Robuste Funkübertragung mit hohen Datenraten: Nanonet-Module übermitteln Sensordaten kabellos

Die Welotec GmbH ist auf Produkte und Lösungen rund um die kabellose Datenübertragung spezialisiert. Neben Schmalband-Datenfunkmodems für die Übertragung kleinerer Datenmengen über große Distanzen, Funkfernsteuerungen für den industriellen Einsatz und Telemetriegeräten auf Basis von GSM/GPRS haben die Datenfunkexperten ihr Produktportfolio um Breitband-Funkmodule erweitert, die per Nanonet große Datenmengen über kurze Distanzen übertragen können. Warum ausgerechnet Nanonet? Nanonet ist ein im 2,4GHz-Bereich arbeitendes Übertragungsprotokoll ge­mäß dem Standard IEEE802.15.4a für Wireless Personal Area Networks (WPAN). Es basiert auf dem Übertragungsverfahren MDMA (Multi Dimensional Multiple Access). Dieses nutzt sogenannte Chirp-Impulse, die innerhalb einer vorgegebenen Zeit einen bestimmten Frequenzbereich überstreichen. Ein Chirp-Impuls nutzt bei Nanonet immer die komplett zur Verfügung stehende Bandbreite. Somit sind die darauf basierenden breitbandigen Signale stabiler gegen Störungen von außen als alternative Übertragungsmethoden im 2,4GHz-Bereich. Auch Interferenzen durch Reflektionen sind unproblematisch. Da für die Kommunikation zwischen zwei Netzwerkteilnehmern kein Verbindungsaufbau nötig wird, lassen sich Systemreaktionszeiten im Bereich von µs erreichen. Als Zugriffsverfahren werden neben CSMA/CA auch Aloha und TDMA unterstützt, wobei bei Einsatz der letzten beiden eine echtzeitfähige Datenübertragung möglich wird. Das ist gerade für viele Anwendungen im industriellen Bereich eine wichtige Forderung. Neben \’Senden\‘ und \’Empfangen\‘ unterstützt Nanonet verschiedene Strom sparende \’Low-Power\‘-Zustände. Die Sendeleistung ist einstellbar zwischen -27 bis +8dB. Somit spricht neben den genannten Vorteilen auch der optimierte Energieverbrauch für den Einsatz des Übertragungsverfahrens in industriellen Anwendungen: Mit Datenraten von bis zu 2MBit/s können in kurzer Zeit große Datenmengen übertragen werden. Die benötigte Energie pro erfolgreich übertragenem Bit ist also gering. Generell liegt der Stromverbrauch im Schlummermodus bei ca. 1µA, im Empfangsmodus bei 11mA und im Sendebetrieb (mit 10mW Sendeleistung) bei 50mA. Die Möglichkeit zur Verschlüsselung ermöglicht zudem eine sichere Datenübertragung. Nanonet erreicht Übertragungsreichweiten von bis zu 60m in geschlossenen Räumen und bis zu 900m im Freien. Schnelle und robuste Übertragung Weil immer wieder Module für die schnelle und robuste Funkübertragung serieller und digitaler Daten im 2,4GHz-ISM-Band angefragt wurden, hat Welotec seine Produktpalette dahin gehend erweitert. Die verschiedenen Nanonet-Module der WEL-Poduktfamilie werden generell in zwei Bauweisen angeboten: als Stand-alone-Geräte im robusten Metallgehäuse (Produktreihe MET) mit Außenmaßen von 110x35x103mm und einem Gewicht von 260g sowie als Geräte für die DIN-Schienen-Montage (Produktreihe DIN) im 35x86x58mm großen und 70g leichten Kunststoffgehäuse (Bild 1). Alle Geräte nutzen eine effektive Chirp-Bandbreite von 64MHz, erreichen Reichweiten von 60m in Gebäuden und bis zu 900m im Freien, arbeiten im Temperaturbereich von -25 bis +75°C und entsprechen der Schutzart IP40. Angeboten werden neben Produkten mit RS232-Schnittstelle auch solche mit RS485- bzw. RS422-Schnittstelle (Bild 3), die sich für Profibus- bzw. Interbus-Anwendungen eignen. Bidirektionale Kommunikation in CAN-Netzwerken der Version CAN 2.0 (A/B) ist mit den Modellen Wel-MET-CAN und Wel-DIN-CAN möglich. Sie eignen sich für die transparente Übertragung eines vorhandenen CAN-Protokolls. Die Modelle Wel-MET Digital und Wel-DIN Digital unterstützen die drahtlose Übertragung von vier digitalen Schaltzuständen in jeder Richtung. Entsprechende Varianten für analoge 0(4) bis 20mA- bzw. 0 bis 10V-Werte sollen im vierten Quartal 2009 dazu kommen. Die Reichweite von Wireless-Geräten ist zu großen Teilen von der Umgebung abhängig. Elektrogeräte, wie auch Wände oder Bäume im näheren Umfeld reduzieren die Übertragungsreichweite. Diesen Radius können die Router der Produktreihe erweitern (Bild 2). Zugleich lässt sich mit ihrer Hilfe Redundanz schaffen. So wird in kritischen Anwendungen die Sicherheit erhöht. Mehrere Router können in Reihe geschaltet werden. Die Router sind kompatibel zu allen weiteren Geräten der jeweiligen Serie. Nanonet im industriellen Einsatz So vielfältig wie die Nanonet-Module selbst sind auch ihre Anwendungsbereiche. Generell finden sie ihren Einsatz dort, wo das Verlegen einer Signalleitung von der Sensorik zur Auswertung nicht möglich oder sehr aufwändig ist. So erschließen sich in der Logistik, in der Medizintechnik sowie im gesamten Umfeld der Prozessautomatisierung vielfältige Einsatzfelder. Typische Beispiele sind mobile Anlagenteile wie Förderbänder, drehende Behälter oder Tankfahrzeuge. Auch Datenlogger, die Messdatenerfassung oder die Kommunikation mit mobilen Sensoren und Systemen sind mögliche Anwendungen ebenso wie Terminal-Applikationen. Grundsätzlich eignen sich die Module auch für die schnelle und unterbrechungsfreie Erweiterung bereits vorhandener Anlagen oder für Anwendungen mit sich ständig ändernden Konstellationen. Weil die Geräte der Produktserie Wel-MET Schnittstellenwandlung und drahtlose Kommunikation mit der robusten Nanonet-Technologie verbinden, können sie während der Funkübertragung auch Signale wandeln. So werden beispielsweise während der Übertragung aus analogen und digitalen Werten von der Sendeseite serielle RS232-, RS485- oder CAN-Schnittstellensignale für die Ausgabe an der Empfangsseite.