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Projektbeispiele

Batterieloser Presenter (Piezo als Harvester)

Battery-less Presenter

Dieser von Algra, Microdul und ZHAW entwickelte Presenter ermöglicht es dem Benutzer durch eine Präsentation zu navigieren. Die Tasten erzeugen genug Energie, um eine Nachricht drahtlos, mit dem Befehl eine Folie vorwärts oder rückwärts zu bewegen, zu senden. Dabei werden keine Batterien benötigt. Verschiedene Wireless-Formate können verwendet werden, darunter proprietäres 2.4 GHz, BLE ADV Frame, Sub-GHz usw. Ein wichtiger Aspekt ist es, dass das Energiebudget nicht überschritten wird.

Batterieloser Joystick (Gewinne Energie durch Temperaturunterschied)

Unter der Ausnützung des Seebeck-Effekts wird Energie von Wärme in elektrische Energie umgewandelt. In diesem Fall Temperaturunterschiede zwischen der Umgebung und dem Körper. Diese Energie versorgt ein anspruchsvolles System, welches die Bewegungen des Arms erkennt und die Messwerte drahtlos zu einem PC sendet, um damit ein Spiel zu steuern. Reaktion und Verlässlichkeit sind entscheidend, um das Spiel korrekt spielen zu können.

Battery-less joystick

Sicherheit und Nutzbarkeit

In manchen Applikationen ist eine gesicherte, drahtlose Kommunikation wichtig, um Unbefugten den Zugriff zu verweigern und die Manipulation von Daten zu unterbinden. Um diese Bedingung zu erfüllen, wird mehr Energie und Rechenleistung benötigt, was die Energieoptimierung noch weiter erschwert. Unser Ziel ist es, energiearme und kostengünstige Methoden zu erforschen und zu entwickeln, welche die Implementation von Sicherheit in drahtlosen Systemen ermöglichen. Zusätzlich sehen wir die Notwendigkeit, die Schnittstelle zwischen den Systemen und den Benutzern zu vereinfachen.

Zum Beispiel die Implementation mit einem sehr geringen Energiebudget von:

  • AES-128 verschlüsselte Frames mit oder ohne Rollencode. Der "nichtflüchtige" Speicher benötigt weniger als ein paar Microjoules für Updates. Millionen von Zyklen sind möglich.
  • Zweiwegkommunikationssysteme, um sicherzustellen, dass die Daten angekommen sind.
  • Ein drahtloses Challenge-Response Verfahren, welches weniger als 25 Microjoules benötigt, wie unterhalb im Energieprofil zu sehen ist.

Sensor Node

Example of a sensor

Beispiel eines Sensor-Nodes: nRF52 verwendet als Mikrocontroller und für Kommunikation (Bluetooth Smart), verschiedene Sensoren, NFC für bidirektionale Nahbereichskommunikation, optische Schnittstelle für einfache unidirektionale Kommunikation (z. B. kodiertes Muster in Form eines blinkenden Smartphonedisplays).

Tools

Power Analyzer

Power Analyzer
Power-Analyzer-Gerät, welches für die Auswertung des Energieverbrauchs von Komponenten und Systemen verwendet wird.

Geeignete Geräte sind notwendig, um unsere Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten effizient auszuführen. Wenn möglich, beschaffen wir Geräte, welche auf dem Markt sind. Im Fall, dass nichts Geeignetes auf dem Markt erhältlich ist, entwickeln wir unsere eigenen Geräte.

BLE Sniffer von Ellisys (verwendet für multi-channel Sniffing von Bluetooth Smart)

BLE sniffer from Ellisys

Der Ellisys Bluetooth Explorer unterstützt gleichzeitige und synchronisierte Aufnahmen von Protokollen wie Classic Bluetooth, Bluetooth Low Energy und Wi-Fi sowie andere Protokolle.

ZHAW Multi-channel Sniffer (In Entwicklung)

ZHAW multi-channel sniffer

Ein Sniffer mit 10 Köpfen, welcher Bluetooth-Smart-Frames, 802.15.4-Frames oder andere proprietäre Frames im 2.4 GHz-Band empfangen kann. Weitere Köpfe können hinzugefügt, sowie mehrere Sniffer kombiniert werden, um alle Kanäle abzudecken. Die Köpfe können auch verwendet werden, um Diversität zu erzielen und Sendemuster zu erzeugen. Ein Schlüsselaspekt unter der Verwendung von mehreren Sniffern ist die Synchronisation.

Dieses Gerät wird von uns entwickelt, um die zunehmende Nachfrage nach Forschung und Entwicklung zu decken. Einige der Funktionen sind:

  • Parallele und simultane Überwachung von allen Bluetooth-Smart-Kanälen
  • Parallele und simultane Überwachung von allen 802.15.4 Kanälen (2.4 GHz)
  • Synchronisation von allen verbundenen Sniffern an verschiedenen Standorten (besser als eine Microsekunde), welches ein entscheidender Faktor beim Debugging von Mesh-Systemen ist, die eine grosse Fläche abdecken. Synchronisation wird auf unterschiedliche Weise erreicht.
  • Die Resultate werden mit Wireshark visualisiert (die Visualisierung kann angepasst werden)
Bild/Blockdiagramm vom Sniffer