(SILAS) für die minimal invasive Chirurgie - Universität zu Lübeck

Die Versorgung des gesamten Sensorknotens wird über
einfach austauschbare Energiemodule geregelt. Auch
hier wurde konsequent eine modularisierte Strategie gewählt,
die verschiedenste Energieversorgungskonzepte
ermöglicht. Konkret entwickelt werden derzeit drei dieser
Energiemodule:
• Als besonders preiswerte Lösung ein Modul, das ein
Batteriefach für standardisierte AAA-Zellen bereitstellt,
• ein Modul mit extrem kleinem Formfaktor durch die
Aufnahme einer Knopfzelle und
• ein Li-Ionen Modul. Dieses integriert als Besonderheit
eine Ladeschaltung, so dass Akku- und Netzbetrieb
kombiniert werden können.
Aufgrund der modularen Auslegung des Energieversorgungskonzeptes
sind in Zukunft weitere Module integrierbar,
die z.B. aus der Umgebung Energie gewinnen
können.
Das Basismodul vereint auf einer Grundfläche von weniger
als 35x30 mm Prozessor, Funkschnittstelle, nichtflüchtigen
Programm- und Datenspeicher, Stromzähler
sowie eine hochgenaue Echtzeituhr (siehe Abbildung
6). Der sehr energieeffiziente und leistungsfähige 32-Bit
RISC-Prozessor erlaubt es, selbst aufwändige Berechnungen
durchzuführen, und bietet damit optimale Voraussetzungen,
um auch komplexe Anwendungen zu realisieren.
Der großzügig ausgestaltete flüchtige (96kB)
und der nicht-flüchtige (128kB) Programm- und Datenspeicher
ermöglicht auch komplexe Applikationen und
die langfristige Speicherung von z.B. Messwerten oder
Rechenergebnissen.
Die hochgenaue Echtzeituhr und der Stromzähler ergänzen
dabei die Stromsparfunktionen des Prozessors,
indem sie während des Schlafens die Zeitsynchronisation
aufrechterhalten und jederzeit Auskunft über den
Batteriezustand liefern.
Abb. 6: Das Grundmodul der iSense Hardware-Plattform
Als zentrale Instanz eines aus mehreren Modulen zusammengestellten
Sensorknotens stellt das Basismodul
eine Vielzahl verschiedener Interaktionsschnittstellen
zur Verfügung. Zwei serielle Schnittstellen, ein vielseitiger
I²C-Bus und ein SPI-Bus bilden das Fundament
zum Anschluss weiterer, digitaler Komponenten.
Ebenfalls vorhanden sind vier Analog-Digital-Wandler,
ein Digital-Analog-Wandler sowie eine Reihe frei programmierbarer
I/O-Pins zur Ansteuerung proprietärer
Schnittstellen. Über eine 35-Pin Steckverbindung erhalten
die Module Zugriff auf diese Schnittstellen und sind
somit elektrisch und mechanisch fest mit dem Grundmodul
verbunden.
In Kombination mit der auf dem Grundmodul integrierten,
zukunftssicheren und standardisierten IEEE
802.15.4 Funkschnittstelle lässt sich bereits eine Reihe
von Anwendungen realisieren, die ohne spezielle Sensorik
funktionsfähig sind. So lassen sich beispielsweise
drahtlose Bussysteme mit Reichweiten von bis zu 400
Metern umsetzen.
Durch den Einsatz des IEEE 802.15.4 Standards, der
von der gleichen Arbeitsgruppe wie das erfolgreiche
Bluetooth verabschiedet wurde, werden wichtige Ziele
realisiert: Zum einen ist hiermit die Interoperabilität
mit Geräten anderer Hersteller gesichert, und die Bildung
technologischer Einbahnstraßen wird vermieden.
Zum anderen kommt ein ausgereifter Standard zum
Einsatz, der speziell auf die Bedürfnisse drahtloser
Sensornetzwerke maßgeschneidert wurde. Durch seine
breite Akzeptanz und die zukünftige Weiterentwicklung
sind Investitionen in Software wie Hardware gesichert.
IEEE 802.15.4 bietet eine hohe Datenrate von 250kBit/
s sowie eine in Hardware integrierte, hochsichere Verschlüsselung
der per Funk übertragenen Daten, die auch
die Übertragung sensibler Daten zuverlässig absichert.
Des Weiteren ermöglicht der Einsatz von IEEE 802.15.4
auch die Verwendung des darauf aufbauenden ZigBee
Standards, der die Vernetzung von Heimgeräten regelt
und die aktuelle Generation kabelgebundener Technologien
ersetzen wird.
Die volle Leistungsfähigkeit der iSense-Plattform wird
jedoch erst in Kombination mit spezialisierten Modulen
erreicht. Die coalesenses GmbH entwickelt aktuell bereits
vier dieser Module, die eine große Palette von Anwendungsfeldern
ermöglicht. Die Modulserie besteht
aus einem Gatewaymodul und drei Sensormodulen: Sicherheits-,
Fahrzeugerkennungs- und Klimamodul. Es
werden auch verschiedene Sensormodule entwickelt,
die einen breiten Anwendungsbereich abdecken. Einzeln
oder in Kombination ermöglichen sie den Einsatz
von iSense in vielen Applikationsdomänen.
FOCUS MUL 24, Heft 2 (2007) 91