M2M-Kommunikation GPS meets SigFox – die Lösung für IoT-Anwendungen

Autor / Redakteur: Klaus Vogel * / Margit Kuther

Ohne Datenfernübertragung kein Internet der Dinge. Passende GPS-Module sorgen dafür, dass alles flott und stabil läuft. Was dabei zu beachten ist, verrät dieser Beitrag.

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Acal GPS-/GLONASS-Referenzdesign: basiert auf dem neuesten OrginGPS-GNSS-Modul mit Sirf5-Chipset
Acal GPS-/GLONASS-Referenzdesign: basiert auf dem neuesten OrginGPS-GNSS-Modul mit Sirf5-Chipset
(Bild: Acal BFi)

Internet of Things (IoT), oftmals auch als M2M-Kommunikation bezeichnet oder mit dieser gleichgesetzt, ist in vollem Gange. Egal ob es sich um Smartphones, Steuerungssysteme, Gadgets oder Spielzeug, wie Drohnen im Low-Cost-Bereich handelt, ihnen ist eines gemeinsam, es werden Daten generiert, die u.U. fernübertragen werden sollen.

Die Palette der Anwendungen ist vielschichtig und speziell Start-ups haben in diesem Segment oft sehr innovative Ideen. Leider fehlen ihnen meistens die Mittel, um diese umzusetzen, oder aber auch das Durchhaltevermögen, bis eine gute Idee vom Markt aktzeptiert wird.

Zu den bereits etablierten Anwendungen gehören sicherlich Dinge wie Smartcam zur Überwachung der eigenen vier Wände. Über Sinn und Zweck der Bedienung der Waschmaschine über Smartphone – implementiert von einem namhaften Hersteller – ließe sich sicherlich vortrefflich diskutieren; stellt sich doch die finale Frage, wer befüllt die Maschine oder entleert diese, wenn man den Waschvorgang aus dem Urlaub in Gang gesetzt hat.

In M2M-Bereichen wie Transportwesen, Telematik und Flottenmanagement geht es darum, Gegenstände zu überwachen, im Sinne, wo ist der Container abgeblieben, um Sicherheit oder um Versorgung und Logistik. Im Zeitalter von Kostenreduzierung und Prozessoptimierung macht es Sinn, dass ein Verkaufsautomat seinen Warenstand und seinen Standort kennt, um diese Informationen an eine Zentrale zu melden, welche dann optimierte Nachfülltouren planen kann, um Leeranfahrten zu vermeiden.

Unabhängig von diesen etablierten Märkten nehmen die Anwendungen, die im weitesten Sinn als Trackingsysteme bezeichnet werden können, immer mehr zu. Das liegt sicher auch daran, dass GPS Module heute bereits für kleines Geld erhältlich sind.

Was sich ebenfalls erkennen lässt, dass dieser Markt von großen Firmen, die weltweit etabliert und erfolgreich sind, entdeckt wird. Grund hierfür sind sicherlich die Ambitionen der KFZ-Versicherer, die Fahrgewohnheiten ihrer Versicherungsnehmer bei der Tariffindung zu berücksichtigen, was den Einsatz einer GPS-Blackbox im Fahrzeug erforderlich macht. Systeme dieser Art gibt es bereits, aber an diesem Zukunftsmarkt besteht allseits großes Interesse. Als Tracking soll hier nur der Bereich betrachtet werden, in dem es darum geht, die aktuelle Position eines Objekts über GPS zu ermitteln.

GPS-Module mit integrierter Patchantenne

GPS-Systeme gibt es von zahlreichen Anbietern. Problem für viele Entwickler ist aber der Umstand, dass sich hier trotz einer kompakten Modultechnik oft schaltungstechnische Fallstricke auftun. Eine falsche Antennenanpassung – und schon sind die tollen Datenblattwerte des GPS-Moduls nur noch Makulatur. Damit alles rund läuft, bietet der Modulhersteller OriginGPS seine GPS-Module mit integrierter Patchantenne an. Das kostet zwar ein paar Cent mehr, aber ein schnelles Time-to-Market ist gesichert und eine kompakte kleine Bauform gibt es dazu, wie das aktuelle weltweit kleinste Modul, das Nano Hornet, zeigt.

Wer beim Design nicht Schiffbruch erleiden oder das Rad nicht neu erfunden möchte, kann auf Bewährtes zurückgreifen. Die Applikationsingenieure des European Competence Center von Acal BFi haben ein Referenzdesign entwickelt, das zu Demo- oder Evaluierungszwecken genutzt werden kann. Dieses wurde zwischenzeitlich überarbeitet, womit das neueste OriginGPS Multispider Modul ORG4572, das außer GPS auch Glonass unterstützt, zum Einsatz kommt. Bei der Anordnung der Antenne hat man sich etwas Besonderes einfallen lassen: Das Modul hat eine Gesamthöhe von 3,3 mm und dürfte damit das „niedrigste“ GNSS-Modul (GPS und Glonass) sein. Allerdings muss, bedingt durch den Umstand, dass Glonass sehr breitbandig ist, die Antenne recht groß ausgeführt werden.

Zu den besonderen Merkmalen des verwendeten GPS-Moduls zählen:

  • OriginGPS Noise Free Zone Technology (NFZ)
  • Unterstützung für GPS, Glonass, SBAS und QZSS
  • extrem hohe Empfindlichkeit von -165 dBm
  • TTFF < 1 s in 50% der Hot-Starts
  • geringe Leistungsaufnahme < 15 mW
  • hohe Genauigkeit < 1,5 m
  • 5 Hz Abtastrate, default 1 Hz
  • UART-, SPI- oder I²C-Schnittstelle
  • NMEA-Protokoll, umschaltbar auf One-Socket-Protokoll (OSP)
  • 1 pps Ausgang
  • Größe 7 x 7 mm2, ind. Temperaturbereich -40 - 85 degC
  • zertifiziert nach FCC, CE, VCCI

Die große Empfindlichkeit von – 165 dBm erlaubt außerdem Indoor Tracking. Cold-Start-Werte liegen beim Einsatz von GPS und Glonass bei < 27 s, bei GPS only < 35 s.

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