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2-2023

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Zeitschrift für Elektro-, Gebäude- und Sicherheitstechnik, Smart Home

Gebäudetechnik und

Gebäudetechnik und -automation Viel los auf 2,4 GHz Das ISM-Band 2,4 bis 2,483 GHz ist weitgehend unreguliert und kann lizenzfrei benutzt werden. So erklärt es sich, dass sich hier zahlreiche Anwendungen tummeln – von Bluetooth über 802.11b Wireless LAN, HomeRF bis hin zu Mikrowellenöfen. Für jede dieser Anwendungen existieren spezielle Transceiver, die ausschließlich für den jeweiligen Standard geeignet sind, obwohl sie sich kaum unterscheiden. Bluetooth ist für die Sprach- und Datenkommunikation über kurze Distanzen konzipiert. Es verwendet 79 Kanäle im ISM-Band mit einem Kanalraster von 1 MHz und einem Durchsatz von 1 Mbit/s. Moduliert wird nach dem GFSK-Verfahren (Gaussian Frequency Shift Keying). 802.11b ist einer der Wireless-LAN- Standards für z.B. drahtlose Internet-Netzwerke mit einer Reichweite von etwa 60 bis 100 m. Der Maximaldurchsatz beträgt rund 10 Mbit/s. QPSK-Modulation (Quadrature Phase Shift Keying) und das • ZigBee ist eine Erweiterung des IEEE 802.15.4, wiederum eine Modifikation für sparsamen IEEE-802.11-Betrieb (868 MHz in Europa). DSSS-Verfahren (Direct Sequence Spread Spectrum) mit seiner größeren Bandbreite eignen sich besser als das Frequenzsprung-Verfahren (FHSS = Frequency Hopping Spread Spectrum) zum Erreichen größerer Distanzen und Übertragungsraten. HomeRF wendet sich vermehrt an private Anwendungen und nutzt ebenfalls das Frequenzsprung-Verfahren, hat eine Reichweite von 50 m und ermöglicht einen maximalen Durchsatz von 10 Mbit/s (HomeRF 2.0). Im Interesse hoher Datenraten wird die 4-FSK-Modulation (Four Frequency Shift Keying) angewandt. Da die Resonanzfrequenz von Wasser ebenfalls bei 2,4 GHz liegt, arbeiten auch Mikrowellenöfen mit dieser Frequenz. Insbesondere die Breitbandigkeit der von einem Mikrowellenofen ausgehenden Streustrahlung hat zur Folge, dass die FHSS- Immunität von Bluetooth und die DSSS-Immunität von 802.11b beeinträchtigt werden. • Enocean Diese Alliance ist eine Non-Profit-Organisation zur Sicherung der Interoperabilität der Produkte die auf den internationalen Standard ISO/IEC 14543- 3-10 basieren. • IP500 Diese Alliance entwickelt mit dem Standard IP500 eine Plattform für die Gebäudeautomation, die durch Verwendung und Unterstützung wichtiger Industrienormen sowie klare Spezifikation aller Schnittstellen Interoperabilität sichert. Verwendet und unterstützt werden IEEE 802.15.4-2006; 6LoWPAN, IPv6, IPSec, BACnet und AES128. Der IP500-Standard erfüllt die Regularien nach EN und VdS für elektronische Geräte in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Brandschutz, Einbruch oder Zutritt. • Z-Wave ist der Standard der Firma Sigma Designs und hat in Europa die Frequenz 868 MHz als Basis. • Thread Group Eine Erweiterung des IEEE 802.15.4 (wie ZigBee). ZigBee Dotdot ist auf Thread lauffähig. • HOMEeasy (ELRO) Aber auch die Systeme Bluetooth sowie Bluetooth Mesh als Erweiterung von Bluetooth Low Energy und WLAN/WiFi werden für die Gebäudeautomation genutzt. Funkfinger © www.deutschesenior.de Als Funkfinger bezeichnet man Einrichtungen, die es alten oder behinderten Menschen gestatten, in Notfällen Hilfe zu rufen. Sie bestehen aus einem Notrufsender (Funkfinger) und einer an einem Telefon angeschlossenen mit einer Freisprechanlage versehenen Basisstation zum Auslösen des Wahlvorgangs und zur Kommunikation mit dem Notdienst. Hierfür wurde die Frequenz 469,99 MHz allgemein zugeteilt. Die Frequenznutzung ist nicht an einen bestimmten technischen Standard gebunden. mit dem 868er Frequenzband arbeitet. Sie sind noch nicht Standard, aber immer häufiger im Handel anzutreffen. Dieses Frequenzband ist wesentlich weniger ausgelastet. © www.pearl.de Grundsätzlich halten gute Batterien in einer Funkklingel mindestens ein Jahr. Es gibt auch Modelle für die Steckdose. Eine Funkklingel verfügt ganz oft noch über zusätzliche Funktionen. So kann der Klingelknopf beleuchtet sein oder die Klingel ist mit einer Sprechanlage oder gar einem Kamerasystem ausgerüstet. Einige Funkklingelsysteme haben eine 360-Grad-Radarerfassung integriert und geben akustische Signale wie Hundegebell oder Sirenengeheul von sich, wenn sich eine Person der Türe nähert, noch ehe sie den Klingelknopf drückt. Da im Freien die Reichweite recht groß ist, können die Empfänger z.B. auch mit in den angrenzenden Garten oder die in Hausnähe stehende Garage genommen werden. Hörhilfen Funk-Türklingel/ Türsprechanlage Ein KNX-Funk-Aktor lässt sich nahezu unsichtbar in UP-Dosen installieren © www.theben.de Die Funk-Türklingel ist meistens ein Gong, dessen Ton und Lautstärke man einstellen kann. Diese Produkte arbeiten meist im 433-MHz- Bereich. Dieses Frequenzband nutzen auch recht viele andere Geräte. Daher gibt es auch Funkklingeln, die TV-Hörhilfe von Sennheiser Hörhilfen dienen dazu, Personen mit Hörbeeinträchtigungen sowie Gehörlosen bei der Erkennung akustischer Signale (z.B. Rundfunk, Telefon) zu unterstützen. Die meisten Hörhilfen 28 Haus und Elektronik 2/2023

