Energiesparender Batteriebetrieb (Part I)

Spare in der Zeit

“… dann hast Du in der Not”. Omas Lebensweisheit hat auf den ersten Blick nichts mit der Welt moderner Elektronikkomponenten zu tun. Denkt man an ein batteriebetriebenes Gerät, das mit begrenzter Energie möglichst lange funktionieren sollte, kommt der Spargedanke aber schnell wieder in’s Spiel.

Zeitlicher Verlauf der Stromaufnahme einer GSM-Datenübertragung
Zeitlicher Verlauf der Stromaufnahme einer GSM-Datenübertragung vom Verbindungsaufbau bis zur Trennung (10s Zeitraster)

Der Nutzen des Batteriebetriebes ist im Falle eines GSM-Datenloggers offensichtlich. Die drahtlose Übertragung macht unabhängig von Datenkabeln. Gelingt es dann noch zusätzlich, die Energieversorgung aus einer Batterie heraus zu bewerkstelligen, wird das Gerät völlig unabhängig von drahtgebundener Infrastruktur, der Einsatzort beinahe beliebig und der Installationsaufwand minimal.

Angewendet auf einen batteriebetriebenen GSM-Datenlogger könnte man den alten Spruch vom Sparen übersetzen in “verschwende keinen Strom für die Messung und Übertragung nutzloser Daten, dann erreicht deine Batterie die erforderliche Lebensdauer.” Im Anwendungsfall eines Hochwasser-Warnsystems könnte das konkret bedeuten, dass bei Niedrigwasser ein langes Übertragunnsintervall zu verwenden ist, bei Hochwassergefahr  aber dennoch zeitnah eine Alarmmeldung erfolgt.

Lokale Intelligenz

ist dabei ein Schlüssel zum Erfolg. Der Datenlogger beschränkt sich nicht nur auf das “stupide” Sammeln von Daten, sondern kennt auch den Schwellwert, ab dem es brenzlig wird. Diese Grenzwert-Information wird dabei im Gerät selbst laufend ausgewertet, um im entscheidenden Augenblick – unabhängig vom Intervall der regelmäßigen Übertragung – eine Alarmmeldung abzusetzen oder das Messintervall zu verkürzen.

Zeitliche Details in der Phase der maximalen Leistungsaufnahme
Zeitliche Details in der Phase der maximalen Leistungsaufnahme (10ms Zeitraster)

Mit dem Versprechen, dass es der letzte ist, noch ein Spruch: “Rufen Sie uns nicht an, wir rufen Sie an”. Aus unserem Alltag wissen wir, dass ein Smartphone alle paar Tage nach einem Ladekabel verlangt. Ein GSM-Datenlogger nutzt – so wie unser Mobiltelefon – das GSM-Netz zur Datenübertragung, sollte aber ohne Batteriewechsel einige Jahre funktionieren.

Das Modul, das im Datenlogger die GSM-Verbindung herstellt, nennt sich Modem (Modulator/Demodulator). Je nach Zustand der Datenverbindung ändert sich der Verbrauch des Modems:

  • Aktive Verbindung:            etwa 1Watt
  • “erreichbar”:                        etwa 0.05Watt
  • Inaktiv:                                  kein Verbrauch

Steigt man noch tiefer in die Technik des batteriebetriebenen Datenloggers ein, zeigt sich eine Arbeitsteilung zwischen einem Low-Power Microcontroller, der sich um das regelmäßige Messen, Überwachen und Zwischenspeichern der Eingangswerte kümmert, und dem Modem, das sich um die Übertragung der gesammelten Daten kümmert. Und selbst der Low-Power Microcontroller wird über möglichst lange Zeit in einem Sparmodus gehalten.

Mehr zum Thema energiesparender Batteriebetrieb erfahren Sie nächste Woche!

Beitrag aktualisiert 15.04.2014: Zum zweiten Teil des Artikels Energiesparender Batteriebetrieb (Part II)

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