Kompetenzen

Infrarot

Die Planung, Entwicklung und Fertigung von Infrarot-Systemen ist seit vielen Jahren eine unserer Kernkompetenzen.

Auch wenn sich in den letzten Jahren eine Vielzahl von neuen drahtlosen Technologien am Markt etabliert hat, ist die Infrarottechnologie aufgrund Ihrer besonderen Eigenschaften weiterhin von großer Bedeutung. Gerade die Integration von Infrarot in Systeme, die auch andere Technologien wie bspw. Funk enthalten, bietet in vielen Anwendungen oft entscheidende Vorteile.

Durch die erforderliche Sichtverbindung sind Infrarotsysteme in Bereichen mit hohen Sicherheitsanforderungen besonders interessant, da in der Regel ein Abreißen der Sichtverbindung auch zum Abbruch oder zum Abschalten einer Funktion oder eines Systems führt.

Ein wichtiger Parameter eines Steuerungssystems ist der Arbeitsbereich, in dem eine Fernsteuerung verwendet werden kann. Dieser lässt sich bei Infrarot-Systemen durch die Reichweite, den minimalen Abstand und den Abstrahlwinkel gut definieren. Durch die Verwendung von lichtunabhängigen Sensoren ist der Einfluss der Umgebungshelligkeit auf den Arbeitsbereich äußerst gering, so dass Genauigkeiten im Meter-, bzw. Dezimeterbereich problemlos möglich sind.

Lichtabhängige Sensoren dagegen erhöhen die erzielbare Reichweite eines Infrarotsystems bei minimaler Sendeleistung. Die Reichweite ist dabei von der Umgebungshelligkeit abhängig.

Parameter von Infrarot Systemen:

Wellenlänge geeignet für Steuerungssysteme:

780 – 1400 nm

Abgestrahlte Leistung:

wenige mW (Mittelwert)

Erzielbare Reichweiten:

Typischerweise von wenigen Zentimetern bis ca. 100 m

Mögliche Datenraten:

Typischerweise wenige Bytes / KBytes für Steuerungsanwendungen bis zu einigen hundert MBytes bei der Übertragung von Daten auf kurze Distanzen

Protokolle / Standards:

IrDA, RC5, RC6,…, proprietäre Protokolle

Anwendungsbeispiele:

Steuerung von Kranen und (Bau-)Maschinen, Muting-Systeme, Tür- und Torsteuerung, Automatisierung, Lichtsteuerung, Lichtschranken, etc.

Funk

Die Planung, Entwicklung und Fertigung von Funkkomponenten und Funksystemen ist neben der Kernkompetenz Infrarot ein weiterer Technologieschwerpunkt bei IR-Systeme.

Drahtlose Funksteuerungen und -datenübertragungen sind heute in vielen verschiedenen Anwendungen nicht mehr wegzudenken.

Bei Funkübertragungen werden die (Steuer-)daten mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über Antennen abgestrahlt oder empfangen. Im Gegensatz zu Infrarot ist hierbei keine direkte Sichtverbindung nötig. Somit kann selbst durch Gehäuse, Verpackungen oder Hindernisse eine Verbindung zu einem anderen Gerät hergestellt werden, sofern es sich um keine Funk-abschirmenden Materialien handelt.

Auch die erzielbare Reichweite ist in der Regel höher. Jedoch ist dafür der Arbeitsbereich (Reichweite, Abstrahlwinkel, min. Abstand) nicht so präzise definierbar wie bei Infrarot.
Ein weiterer Vorteil von Funktechnologien ist die einfache Möglichkeit zur bidirektionalen Datenübertragung. So können (Steuer-)Informationen nicht nur von einem Sender zu einem Empfänger gesendet, sondern auch Informationen an den Sender zurück übertragen werden.

Bei Steuerungssystemen ist somit bspw. die Rückübertragung von Statusinformationen (z.B. Tor offen/geschlossen) möglich. Neben den zuvor beschriebenen Eigenschaften werden Funksysteme noch durch eine ganze Reihe von weiteren Parametern wie Modulationsart, Übertragungsrate, Kodierungsverfahren, Protokoll, Störsicherheit, Verschlüsselung bestimmt.

Parameter von Funk Systemen:

Frequenzen (lizensierungsfreie Funkbereiche):

0 – 135 kHz; 13,56 MHz; 433 / 868 / 915 MHz; 2,4 / 5,6 GHz, …

Abgestrahlte Leistungen:

Abhängig vom Frequenzband und Duty-Cycle einige mW bis wenige Watt

Erzielbare Reichweiten:

Typischerweise von wenigen Zentimetern bis einige 100 m

Typische Datenraten:

Einige KBytes bis einige MBytes

Protokolle/Standards:

Abhängig von den entsprechenden Funksystemen, z.B. Bluetooth, Zigbee, WLAN, proprietäre Protokolle, …

Anwendungsbeispiele:

Steuerung von Kranen und (Bau-)Maschinen, Tür- und Torsteuerung, Automatisierung, Lichtsteuerung, etc.

