Sensorintelligenz durch Bluetooth

Mithilfe von Bluetooth Mesh lassen sich Bewegungs­- und Präsenzmelder kabellos vernetzen, gruppieren und bedienen (Bild 1). Der herstellerübergreifende Standard ermöglicht damit eine vereinfachte Implementierung von Sensorintelligenz in der Gebäudeautomation.

In den 1980er Jahren erfunden, sind Bewegungsmelder allgegenwärtig geworden. Ihr Ziel ist es, die Nutzung eines Raumes oder Areals durch Menschen verlässlich zu erkennen, um Licht und weitere Gebäudesysteme nutzungsabhängig zu schalten.

Zu Beginn wurden Bewegungsmelder nur im Außenbereich eingesetzt. Um sie im Innenbereich nutzen zu können, musste die Auflösung der Melder erhöht werden, damit auch Personen erfasst werden, die sich nur wenig bewegen, zum Beispiel, wenn sie am Schreibtisch sitzen. Diese besonders hochauflösenden Bewegungsmelder werden als Präsenzmelder bezeichnet.

Vier Erfassungstechnologien

Je nach Erfassungsaufgabe und Einsatzort sind heute vier Technologien im Einsatz. Als Klassiker gilt die Passiv-­Infrarot­-Technologie (PIR). Hierbei wird die Infrarotstrahlung des Menschen, also seine Wärmestrahlung, detektiert (Bild 2). Wird eine Person im Erfassungsbereich des Sensors erkannt, reagiert dieser mit einem Schaltsignal. Neben einer hohen Auflösung ist auch die Bewegungsrichtung für das Ergebnis von Bedeutung. Tangentiale Bewegungen werden gut erfasst, bei radialen Bewegungen direkt auf den Sensor zu verringert sich die Reichweite der sensorischen Erfassung.

Im Gegensatz dazu arbeitet die Hochfrequenztechnologie (HF) als aktives System. Der Sensor sendet elektromagnetische Wellen aus. Diese Signale werden nach dem Doppler­-Prinzip von der Umgebung als

Echo an den Sensor zurückgeschickt (Bild 3). Der Sensor reagiert mit einem Schaltsignal, wenn sich durch eine Bewegung innerhalb des Erfassungsbereichs das Echobild verändert. HF-­Wellen durchdringen dabei bestimmte Materialien wie Glas, Holz oder Leichtbauwände.

Wie die erwähnten HF­-Sensoren arbeiten auch Ultraschall­-Sensoren als aktives System. Hierbei werden vom Sensor Ultraschallwellen mit einer für das menschliche Ohr nicht hörbaren Frequenz von 40 KHz ausgesendet. Die Signalauswertung erfolgt ebenfalls nach dem Doppler­-Prinzip. Ein Schaltsignal wird ausgelöst, wenn sich das Echo durch die Bewegung einer im Raum anwesenden Person verändert. Ultraschallwellen füllen den ganzen Raum aus und erfassen auch um Objekte wie Raumteiler oder Säulen herum. Der Sensor erkennt somit eine Bewegung, auch wenn er keinen Sichtkontakt zur anwesenden Person hat. Im Gegensatz zur HF­-Technik durchdringen die Ultraschallwellen dünne Wände jedoch nicht.

Während die drei bereits genannten Technologien die Bewegung einer Person benötigen, um präzise detektieren zu können, ob sich jemand im Raum aufhält oder nicht, gelingt dies bei der Bildsensorik auch ohne Bewegung. In der Software des Sensors wird dazu ein optisches Bild analysiert und dabei nach menschlichen Strukturen gesucht. So können anwesende, stehende oder sitzende Menschen in einem Raum erkannt werden, ohne dass diese sich bewegen müssen. Neben der Erfassung der reinen Anwesenheit stellt die Bildsensorik auch Informationen zu Personenzahl und Position zur Verfügung. Diese Informationen lassen sich für die personenabhängige Schaltung der Gebäudesysteme ebenso nutzen wie für die Automatisierung von Prozessen.

Gebäudeintelligenz dank Vernetzung

Als »Sinnesorgane« eines Gebäudes eingesetzt, können Bewegungs­- und Präsenzmelder in der modernen Gebäudeautomation vielfältige Aufgaben erfüllen. Neben der Information zur Anwesenheit von Personen liefern sie – mit entsprechenden Funktionen ausgestattet – umfangreiche Daten zur Überwachung, Steuerung und Automatisierung bestimmter Prozesse in einem Gebäude. Voraussetzung für diese Gebäudeintelligenz ist, dass die Sensoren digital miteinander vernetzt sind.

