Zuverlässige drahtlose Kommunikation in der Industrie

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Aktuelle Generation des am IAS entworfenen Multi-Standard Triple-Band Transceivers.

 

Info

Treufunk steht für zuverlässige Kommunikation für Industrie 4.0 und IoT. Dazu wird ein Multi-Band Transmitter für die ISM Bänder 433MHz, 800-930MHz und 2.4GHz entwickelt.

 

TreuFunk

Chipfoto RWTH IAS

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Im Projekt Treufunk entwickelt das IAS einen Multi Band Low Power Transceiver für Industrie 4.0 und IoT Anwendungen. Besonderer Wert wird dabei auf die Zuverlässigkeit der Kommunikation gelegt. Hierzu wird die Möglichkeit, den Datenstrom in den ISM Frequenzbändern 433MHz, 800-930MHz und 2.4GHz zu senden, implementiert, wodurch eine Datenübertragung auch bei der Störung zweier der drei Bänder möglich bleibt. Für eine geringe Stromaufnahme wird ebenfalls ein Sleep Mode sowie ein Wake Up Receiver entwickelt. Die on Chip PLL und die integrierten LDOs reduzieren die benötigten externen Bauteile auf ein Minimum.

In der Grafik ist das Blockschaltbild des gesamten Systems dargestellt. Der obere Teil zeigt den Empfangspfad und besteht aus dem Wake Up Receiver für das 2.4GHz Band, der den Chip aus dem Sleep Mode herausholt, wenn ein Signal empfangen wird. Darunter ist der Empfangspfad für die Daten gezeigt. Die Eingangssignale der drei Bänder werden heruntergemischt und durch einen Delta Sigma Wandler in ein Digitalsignal umgewandelt. Im unteren Teil ist der Rx Pfad und die on Chip PLL dargestellt. Die Daten werden durch eine Zweipunktmodulation moduliert und von den drei Power Amplifiern auf dem jeweiligen Band gesendet.

 
Bild des Demonstrators, der eine Kugel schweben lässt. RWTH IAS

Für das Projekt wurde ein Demonstrator entwickelt, der eine magnetische Kugel schweben lassen kann. Die Kugel wird hier von einem Magneten im oberen Teil des Armes gehalten. Ein Hall Sensor im Holzfuß misst die Position der Kugel, welche durch einen Mikrocontroller ausgewertet wird. Die Regelschleife wird über eine Funkstrecke vom Fuß zum Bord im Arm geschlossen. Als Sender und Empfänger kommt der am IAS entwickelte Tranceiver zur Anwendung.

Das System setzt einige Anforderungen an die Regelung. Die stärkste Beschränkung für eine Drahtlose Regelung ist zweifellos die geringe Toleranz gegnüber der Verzögerung zwischen Senden und Empfangen. Der am IAS entwickelte Transceiver schafft es den hohen Anforderungen gerecht zu werden und eine stabile Regelung zu ermöglichen.
Darüberhinaus kann ein weiteres Feature des Transceivers gezeigt werden: Durch das Übertragen der Daten über alle drei unterstützten Frequenzbänder ist die Anfälligkeit gegenüber Störern stark verringert. Die Regelung funktioniert auch bei hohem Funkaufkommen in einzelnen dieser drei Bändern (z.B. starken Datenübertragungen per WLAN) zuverlässig und sogar nach Abschrauben einzelner Antennen bleibt die Kugel stabil geregelt.

 
Video des Demonstrators
  Blockschaltbild RWTH IAS