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Bluetooth-Evaluierungsboard für Smart Factory Sensoren SFS/BE1

Bluetooth-Evaluierungsboard SFS/BE1

Mit Hilfe des Bluetooth-Evaluierungsboards SFS/BE1 lassen sich verschiedene Bluetooth-Sensoren in praktisch jede Steuerungslösung einbinden. Dabei werden die Bluetooth-Sensordaten und von einer geeigneten Collector-Funktionseinheit empfangen und in ein zur jeweiligen Steuerung passendes Datenformat sowie Schnittstellenprotokoll umgewandelt.

Maschinen- und Anlagenkonstrukteure konnten die vielfältigen IoT-Funksensorikmöglichkeiten inklusive Machine-Learning-basierter Echtzeitdatenanalysen bisher nicht nutzen, wenn die entsprechenden Optionen für die jeweils zum Einsatz kommende Steuerung fehlen. Dieses Problem ist nun lösbar: per SFS/BE1 lässt sich beispielsweise das Datengesamtbild der Führungsgröße durch eine virtuelle Sensorik erweitern.

SFS/BE1 mit SSB-Collector

Ein solches IoT-Retrofit ermöglicht innovative Anwendungen aus den Bereichen Condition Monitoring und Predictive Maintenance, um z. B. Maschinen- und Anlagenzustände als stetige oder kategoriale Ausgangsvariable an Steuerungen zu übermitteln. Aber auch Luftqualitäts-, CO2- und Energieeffizienzoptimierungen in der Gebäudeautomatisierung sind mit dem SFS/BE1 evaluierbar.

Sensordaten, die beispielsweise als Bestandteil einer Führungsgröße in eine Steuerungsanwendung einbezogen werden, müssen in jedem Fall vertrauenswürdig sein. Daher gehören zum Lieferumfang des SFS/BE1 die Funktionsbausteine einer digitalen Vertrauenskette, wie bspw. kryptografische Methoden, um die Authentizität jedes einzelnen Sensormesswerts automatisch zu prüfen.

Bluetooth-Sensorik

Sichere Funksensorerweiterungen für jede Steuerung

Das SFS/BE1 ist mit verschiedenen Sensormodulen lieferbar, z. B. dem Gassensor BME680 oder dem Luftqualitätssensor CCS811. Die jeweiligen Messwerte werden zusammen mit einer digitalen Signatur fortlaufend an den Sensor-Support-Docker übermittelt.

Im Docker lassen sich die Sensordaten anwendungsabhängig vorverarbeiten und analysieren. Das jeweilige Ergebnis wird mit Hilfe eines passenden Protokolls an die Steuerung übermittelt.

User Story Bluetooth-Sensorik

Sie planen die Integration drahtloser Sensorik in Ihre Gebäude- oder Anlagensteuerung und wollen verschiedene Sensorikszenarien evaluieren, um ein erweitertes Datenbild am Steuerungseingang zu erzeugen und dadurch die Gesamteffizienz zu verbessern.

Dafür benötigen Sie hochsichere Funksensoren, die sich sehr einfach installieren lassen und Ihrer Steuerung die passenden Daten liefen.

Secure Sensor Beacon (SSB)

Bluetooth-Protokollerweiterung für die Automatisierung

Das SFS/BE1 nutzt die von SSV neu entwickelte Bluetooth-Protokollerweiterung Secure Sensor Beacon (SSV/SSB) für Bluetooth Low Energy (BLE). Damit lassen sich vertrauenswürdige Sensordaten in Maschinen und Anlagen erfassen und an Steuerungen übertragen.

Schema Secure Sensor Beacon

SSV/SSB unterstützt neben der Sensordatenfragmentierung über mehrere BLE-Beacon-Datenpakete eine nachprüfbare Datenintegrität sowie die Senderauthentifizierung per Message Authentication Code (MAC).

Auf GitHub ist eine ausführliche technische Beschreibung zu SSV/SSB zu finden.

User Story SSB

Wir sind ein Instandhaltungs-Dienstleister für erneuerbare Energieanlagen. Für unsere Kunden wollen wir einen einfach zu installierenden Bluetooth-Überwachungssensor für Maschinenkompetenten entwickeln, auf dessen Ausgangsdaten mehrere Nutzer gleichzeitig zugreifen können.

