LED-Leuchten über Bluetooth Mesh vernetzen und mit Sensoren ausstatten

Autor / Redakteur: Matthias Kassner und Saara Guastella* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

LED-Beleuchtung auf Grundlage von Bluetooth Mesh kombiniert verschiedene Sensordaten und lässt sich zudem über Smartphone oder Tablet steuern. Ein interessanter Ansatz für Gebäudevernetzung.

Firmen zum Thema

Leuchten gesteuert mit Bluetooth: Licht in Gebäuden lässt sich komfortabel mit Bluetooth Mesh über smarte Geräte steuern. Zusammen mit Sensordaten ergeben sich zusätzliche Informationen für das Gebäudemanagement.
Leuchten gesteuert mit Bluetooth: Licht in Gebäuden lässt sich komfortabel mit Bluetooth Mesh über smarte Geräte steuern. Zusammen mit Sensordaten ergeben sich zusätzliche Informationen für das Gebäudemanagement.
(Bild: ©XtravaganT - stock.adobe.com)

Die Umstellung klassischer Beleuchtungslösungen auf LEDs findet in drei verschiedenen Phasen. In der ersten Phase werden herkömmliche Lichtquellen wie Glühlampen oder Leuchtstoffröhren durch LED-basierte Lösungen ersetzt. Das wesentliche Ziel ist hierbei die Senkung der Betriebskosten durch den geringeren Stromverbrauch und die längere Lebensdauer von LED-Lichtquellen im Vergleich zu ihren herkömmlichen Gegenstücken. In der zweiten Phase der Umstellung wird LED-Beleuchtung mit Sensoren und Steuerungen kombiniert, um die Energieeffizienz und Bedienerfreundlichkeit weiter zu optimieren. Hierzu werden vor allem drei Mechanismen verwendet:

  • Präsenzsensoren schalten nicht benötigte Leuchten automatisch.
  • Umgebungslichtsensoren passen die Helligkeit der Innenraumbeleuchtung an die Menge des verfügbaren Umgebungslichts an.
  • Eine maximale Helligkeitseinstellung für dimmbare Leuchten vermeidet eine übermäßig helle Beleuchtung.
Bildergalerie

Wireless ist in den vergangenen zehn Jahren dank des Fortschritts der Funktechniken und neuer Standards für die nahtlose Kommunikation zwischen unterschiedlichen Geräten immer beliebter geworden. In der dritten Phase werden Beleuchtungssysteme auch als Datenbackbone für IoT-Anwendungen genutzt. Hierbei sorgt das Beleuchtungssystem nach wie vor für Licht, generiert zugleich aber auch eine Vielzahl von Sensordaten und transportiert sie in die Cloud.

Die Hauptfunktion eines Beleuchtungssystems mit Präsenzsensoren ist beispielsweise wie bisher die Lichtsteuerung. Darüber hinaus können die Daten der Präsenzsensoren genutzt werden. Zusätzlich kann das zwischen den Lichtquellen aufgebaute Funknetzwerk für die Übertragung von Sensordaten verwendet werden, die nicht direkt mit der Beleuchtungssteuerung zusammenhängen, beispielsweise Temperatur-, Feuchtigkeits- oder Luftqualitätssensoren.

Durch die Analyse dieser Daten lassen sich verschiedene Einsichten gewinnen, die die Regelung Ihrer intelligenten Beleuchtung in Abhängigkeit von Faktoren wie Umgebungslicht, Feuchtigkeit oder CO2-Gehalt der Luft ermöglichen. Außerdem lassen sich die Daten nutzen, um Personen zu zählen, Ereignisse zu protokollieren, Werbebotschaften zum richtigen Zeitpunkt zu übermitteln oder Menschenmengen zu leiten.

Von Funkprotokollen und vermaschten Netzwerken

Es gibt verschiedene Funkprotokolle für kabellose Beleuchtungssteuerungen und die Kommunikation in einem Gebäudeautomationssystem. Eines der meistgenutzten Protokolle ist der Energy-Harvesting- oder sogenannte EnOcean-Standard. Er wurde von der EnOcean Alliance definiert, einem Konsortium internationaler Unternehmen der Gebäudeautomationsbranche. Die Funkkommunikation erfolgt auf dem Sub-1-GHz-Funkband, das bei hoher Reichweite nur ein geringes Maß an Funkstörung aufweist, da es nicht von Wi-Fi- oder Bluetooth-Geräten genutzt wird.

Bluetooth Low Energy (BLE oder Bluetooth Smart) ist eine aktuelle Entwicklung, die für das Internet der Dinge entwickelt wurde. Ihr größter Vorteil besteht darin, dass sie praktisch von jedem in den letzten Jahren hergestellten Smartphone oder Tablet unterstützt wird – und sie ist die einzige Low-Power-Funktechnologie, auf die dies zutrifft. Deshalb können Anwender ein intelligentes BLE-Beleuchtungssystem direkt mit den meisten vorhandenen Geräten einrichten und steuern. Dadurch lassen sich BLE-gesteuerte Systeme einfach und kostengünstig einrichten und betreiben. Eines der Unternehmen, die diese Technik nutzen, ist Casambi.

