Arbeite intelligenter, nicht härter!

Von Rich Miron

Zur Verfügung gestellt von Digi-Key Electronics

Die alte Weisheit „Arbeite intelligenter, nicht härter!“ gilt auch im Bereich der Elektronik. In der Elektronikbranche hat sich das kleine Wort „intelligent“ zu einem Modewort entwickelt. Von Fahrzeugen und Hausbeleuchtungen bis hin zu der Art und Weise, wie Anlagen und Fabriken betrieben werden, alles folgt dem Trend hin zu mehr „Intelligenz“. Diese „intelligente“ Technologie entwickelt sich rasch zu einer treibenden Kraft für die Evolution der vierten industriellen Revolution.

Das Internet der Dinge (IoT) und Big Data tragen zu einer erhöhten Kommunikation zwischen Geräten und Infrastrukturen bei, wodurch es möglich ist, Entscheidungen in Echtzeit zu treffen. Heutzutage hat es den Anschein, dass jeder neuen Technologie das Wort „intelligent“ bzw. „smart“ vorangestellt wird. Vom Smartphone über intelligente Messgeräte bis hin zu Smart Watches – alles wird „smart“.

Diese Thematik stand auch am Stand von Texas Instruments (TI) auf der letztjährigen Embedded World in Nürnberg im Fokus. An seinem Stand beleuchtete TI vier verschiedene Anwendungsbereiche, die eine Auswahl an Technologien für intelligente Fahrzeuge, intelligente Gebäude, intelligente Fabriken und intelligente Städte präsentierten. Dieser Artikel wirft einen Blick auf eine Auswahl an Produkten von TI, die das Produktdesign für die Anforderungen von Lösungen der Zukunft unterstützen.

MSP-EXP432P4111: SimpleLink-LaunchPad-Entwicklungskit MSP432P4111

Dieses Kit (Abbildung 1) ermöglicht die Entwicklung von hochpräzisen Sensorknotenanwendungen, die von einem integrierten Präzisions-ADC, geringem Stromverbrauch und 2 MB integriertem Flash-Speicher profitieren, um nahtlos mehrere Optionen für die drahtlose Vernetzung bereitzustellen. Der vorgestellte Mikrocontroller (MCU) MSP432P4111 bietet einen Arm®-Cortex®-M4F-Kern mit einer Taktfrequenz von 48 MHz, 2 MB Flash und 256 KB SRAM, einen geringen Stromverbrauch bei einer Wirkleistung bis zu lediglich 120 µA/MHz und einem Standby-Verbrauch von 850 nA, einen SAR-Präzisions-ADC mit 16-Bit-Leistung und ein LC-Display mit 320 Segmenten.

Bild: SimpleLink-LaunchPad-Entwicklungskit MSP432P4111 von Texas Instruments

Abbildung 1: Diese Abbildung zeigt das SimpleLink-LaunchPad-Entwicklungskit MSP432P4111 von Texas Instruments. (Bildquelle: Texas Instruments)

LAUNCHCC3220MODASF: SimpleLink-Wi-Fi-LaunchPad-Entwicklungskit CC3220MODASF von Texas Instruments

Das LAUNCHCC3220MODASF ist mit dem CC3220MODASF ausgestattet, einem ZERTIFIZIERTEN Einchip-Wireless-Mikrocontroller-Modul mit Onboard-Antenne. In die MCU integriert sind 1 MB Flash, 256 KB RAM sowie erweiterte Sicherheitsfunktionen. Dieses Entwicklungskit bietet platineninterne Emulation sowie Sensoren für eine vollständige Komplettlösung.

BOOSTXL-CAPKEYPAD

Das Evaluierungsmodul (EVM) BOOSTXL-CAPKEYPAD ist eine benutzerfreundliche Plattform für die MCU MSP430FR2522 mit kapazitiver Touch-Sensor-Technologie CapTIvate. Das EVM bietet drei Verwendungsmöglichkeiten: 1) mit einem LaunchPad-Entwicklungskit, 2) mit dem CapTIvate-Entwicklungskit (MSP-CAPT-FR2633) oder 3) mit der CapTIvate-Programmierkarte (CAPTIVATE-PGMR).