Darüber hinaus müssen die Sensordaten an eine SPS übermittelt werden, die bei Störungen eine Benachrichtigung verschickt. Pro Messung entstehen ca. 100 bis 200 Bytes Sensordaten. Da aus diesen Messwerten kostenpflichte Entscheidungen abgeleitet werden, ist eine sichere Sensordatenauthentizität für uns sehr wichtig.

Energiekostenoptimierung per IoT-Sensorik

Tageslicht als erweiterte Führungsgröße einer Beleuchtungssteuerung

Ein SFS/BE1-OPT3001 besitzt einen optischen Sensor zur Messung der Beleuchtungsstärke in Lumen pro Quadratmeter. Dieser flächenbezogene Lichtstrom hat die Einheit Lux (lx). Man spricht in der Messtechnik daher auch von einem Luxmeter.

Die Luxmetermessungen werden periodisch durchgeführt. Die gewünschte Messintervallzeit ist einstellbar. Der aktuelle Messwert wird mit Hilfe des SSB-Protokolls an den SSB Collector übertragen und von dort aus an die Steuerung weitergeleitet.

Da die Lux-Messwerte in die Führungsgröße der Beleuchtungssteuerung einfließen, wird eine sichere Datenauthentifizierung benötigt, also für jeden per Funk übermittelten Messwert eine Prüfung der Absenderauthentizität sowie Datenintegrität.

User Story Luxmeter

In unseren Werkhallen nutzen wir Kleinsteuerungen zum automatischen Ein- und Ausschalten der Deckenbeleuchtung. Die Führungsgröße ist ein Kalender mit den Werktagen, die aktuelle Uhrzeit plus festgelegte Einschaltzeitspannen der einzelnen Lichtbänder.

Unsere Hallen besitzen Glaselemente in Decke und Fassade. Daher wollen wir mit Hilfe eines SFS/BE1-OPT3001 herausfinden, ob das Einbeziehen des Tageslichts in die Führungsgröße der Steuerung zu deutlich messbaren Energiekosteneinsparungen führt und wir damit aktiv zum Klimaschutz beitragen können.

Im Rahmen dieser Evaluierung wollen wir auch die Investitionskosten je Steuerung ermitteln, um den ROI eines solchen Vorhabens zu bestimmen.

Technische Daten

System-on-Chip (SoC)
Prozessor Nordic nRF52840 Bluetooth-SoC mit ARM® Cortex®-M4 mit 32-Bit FPU
Taktgeschwindigkeit 64 MHz
RAM 256 KB SRAM
Flash 1 MB
Sicherheit ARM® TrustZone® Cryptocell 310 Security
128-Bit AES Hardware-Verschlüsselung
Echter Zufallszahlengenerator
Software
Betriebssystem Zephyr Echtzeit-Betriebssystem
Protokolle Bluetooth-Protokollerweiterung Secure Sensor Beacon (SSB)
Sonstiges Sensormodul-Interface-Treiber
Schnittstellen
Sockel 1x mikroBUS™-Socket für Sensormodule
Antenne 1x externe Antenne über U.FL-Connector
UART/Debug 1x 6-Pin-Connector
ARM SWD/ICE 1x 10-Pin-Connector
USB 1x USB-C 2.0 (Buchse)
Anzeigen / Kontrollelemente
LEDs 1x Power/Systemstatus
Taster 1x Reset
1x SSB-Pairing-Modus
Steckbrücke 1x Power-Modus
Elektrische Eigenschaften
Spannungsversorgung 5 VDC über USB oder 3 VDC über Batterie (CR2450)
Stromaufnahme typ. ?? mA @5 V / typ. ?? mA @3 V
Mechanische Eigenschaften
Masse < 50 g
Maße 79.2 mm x 50 mm (ohne Sensormodul)
Betriebstemperatur -20 .. 70 °C
Standards und Zertifikate
EMC CE
Umweltstandards RoHS, WEEE

Produktvarianten

SFS/BE1-BME680 mit Umweltsensor
Sensorhersteller / Typ Bosch Sensortec GmbH BME680 (Produktseite)
SFS/BE1-BMM150 mit Magnetometer
Sensorhersteller / Typ Bosch Sensortec GmbH BMM150 (Produktseite)
SFS/BE1-CCS811 mit Lufqualitätssensor
Sensorhersteller / Typ Sciosense B.V. CCS811 (Produktseite)
SFS/BE1-OPT3001 mit Umgebungslichtsensor
Sensorhersteller / Typ Texas Instruments Inc. OPT3001 (Produktseite)

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30419 Hannover

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