RFID / NFC

Mit der Integration von RFID-/NFC-Technologien werden Produkte, Systeme oder Applikationen innovativer und intelligenter.

Die Verwendung dieser Technologien legt zugleich den Grundstein um Prozesse und Verfahren an die neuen Herausforderungen einer Industrie 4.0 Umgebung zu adaptieren.

Um für ein Gerät, ein System oder eine bestimmte Anwendung die jeweils geeignete RFID-/NFC Lösung zu finden oder zu entwickeln, ist es wichtig die entsprechenden Einsatz- und Umgebungsbedingungen, bzw. die dabei verwendeten Materialien zu beachten. Somit wird das Risiko eines Fehlverhaltens bspw. durch äußere Einflüsse minimiert.

RFID steht für Radio Frequency Identification.

Mit dieser Technologie können Objekte und Lebewesen identifiziert und teilweise auch lokalisiert werden. Im Wesentlichen unterscheidet man zwei Arten von Systemen/Technologien:

 

Anwendungsbeispiele

 Zugangskontrolle, Ticketing, Prozesssteuerung, Authentifizierung, Tier- / Personenidentifikation, Wartung und Instandhaltung, ….

 

Frequenzen und Standards

125 KHz, 13,56 MHz, … (ISM Bänder im LF- oder HF-Bereich)
ISO 15693, ISO 14443 A/B, Mifare, ISO 18000 V1-V3, …

Eigenschaften

Kontaktoses Auslesen von Informationen, kein Sichtkontakt erforderlich, gute Materialdurchdringung, geringere Beeinflussung durch Metalle und Flüssigkeiten als bei Backscatter Systemen, Reichweite 125 kHz typischerweise bis ca. 1m; Reichweite 13,56 MHz typischerweise bis ca. 15cm; weniger komplexe Realisierung als bei Backscatter Systemen, passive Systeme da Transponder keine Batterie enthält, …

Verfahren

Induktive Systeme arbeiten nach dem Prinzip der Lastmodulation, d.h. das Lesegerät kann die Belastung, die ein Transponder auf das vom Lesegerätes zur Energieversorgung erzeugten Magnetfeldes ausübt, detektieren. Diese Belastung erfolgt in Abhängigkeit der auf dem Transponder gespeicherten Informationen. Somit ist eine Datenübertragung möglich.

 

Anwendungsbeispiele

Prozesssteuerung, Objektidentifizierung, Zugangskontrolle, Wartung und Instandhaltung, …

 

Frequenzen und Standards

868 MHz, 2,4 GHz, 5,6 GHz, …
ISO 18000 V1/V4-V6, …

Eigenschaften

Kontaktoses Auslesen von Informationen, kein Sichtkontakt erforderlich, größere Reichweiten als mit induktiven Verfahren möglich, höherer Datenmengen übertragbar/speicherbar, …

Verfahren

Beim Backscatter Verfahren werden, anders als bei induktiven Systemen, elektromagnetische Felder durch eine Antenne im UHF oder Mikrowellenbereich erzeugt und abgestrahlt. Trifft die Wellenfront des elektromagnetischen Feldes auf einen Transponder, so wird das Feld entweder reflektiert oder absorbiert. Ob eine Reflexion oder Absorption am Transponder stattfindet ist dabei davon abhängig ob die Antenne des Transponders an den Wellenwiderstand des elektromagnetischen Feldes angepasst ist. Somit kann die Reflexion durch einen definierten Wechsel der Anpassung des Transponders in Abhängigkeit der im Transponder gespeicherten Daten beeinflusst, im Lesegerät empfangen und ausgewertet werden.

NFC steht für Near Field Communication.

Diese Technologie wurde ursprünglich u.a. von den Firmen Nokia, Philips (jetzt NXP) und Sony entwickelt und ist aktuell in vielen Geräten und Systemen integriert.
NFC basiert auf RFID Technologien und ist bidirektional ausgelegt, so dass nicht nur Daten von einem Transponder ausgelesen, sondern vor allem auch Daten zwischen zwei Geräten ausgetauscht werden können. NFC Geräte arbeiten auf einer Frequenz von 13,56 MHz.

Anwendungsbeispiele

Datenübertragung, Prozesssteuerung, Zugangskontrolle, kontaktloses Auslesen von Informationen, Instandhaltung und Wartung, ….

Eigenschaften

Kontaktoses Auslesen von Daten, kein Sichtkontakt erforderlich, bidirektionale Datenübertragung zwischen zwei Geräten möglich; Reichweite auf wenige Zentimeter begrenzt, Auslesen von RFID Transpondern möglich, geringere Beeinflussung durch Metalle und Flüssigkeiten als bei RFID Backscatter Systemen, …

Mode, Protokolle, Standards

NFCIP-1 / ISO 18092, NFCIP-2 / ISO 21481, ISO 7816-4, NDEF, RTD, LLCP, SNEP, NFC-WI, NTAG