Sensoren mit Bluetooth Low Energy

Fernmesstechnik ohne Kabel mit geringem Energieverbrauch

Identifizierung und Messung von Parametern wie zum Beispiel Temperatur, Druck, Feuchte mit RFID basierten passiven Sensoren ist im HF und UHF  Bereich nur über kurze Distanz möglich. Oft möchte man aber die Messwerte an etwas entfernterem Ort zentral speichern und verarbeiten. Für aktive Sensoren (Batterie) gibt es nun zu RFID eine gleichwertige Alternative unter Verwendung der neuen Bluetooth Low Energy (BTLE) Technologie.  BTLE kann durch ausgeklügelte Duty Cycle Mechanismen ausserhalb von Abfragezeiten sehr leistungsarm betrieben werden.

Das Remote Sensing RFID System besteht aus zwei Komponenten, wie sie in Abbildung 2 gezeigt sind. Gesteuert wird die Abfrage über einen Tablet-PC oder Smartphone [1] mit Bluetooth LE. Das Smartphone scannt dauernd seine Umgebung nach anderen BTLE Modulen ab.  Der aktive Sensor [2] ist ebenfalls mit BTLE ausgerüstet und gibt sich periodisch durch sehr kurze Signalsequenzen zu erkennen (Advertising). Das BTLE auf dem aktiven Sensor ist wie der Sensor selber meistens im Schlafmode und verbraucht somit im Mittel nur einige wenige Mikroampere Strom. Erkennt das Smartphone einen Sensor, so fragt er diesen nach seinen Messwerten. Alternative kann bei Einzelmessung auch gleich mit dem Advertising der letzte Messwert mitgeliefert werden. Auf diese Weise entsteht ein Sensor, der periodisch seine Messwerte an seine Umgebung abgibt.

BTLE kann eine Reichweite von 20 m erzielen und mit mehreren Sensoren kommunizieren. Wahlweise ist auch eine Verschlüsselung der Daten realisierbar.

Anwendungen

  • Remote Sensing:  Identifizieren, Messen von physikalischen Grössen mit aktiven Sensoren über eine grosse Distanz
  • Sensoren welche direkt mit BTLE ausgerüsteten Endgeräten kommunizieren (z.Bsp. iPad 3, iPhone 4S/5)
  • Ersatz aktiver RFID Sensoren

Kenndaten Referenzdesign

Messgrössen

Temperatur, Feuchtigkeit

Sensor

Sensirion SHT21

Messintervall

> 1 s

Übertragungsintervall

> 1 s

Energieverbrauch BTLE

< 20 µW (Mittelwert bei 5s- Intervallen) 

Übertragungsbereich BTLE

2.4 GHz

BTLE Chip

Texas Instruments CC2540

BTLE Sendeleistung

2.5 mW

Reichweite Remote

bis 20 m