CAPTIVATE-METAL

Das Touchpanel CapTIvate Metal (Abbildung 2) ist eine Add-on-Karte für das CapTIvate-Entwicklungskit (MSP-CAPT-FR2633). Sie ermöglicht Ingenieuren und Entwicklern die Evaluierung von Touch-Sensoren auf Metall. Diese alternative kapazitive Touch-Sensortechnologie ermöglicht das Design eleganter Touch-Module unter Verwendung von Messing-, Bronze-, Edelstahl- und Aluminiumlegierungen.

Bild: Touchpanel CapTIvate Metal von Texas Instruments

Abbildung 2: Diese Abbildung zeigt die Touchpanel-Add-on-Karte CapTIvate Metal von Texas Instruments für das CapTIvate-Entwicklungskit. (Bildquelle: Texas Instruments)

Die MSP430-MCUs von TI mit CapTIvate-Touch-Technologie ermöglichen Flexibilität, Innovation und die Zuverlässigkeit der kapazitiven Touch-Eingabe auf Metall für Anwendungen, die von Haushaltsgeräten bis hin zu portablen Elektronikgeräten reichen.

EVM430-FR6047

Um die für Ultraschall-Sensoranwendungen (z. B. intelligente Wasserzähler) entwickelten MSP430FR6047-MCUs leichter evaluieren und abstimmen zu können, hat TI das Evaluierungskit EVM430-FR6047 im Angebot. In die extrem energieeffiziente MCU MSP430FR6047 ist ein analoges Front-End mit Ultraschallsensor integriert, das hochpräzise Ultraschallmessungen ermöglicht.

MSP-EXP430FR2433: LaunchPad-Entwicklungskit

Das LaunchPad-Entwicklungskit ist ein benutzerfreundliches EVM, das auf der MCU-Messplattform MSP430FR2433 basiert. Falls die Entwicklungsarbeit auf der überaus energieeffizienten MCU-Messplattform MSP430FR2x durchgeführt werden soll, ist in diesem Kit alles enthalten, das hierfür nötig ist, einschließlich einem platineneigenen Debug-Messkopf für Programmierung, Debugging und Energiemessungen.

MSP-CAPT-FR2633: MSP-CapTIvate-MCU-Entwicklungskit

Dieses Kit ist eine umfassende und benutzerfreundliche Plattform zur Evaluierung des MSP430FR2633-Mikrocontrollers mit kapazitiver Touch-Technologie. Es umfasst die MSP430FR2633-basierte Prozessorkarte, eine Programmierer-/Debugger-Karte mit EnergyTrace-Technologie zur Messung des Energieverbrauchs mit Code Composer Studio IDE sowie Sensorkarten zur Evaluierung von Eigenkapazität und gegenseitiger Kapazität sowie der Gesten- und Näherungserfassung.

LDC1314KEYPAD-EVM

Dieses EVM (Abbildung 3) wird zur Evaluierung der induktiven Messfunktionen des LDC1314 in einem Gehäuse verwendet, mit dem ein kontaktloses Multifunktions-Tastenfeld mit 16 Tasten implementiert wird Diese kostengünstige Lösung setzt auf herkömmliche Leiterplattentechnologie und einfach anzufertigende Komponenten, die nicht nur mit dem LDC1314 genutzt werden können, sondern auch mit dem LDC1312, dem LDC1612 und dem LDC1614.

Bild: LDC1314KEYPAD-EVM von Texas Instruments

Abbildung 3: Die LDC1314KEYPAD-EVM von Texas Instruments wird zur Evaluierung der induktiven Messfunktionen des LDC1314 verwendet. (Bildquelle: Texas Instruments)

LDC1614EVM

Das LDC1614EVM umfasst als Beispiel zwei Leiterplatten-Sensorspulen, die mit den vier Kanälen des LDC1614 verbunden sind. Ein MSP430-Mikrocontroller wird als Schnittstelle zwischen dem LDC und einem Host-Computer verwendet. Mit diesem EVM kann die Verwendung induktiver Sensortechnologie zur Ermittlung und Messung von Präsenz, Position oder Zusammensetzung eines leitenden Zielobjekts demonstriert werden.

TMP116EVM

Das TMP116EVM ermöglicht den einfachen Einstieg in die TMP116-Familie. TMP116-Komponenten sind hochpräzise Digitaltemperatursensoren mit integriertem EEPROM. Diese Produktfamilie bietet eine 16-Bit-Auflösung mit Genauigkeiten von bis zu ±0,1 °C über den Temperaturbereich von 20 °C bis 42 °C sowie von 0,2 °C über den Temperaturbereich von 0 °C bis 85 °C.