Gebäudetechnik und -automation arbeiten drahtlos unter Nutzung der Frequenzbereiche 169,4 bis 169,475 MHz und 169,4875 bis 169,5875 MHz. Dabei spricht man auch von Funkkopfhörern oder FM-Hörhilfen (Frequenzmodulation). Kopfhörer wie auch kleine Hörgeräte, die direkt im oder am Ohr getragen werden, können aber auch mit Bluetooth ausgestattet werden. Veraltet sind induktive Anwendungen im Bereich 3155…3400 kHz. Internet of Things Das TRX433-70 ist ein LoRa- Transceiver-Modul © www.schmidiger.ch Durch das IoT sollen viele Geräte drahtlos übers Internet gesteuert oder miteinander verbunden werden. Sei es ein freier Parkplatz, welcher auf dem Handy angezeigt wird, ein Tier, von dem man den Standort wissen möchte, oder die Heizung im Ferienhaus, welche von zuhause aus bedient werden soll. Doch wie verbindet man batteriebetriebene Sensoren und Aktoren drahtlos mit dem Internet? Die Distanz für die Verbindung mit WLAN oder Bluetooth ist oft zu groß. Bisher liefen IoT-Daten oft über das bestehende Mobilfunknetz und das war relativ teuer. Daher gibt es nun verschiedene neue Funktechnologien im Bereich von LPWAN (Low Power Wide Area Network). Diese sind nicht nur sehr preiswert, sondern haben auch eine hohe Funkreichweite und geringen Energieverbrauch. Das sind nahezu ideale Voraussetzungen für kostengünstige batteriebetriebene IoT-Sensoren und Aktoren, welche auch über große Distanzen ans Internet angebunden werden können. Die Batterielaufzeit soll mit diesen Technologien mindestens zehn Jahre betragen. Dies alles wurde möglich, da hier nur eine geringe Kommunikationsgeschwindigkeit erforderlich ist. Die bekanntesten neuen Vertreter der LPWAN-Technologie sind LoRaWAN, Sigfox und NB-IoT: • LoRaWAN Verwendet wird hier die Funktechnologie LoRa auf 868 MHz in Europa. Öffentliche Netzwerke sind zu erwarten, private möglich. Die maximale Datenrate beträgt 50 kBit/s. • Sigfox Verwendet wird eine Ultra-Schmalband-Funktechnologie ebenfalls auf 868 MHz in Europa. Das globale Sigfox-Netzwerk wird vom französischen Telekommunikationsunternehmen SIGFOX eigenständig aufgebaut und betrieben. Das Netzwerk ist unabhängig von bereits bestehenden Netzwerken. Ein eigenes privates Netzwerk ist nicht möglich. Die maximale Datenrate in Europa ist sehr klein und beträgt gerade mal 100 Bit/s. • NB-IoT Narrow-Band-IoT (Schmalband) arbeitet im lizenzierten Funkspektrum der Mobilfunkbetreiber. Ein öffentliches NB-IoT Netzwerk wird von einzelnen Mobilfunkanbietern aufgebaut und betrieben. Für den NB-IoT Standard muss kein komplett neues Netzwerk aufgebaut werden, sondern es kann ein Großteil der vorhandenen Infrastruktur des Mobilfunknetzwerks verwendet werden. Ein eigenes privates Netzwerk ist nicht möglich. Die maximale Datenrate beträgt 250 kBit/s. Mikrowellenöfen Retro-Mikrowelle von Severin Mikrowellenöfen funktionieren, indem Mikrowellen die Wassermoleküle in den Speisen zum Schwingen bringen. Dadurch erhitzen sich die Moleküle. So spart man beim Erwärmen von Speisen im Vergleich zum Herd bis zu 80% Energie. Mikrowellenöfen arbeiten mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung auf 2,45 GHz. Durch Abschirmmaßnahmen gewährleisten die Hersteller, dass im Betrieb 868 MHz – Tummelplatz für SDR Die Frequenz 868 MHz im ISM-Band zwischen 863 und 870 MHz kann ohne Lizenzkosten genutzt werden kann. Lediglich die Produkthersteller müssen einige Regeln bezüglich der