In der Vergangenheit wurden Sensoren untereinander und mit entsprechenden Lichtsystemen per Kabel miteinander verbunden. Diese meist sehr kostenintensive Realisierung bedingt eine präzise Planung im Vorfeld, die bei einem Neubau noch leicht zu realisieren ist, bei einer Renovierung jedoch oft an ihre Grenzen stößt. Eine kabellose Vernetzung per Funk bietet dagegen viele Vorteile. Die zeitaufwändige und meist sehr teure Kabelverlegung entfällt. Bei einer Nachrüstung im Zuge einer Renovierung kann dies ein entscheidender Punkt sein.

Flexible Raumnutzung

Während bei einer festen Kabelverlegung bereits bei der Planung festgelegt wird, wie ein Raum in Zukunft genutzt werden soll, spielt die Entscheidung über die Raumnutzung bei einer kabellosen Vernetzung praktisch keine Rolle mehr. Räumlichkeiten lassen sich flexibel nutzen, Zuweisungen innerhalb eines Netzwerkes können unkompliziert angepasst oder jederzeit geändert werden. Es gibt keinen Nachinstallationsaufwand, wenn ein Raum anders genutzt werden soll. Für Gebäudebetreiber und Bauherren bietet diese Flexibilität bei der Nutzung einen zusätzlichen Mehrwert.

Bluetooth Mesh

Speziell für die Gebäudeautomation wurde der Netzwerkstandard Bluetooth Mesh entwickelt. Er basiert auf Bluetooth Low Energy und macht eine Bluetooth­-Verbindung mit geringem Energieverbrauch und einer geringen Sendeleistung möglich. Mittels dieses Standards lassen sich »Many-­to-Many«­Netzwerke realisieren.

In der Praxis bedeutet dies, dass eine Vielzahl von Geräten, den sogenannten Knoten, miteinander verbunden sein können. Das Netzwerk überträgt die von einem Sensor gesendeten Informationen über diese Knoten bis zum Ziel. Damit können Informationen über die eigentliche Funkreichweite des Geräts hinaus weitergegeben werden.

Während früher die Daten der miteinander vernetzten Geräte in einem zentralen Steuergerät verarbeitet wurden, wird bei einer Vernetzung via Blutooth Mesh die Steuerungsfunktion in die einzelnen Geräte verlagert. Alle Knoten können miteinander kommunizieren. Hierdurch reduziert sich die Datenmenge, und die Weitergabe der Informationen erfolgt ohne Engpässe. Als Funkstandard erfüllt Bluetooth Mesh die Industrieanforderungen hinsichtlich Sicherheit, Robustheit und Skalierbarkeit der Datenübertragung. Daneben bietet Bluetooth Mesh eine herstellerübergreifende Interoperabilität – ein Vorteil, von dem Nutzer wesentlich profitieren.

Bluetooth im Praxiseinsatz

Sensorintelligenz lässt sich heute mithilfe eines Bluetooth-Mesh­-Netzwerks bequem und zeitsparend in die Tat umsetzen. Da heutzutage praktisch jeder ein Smartphone besitzt und infolgedessen mit dem Thema Bluetooth vertraut ist, wird die bisher verwendete Fernbedienung hierdurch ersetzt.

Eine App wie beispielsweise die neue »Steinel Connect Bluetooth Mesh App« (Bild 4) übernimmt dabei eine zentrale Funktion. Sie wird dazu genutzt, die einzelnen Sensoren und Geräte miteinander zu verbinden, zu gruppieren und einzustellen. Verfügbare Bluetooth­-Produkte werden in der App angezeigt und können mittels intuitiver Bedienung miteinander verbunden werden. Des Weiteren lassen sich Funktionsgruppen erstellen. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn ein Bewegungsmelder nicht nur eine einzelne Leuchte, sondern eine Lichtgruppe aktivieren soll.

Für alle Bluetooth­-Komponenten lassen sich detaillierte Einstellungen z. B. für Lichtwerte, Nachlaufzeiten oder die Einbindung in eine Konstantlichtregelung vornehmen. Ebenso können auch sogenannte Nachbargruppen zugewiesen und das Verhalten der entsprechenden Komponenten festgelegt werden.

Erweiterung durch Bluetooth­-Zubehör

Mithilfe von Bluetooth­-Zubehör kann eine bisher zwingend kabelgebundene Umgebung auch kabellos angesprochen werden. Da es bei der Renovierung eines Altbaus oft nicht möglich ist, neue Leitungen zu legen, kann durch den Einsatz von Bluetooth­-Zubehör auch eine vorhandene Dali­-Beleuchtung kabellos an einen Bluetooth­-Sensor angebunden werden.

Autorin

Susanne Brock, für Steinel Vertrieb GmbH

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net