TMDSECATCNCD379D

Diese Evaluierungskarte vereint Echtzeitsteuerung mit C2000-MCUs und EtherCAT-Echtzeitkommunikation und bietet einen Beckhoff ET1100 EtherCAT-Slave-Controller (ESC) sowie einen Delfino-Mikrocontroller mit 800 MIPS. Diese Karte kann entweder als eigenständige Hardware zur Einführung in ein Softwareprojekt oder in Verbindung mit der DesignDRIVE IDDK für eine servotechnische Beispielanwendung verwendet werden. Wird die TMDSECATCNCD379D mit dem DesignDRIVE IDDK als Zwei-Karten-Hardwarelösung verwendet, werden die Benutzer feststellen, dass die Karte mit Softwaretreibern für den ET1100 und einer Slave-Stack-Anpassungsschicht für den C28x geliefert wird.

TIDA-01476 – TI-Referenzdesign

Dieses Referenzdesign zeigt, wie ein industrieller Sensor-zu-Cloud-Endknoten erstellt wird, der mit einem IoT-Netzwerk-Gateway und einem Cloud-Daten-Provider verbunden werden kann. Bei diesem Design kommen Nano-Power-Operationsverstärker, Komparatoren und die extrem sparsamen Sub-GHz-Funk-MCUs der SimpleLink Mikrocontroller-Plattform von TI zum Einsatz. Alles zusammen ergibt einen Bewegungsmelder mit Sensor-zu-Cloud-Anbindung und äußerst geringem Stromverbrauch, der eine extrem lange Batterielaufzeit bietet und ohne Verdrahtung auskommt.

TIDA-01477 – TI-Referenzdesign

Ähnlich wie das TIDA-01476 zeigt auch dieses Referenzdesign, wie ein industrieller Sensor-zu-Cloud-Endknoten erstellt wird, der mit einem IoT-Netzwerk-Gateway und einem Cloud-Daten-Provider verbunden werden kann. Dieses Design verwendet einen Nano-Power-Systemtaktgeber für das Power-Gating, einen Aufwärtswandler mit niedrigem Ruhestrom, einen überaus energieeffizienten Sub-GHz-Funk-MCU der SimpleLink Mikrocontroller-Plattform von TI sowie Feuchtemesstechniken. Hieraus ergibt sich eine sehr energieeffiziente Methode zur Tastverhältnissteuerung von Sensorendknoten, die schlussendlich eine Verlängerung der Batterielebensdauer mit sich bringt.

Zusätzlich zu allen diesen Produkten von TI bietet TE Connectivity (TE) ebenfalls eine Auswahl an intelligenten Konnektivitätslösungen an.

Platinenabschirmkäfige (Board Level Shields, BLS)

Das BLS-Standardportfolio von TE ist auf Anfrage erhältlich, damit Entwickler schnell die Komponenten erhalten können, die zur Minimierung des Übersprechens und zur Reduzierung der EMI-Empfindlichkeit in einer Anwendung erforderlich sind (Abbildung 4). Zusätzlich zum kaltgewalzten Stahlwerkstoff gehören auch Optionen aus Aluminium zum Angebot von TE, die lediglich ein Drittel der Stahlversion wiegen.

Bild: Platinenabschirmkäfig von TE Connectivity

Abbildung 4: Diese Abbildung zeigt einen Platinenabschirmkäfig von TE Connectivity. (Bildquelle: TE Connectivity)

Wasserdichte USB-Typ-C™-Steckverbinder

Die USB-Typ-C-Buchsen von TE stellen eine Lösung zur Bereitstellung von Daten mit bis zu 10 Gbit/s, einer Leistung von bis zu 100 W und eines Audio-/Video-Eingangs in einem einzigen Steckverbinder dar. USB-Typ-C ist die Lösung der nächsten Generation für aktuelle und künftige USB-Anwendungen. Der wasserdichte USB-Typ-C-Steckverbinder ist in Schutzart IPX8 ausgeführt und kann selbst in einer Wassertiefe von 1,5 m für mindestens 30 Minuten eine zuverlässige Verbindung gewährleisten.