Sendeleistung und der Subbänder beachten. Der Vorteil gegenüber Mikrowellen liegt in der wesentlich geringeren Freiraumdämpfung. Der Pegelvorteil zwischen 868 MHz und 2,4 GHz ist ca. 9 dB. Das bedeutet, dass mit einer fast 90% niedrigeren Sendeleistung gleiche Reichweite möglich ist. Daher wird das 868-MHz-Band für viele funktechnische Anwendungen genutzt. So u.a. für Low- Power WLAN (LPWAN) und allerlei nur sehr wenig Strahlung nach außen gelangt. Trotzdem gibt es in der Umgebung der Sichtblende und der Türen eine geringe Leck-Strahlung. Hierfür hat der Gesetzgeber aber einen Grenzwert (von 5 mW/cm 2 ) festgelegt. Das Bundesamt für Strahlenschutz hat umfangreiche Messungen an Mikrowellen-Kochgeräten durchgeführt. Im Mittel lag die Leck-Strahlung bei einem Prozent des Grenzwertes. Mit zunehmendem Abstand vom Gerät nimmt die Intensität der Mikrowellenstrahlung rasch ab. Bei technisch einwandfreien Geräten besteht keine gesundheitliche Gefahr. Allerdings sollte man sich nicht direkt vor die Mikrowellen- Scheibe stellen. Die Augen könnten Schaden nehmen. WLAN/WiFi Der AVM FRITZ!Box 7590 AX WLAN- Mesh-Router leistet 2400 Mbit/s © AVM Für WLAN wollte man unbedingt ein Frequenzband benutzen, das weltweit konzessionsfrei zur Verfügung steht und genügend Bandbreite für eine hohe Datenrate bietet. Daher bot sich das weltweit frei benutzbare ISM-Band um 2,4 GHz an. In diesem Short Range Devices (SRD), weswegen es auch als SRD-860-Frequenzband bezeichnet wird. Weitere Anwendungsbeispiele sind funkbasierte Alarmanlagen, Funkthermometer, schnurlose Telefonie, Funkmäuse, Funksensoren, Funktastaturen und RFID. Neben dem Kurzstreckenfunk mit Punkt-zu-Punkt- Verbindungen werden die 868-MHz- Frequenzen auch in Netzkonfigurationen wie ZigBee, Sensornetzwerken, IEEE 802.15.4 und für schlüssellosen Zugang zu Autos eingesetzt. Für SRD wird das 868-MHz-Frequenzband in sieben Subbänder mit unter schiedlichen Bandbreiten unterteilt. Band tummelten sich schon damals Mikrowellenherde, industrielle Anwendungen, Schnurlostelefone und mehr. Schon bald wurde der Platz knapp, sodass eine Entwicklung angestoßen wurde, die sich heute so darstellt: WLAN 1/WiFi 1: IEEE 802.11 (1999) WLAN 2/WiFi 2: IEEE 802.11b (1999) WLAN 3/WiFi 3: IEEE 802.11g (2003) WLAN 4/WiFi 4: IEEE 802.11n (2009) WLAN 5/WiFi 5: IEEE 802.11ac (2014) WLAN 6/WiFi 6: IEEE 802.11ax (2021) WLAN 6E/WiFi 6E: IEEE 802.11ax Die Frequenz 5 GHz fand erst ab 2009 mit WiFi 4 eine große Verbreitung. 2021 wurde mit WiFi 6E ein neues Frequenzband um 6 GHz eingeführt. Bis genügend 6E-fähige Router und Endgeräte verfügbar sind und sich der neue Standard durchsetzen wird, dürfte aber noch eine Weile dauern. Gut zu wissen: Das 2,4-GHz-Band bietet eine große Reichweite, ist aber häufig stark ausgelastet und anfälliger auf Störungen als die anderen Bänder. Das 5-GHz-Band bietet eine höhere Geschwindigkeit bei geringer Reichweite und ist meist weniger stark ausgelastet und weniger störungsanfällig als das 2,4-GHz-Band. Das neue 6-GHz-Band ermöglicht noch höhere Geschwindigkeiten als 5 GHz bei etwas geringerer Reichweite. Streng genommen sind WLAN und WiFi nicht ganz dasselbe: WLAN bezeichnet das Funknetzwerk, WiFi hingegen die Zertifizierung anhand des IEEE- 802.11-Standards. WiFi steht übrigens für Wireless Fidelity und ist ein Handelsname. FS Haus und Elektronik 2/2023 29

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