

I2C

EN

E-Paper

Dual P-MOSSchalter

EN

SPI









phyWAVEModul

Farbsensor

Taster

Temperatur-sensor

Anwendung

Energy Harvesting

I2C

EN

E-Paper

Dual P-MOSSchalter

EN

SPI



Energy Harvesting

Anwendung

Artikelnr.: PN-02111-A-001 | mit CC26xx | Stückzahlpreis: 30,- EUR

Das phyNODE-ePaper solar implementiert mithilfe einer Solarzelle und einem Akkumulator eine Energy Harvesting Lösung für die phyWAVE Module und er-

möglicht damit einen dauerhaften und autarken Betrieb als Bluetooth Low Energy Peripheral. Das Board besitzt Sensoren, mit denen die Temperatur, Beleuchtungs-stärke und Luftfeuchtigkeit gemessen werden können. Weiterhin ist ein E-Paper

Display verbaut, das die Anzeige von beliebigen Bildinhalten und Schriften erlaubt.

NEUErgebnis aus der

Entwicklung

IOT-GatewayPossible mesh

network architecture

phyNODE-Sensor

includesphyWAVEwireless module

phySTICKTHREAD stack

phyNODE-ePaper + phyWAVE-KW41Z

phyBOARD

Ethernet / Wi-Fi

phyCORE-i.MX6 UL

Linux-OSNXP i.MX6ULARM Cortex

A7/M4



Kom

munikation

G

ebäu

deau

tomati

on

IoT-Enablement-Kit 4p h y N O D E - e P a p e r 2S e n s o r e n , e P a p e r , A p p : k o m m s p i e l m i t m i r ! – I h r k o m p l e t t e s I oT S t a r t e r k i t

Legen Sie los mit Ihrer IoT-Anwendung: das phyNODE-ePaper 2 stellt Ihnen zahlreiche Sensoren zur Verfügung, die Sie im Zu-sammenspiel mit unserem phyWAVE-KW41Z Modul testen und für Ihre Anwendungen erproben können. Dank des integrierten Steckplatzes für Arduino Shields können weitere Funktionalitäten für Ihre Entwicklung ergänzt werden – von zusätzlichen Sensoren bis hin zu Netzwerkerweiterungen.

Auch die weitere Verarbeitung der Daten haben wir für Sie bereits vorbereitet: mit unserer im Google Play Store erhältlichen Phytec phyNODE App lesen Sie die Daten der Sensoren unkompliziert aus. Gleichzeitig bespielen Sie mit der App das integrierte ePaper-Dis-play des IoT-Kits: Text eingeben, Logo auswählen und abschicken – schon haben Sie ihr individuelles Namensschild erstellt. Für den sofortigen Einsatz werden Batteriehalter und Batterie, Lanyard und Clip direkt mitgeliefert.

BETRIEBSSYSTEM IoT-Enablement-Kit 4phyWAVE-KW41Z RF Module


CPU NXP Kinetis KW41Z, ARM Cortex-M0+ Core, 48 MHz

Memory up to 512 kB Flash, up to 128 kB SRAM

Radio Receiver 2,4 GHz IEEE 802.15.4Bluetooth Low Energy 4.2 (simultaneously)

RX/TX current 6.8/6.1 mA at 0 dBm

Antenna PCB Antenna or configurable

Interfaces UART, 2x I²C, 2x SPI, Analog, RTC

Crypto Cryptography Acceleration Unit (CAU), AES encryption

ADC 16-Bit ADC, up to 800 kS/s, 6 channels

RF Output Power Programmable output power -30 to +3.5 dBm

Sensitivity 6LoWPAN -100 dBm, BLE -95 dBm


phyNODE-ePaper 2

S E N S O R S

HDC1010 Low Power, High Accuracy Digital Humidity Sensor with Temperature Sensor

TCS37727 Color light-to-digital converter with proximity sensing

CSS811 Indoor Air Quality Sensor

Power Supply AA Battery or button cell CR2032

K I T C O N T E N T

• phyNODE-ePaper 2 with phyWAVE-KW41Z• JTAG cable, MicroUSB cable • Arduino Shields slot• Button cell, Quickstart, Clip, Lanyard

Part Number KPW-IOT-004

Price excl. VAT 0 39,00

Musterpreis

39,-ezzgl. MwSt.

Kit Inhalt• phyNODE-ePaper 2 mit phyWAVE-KW41Z• JTAG Kabel, MicroUSB Kabel• Stiftleisten für Arduino Aufsteckoption• Knopfzelle• Quickstart Guide• Befestigungsklemme / Lanyard

IOT-GatewayPossible mesh

network architecture

phyNODE-Sensor

includesphyWAVEwireless module

phySTICKTHREAD stack

phyNODE-ePaper + phyWAVE-KW41Z

phyBOARD

Ethernet / Wi-Fi

phyCORE-i.MX6 UL

Linux-OSNXP i.MX6ULARM Cortex

A7/M4

WAVE

Germany PHYTEC Messtechnik GmbHD-55129 Mainzt +49 6131 9221-32f +49 6131 9221-33www.phytec.dewww.phytec.eu

America PHYTEC America LLCBainbridge Island, WA 98110t +1 206 780-9047f +1 206 780-9135www.phytec.com

France PHYTEC France SARLF-72140 Sillé le Guillaumet +33 2 43 29 22 33f +33 2 43 29 22 34www.phytec.fr

Headquarters | Subsidiaries

Australia Embedded Logic Solutions Parramatta NSW 2124t +61 2 9687 1880f +61 2 9687 [email protected]

Russia Simecs Ltd.St. Petersburg Russia 196084 t +7-(812)-6770057Email: [email protected] Web: www.phytec.ru

Malaysia / Singapur Testech Electronics Pte. Ltd.Singapore 380118t +65 674 921 62f +65 674 942 [email protected]

Great Britain HITEX (UK) Ltd.Coventry CV4 7HS t +44 0 2476 69 2066f +44 0 2476 69 [email protected]

Benelux INDES Integrated Development 4101 KK Culemborgt +31 345 545 535f +31 345 545 [email protected]

Slovakia / Czech Republic MicroLand spol. s.r.o.120 00 Praha 2 - Vinohradyt +420-221490-114f +420-221490-113 [email protected]

Spain Matrix Electrónica S.L. 28019 Madridt +34 91 560 27 37f+34 91 565 28 [email protected]

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Turkey TEKNO TASARIM A.S. Görükle / BURSA Turkiye t +90 (224) 280 84 90 f +90 (224) 280 84 92 [email protected] www.teknotasarim.com

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