Welche Rolle können diese Produkte und Lösungen also in der Praxis spielen, wenn Dinge „intelligenter“ gemacht werden sollen? Bei der intelligenten Stadt ist es das vielseitige Angebot von TI an Analog- und Mischsignal-Produkten, leistungsfähigen Signalverarbeitungsbausteinen und Mikrocontrollern, das die gesamte Signalverarbeitungskette mit Erfassung, Signalaufbereitung, Signalverarbeitung und Übertragung abdeckt und städtische Systeme mit „intelligenteren“ Abläufen ermöglicht. Die intelligente Stadt ist abhängig von Sensoren, Gateways, Steuerungszentren und einer effizienten Cloud-Kommunikation mit hierarchischen Elementen über ein Maschennetzwerk. Jede Datenerfassung, jede Aggregation oder jeder Entscheidungspunkt hat seine eigenen Anforderungen, die nur durch flexible und skalierbare Halbleiterlösungen erfüllt werden können. Im Hinblick hierauf bietet TI Produkte, die im Zusammenspiel und im Verbund den Aufbau von Netzwerken für intelligente Städte ermöglichen.

In der Automobilbranche spielen drahtlose Technologien eine entscheidende Rolle beim Wandel vom Fahrzeug mit einfachem Verbrennungsmotor zum echten Smart Car. Aus diesem Grund durchläuft die Branche gerade einen der größten Umbrüche seit der Erfindung des Automobils vor über 120 Jahren. TI beschleunigt das Fahrerlebnis durch Innovation, Skalierbarkeit und Sicherheitsexpertise auf Systemebene, um den Kunden schneller freie Fahrt zu ermöglichen. In der Automobilbranche spielen die Produkte von TI tragende Rollen in Lösungen für die Bereiche Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Infotainment, Hybrid-/Elektrofahrzeuge, Antriebsstrang, Fahrwerkselektronik und Beleuchtung.

Im Zusammenhang mit der „Vierten industriellen Revolution“ bzw. Industrie 4.0 ermöglichen die Embedded- und Analogprodukte, die Systemexpertise und die benutzerfreundlichen Tools von TI die Digitalisierung von Systemen und Prozessen, um Fabriken intelligenter, sicherer und produktiver zu gestalten. Technologien wie Echtzeitdatenauswertung, Big Data und die Cloud, vorausschauende Wartung, verteilte Intelligenz, OPC UA TSN, cyber-physische Produktionssysteme und produktorientierte Fertigung bringen in Bezug auf Konnektivität, Sicherung, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistung enorme Vorteile.

Abschließend soll selbstverständlich nicht unerwähnt bleiben, dass TI auch differenzierte Lösungen für intelligentere Gebäude anbietet. Mit diesen Lösungen können Techniker intelligente Gebäude überwachen und steuern, wodurch sichere, effiziente und angenehme Umgebungen geschaffen werden können. Um in Automatisierungssystemen Funktionen wie Energy Harvesting und vorausschauende Wartung zu ermöglichen, umfasst das Angebot von TI Komponenten und Referenzdesigns, die Design und Evaluierung entsprechender Lösungen erleichtern. Weitere Anwendungen für intelligente Gebäude sind intelligentere drahtlose Sensoren, die eine bessere HLK- und Beleuchtungssteuerung ermöglichen. Optimierte Energieeffizienz für umweltfreundlichere Gebäude und erhöhte Systemzuverlässigkeit sind weitere Vorteile, die mit intelligenten Gebäudelösungen realisiert werden können.

* TE Connectivity und TE sind Marken.

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Über den Autor

Rich Miron

Rich Miron, Senior Technical Content Developer bei Digi-Key Electronics, ist seit 2007 in der Gruppe für technische Inhalte tätig und ist hauptsächlich für das Schreiben und Bearbeiten von Artikeln, Blogs und Produktschulungsmodulen verantwortlich. Vor Digi-Key hat er Mess- und Regelsysteme für Atom-U-Boote getestet und qualifiziert. Rich hat einen Abschluss in Elektrotechnik und Elektronik von der North Dakota State Universität in Fargo.

Über den Verlag

Digi-Key Electronics

Digi-Key Electronics mit Sitz in Thief River Falls, Minnesota (U.S.A.), ist ein globaler Komplettanbieter von Elektronikbauteilen in Prototyp-, Design- und Produktionsstückzahlen und bietet mehr als sechs Millionen Produkte von mehr als 750 Markenherstellern über seine Digi-Key-Website an.