Low-Power Datenlogger

Problemstellung
Die Firma BFT Produktions AG entwickelt und produziert Banderoliermaschinen von der Handmaschine bis hin zum Vollautomaten. Für die Neuentwicklung der Banderoliersteuerung ist es notwendig einen Datenlogger zu entwickeln, welcher während 10 Jahren beim Transport und der Lagerung der Maschine Umgebungsdaten aufzeichnen kann. Diese Datenaufzeichnung soll Aufschluss über die Transport- und Lagerbedingungen der Maschine geben. Während des Betriebs an Netzspannung kann der Low-Power Datenlogger über eine Mikrofon Umgebungsvibrationen aufzeichnen, um zu einem späteren Zeitpunkt die Möglichkeit zur vorausschauenden Wartung der Maschine zu bieten. Die Leiterplatte des Low-Power Datenloggers ist in Abbildung 1 ersichtlich.

Lösungskonzept
Zu Beginn des Projekts wurde die vorliegende Hardware in Betrieb genommen. Dazu wurde mithilfe eines Strommessgeräts der Stromverbrauch der Low-Power Bauteile mit den Angaben der Datenblättern verifiziert. Weiter wurde die korrekte Funktionsweise der bestückten Bauteile mithilfe einer Software, welche über eine UART-Schnittstelle mit dem Computer kommunizieren kann, überprüft. Anschliessend wurde ein gesamtheitliches Softwarekonzept erstellt. Dieses Konzept bildet den Low-Power Modus und den Netzbetrieb Modus ab. Während des Netzbetriebs läuft auf dem Mikrocontroller eine Echtzeit-Betriebssystem. Ein Flussdiagramm des Softwarekonzepts ist in Abbildung 2 ersichtlich.

Realisierung
Bei der Softwarerealisierung wurde darauf geachtet, dass möglichst wenig Zeit im Modus mit hohem Stromverbrauch verbracht wird. Während des Standby-Modus wurde sichergestellt, dass alle nicht notwendigen Ein- und Ausgänge des Mikrocontrollers in einen hochohmigen Zustand versetzt werden. Weiter wurde der Code so implementiert, dass er mithilfe eines Software-Dokumentationswerkzeug dokumentiert werden kann.

Ergebnisse
Es konnte aufgezeigt werden, dass mit der vorliegenden Hardware ein genügend geringer Energieverbrauch erzielt werden kann, um die spezifizierte Batterielebensdauer von 10 Jahren einzuhalten. Die Stromaufnahme während eines Aufzeichnungsintervalls ist in Abbildung 3 ersichtlich.

Ausblick
Aufgrund des sehr geringen Energieverbrauchs der implementieren Applikation ist es denkbar, dass während des Low-Power Betriebs weitere Daten wie eine Sequenz der Beschleunigung oder eine Tonsequenz aufgezeichnet wird. Daraus könnten weitere Rückschlüsse auf die Umgebungsbedingungen gezogen werden.

Studienbetreuer Prof. Erich Styger
Preisstifter BFT Produktions AG