Die Casambi-Softwareplattform für die Beleuchtungsfunksteuerung ermöglicht es dem Benutzer, mühelos mit moderner Beleuchtung in der Umgebung zu interagieren. Die Entwicklung von Casambi eignet sich für die einfache Steuerung einzelner Beleuchtungskörper ebenso wie für industrietaugliche Systeme mit cloudbasierter Fernsteuerung, Überwachung und Datenerfassung. Der Hersteller garantiert, dass sich die Casambi-Technik mühelos und kostengünstig in Beleuchtungskörper, -treiber und -module integrieren lässt.

Welche Vorteile Bluetooth für die Beleuchtung bringt

Eine Beleuchtung auf Basis von Bluetooth lässt sich nicht nur direkt vom Smartphone aus steuern und konfigurieren, sondern ermöglicht auch neue Beleuchtungsfunktionen. Dazu gehören die Näherungserkennung wie die sogenannte „Beacon-Technik“. Hierbei erkennt das Bluetooth-Netzwerk die Position bestimmter Bluetooth-Geräte anhand der Stärke des bei den einzelnen Knoten ankommenden Signals.

Bluetooth-basierte Netzwerke eignen sich für die Näherungserkennung, da die Funkreichweite der einzelnen Knoten – anders als bei anderen Protokollen wie dem EnOcean-Funkprotokoll – sehr gering ist. Dadurch lässt sich die Position eines Senders mithilfe einer dichten Empfängerinfrastruktur sehr präzise bestimmen.

Die Positionsdaten können für den Aufbau näherungsgesteuerter intelligenter Beleuchtungssysteme genutzt werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, eine voreingestellte Szene zu aktivieren, wenn jemand einen Raum betritt, oder die Beleuchtung so einzurichten, dass sie einer Person auf dem Weg durch ein Gebäude folgt. Auch andere Anwendungen sind denkbar. Wenn die Beleuchtung einer Vitrine in einem Laden oder Museum mit einem Beacon ausgestattet ist, könnten in der App des Händlers bzw. des Museums auf dem Smartphone des Betrachters Informationen zu der ausgestellten Ware oder dem Exponat angezeigt werden.

Die Stromversorgung nicht außer Acht lassen

Für jedes kabellose Gerät ist die Stromversorgung ein wichtiges Thema. Der herkömmliche Ansatz mit primären oder sekundären Batterien ist in großen kommerziellen Gebäuden nicht sinnvoll, in denen Wartung und Ausfallzeiten einen entscheidenden Kostenfaktor darstellen. Das wird rasch deutlich, wenn man bedenkt, dass in großen Bürogebäuden mehr als 10.000 einzelne Sensoren oder Schaltknoten installiert sind, deren Wartung, wie beispielsweise der Batteriewechsel, einen enormen Aufwand bedeuten würde. Batterielose Sensoren und Schalter haben sich seit vielen Jahren als ideale Lösung für dieses Problem bewährt.

Technische Möglichkeiten, wie die Energy Harvesting von EnOcean, ermöglichen bereits seit 2003 den Einsatz von kabel- und batterielosen Geräten. Im Oktober 2016 wurde mit PTM 215B das erste batterielose Schaltmodul für Bluetooth-Low-Energy-Systeme veröffentlicht. Zuletzt hat EnOcean kabel- und batterielose Easyfit-Wandschalter für Bluetooth-Beleuchtungssysteme für den weltweiten Einsatz auf den Markt gebracht.

In Verbindung mit batterielosen Bluetooth-Beleuchtungssystemen von Casambi bieten Easyfit-Wandschalter Beleuchtungsinstallateuren die Vorteile wartungsfreier, frei positionierbarer und gebrauchsfertiger Lösungen mit flexibler Steuerung und intuitiver Bedienung. Die batterielosen Schalter nutzen die kinetische Energie der Tastenbetätigung, um ein Funksignal für das Ein-/Ausschalten und Dimmen der Beleuchtung zu generieren. Zusätzlich können batterielose Sensoren überall dort angebracht werden, wo an der gewünschten Sensorposition kein Stromanschluss zur Verfügung steht.

Einen tieferen Einblick in Gebäudeparameter

Neue Beleuchtungslösungen auf der Grundlage von Bluetooth-Mesh-Netzwerken erlauben eine neue Infrastruktur für IoT-Anwendungen. Mit ihnen lassen sich verschiedene Sensordaten integrieren und visualisieren und bieten auf diese Weise einen wesentlich tieferen Einblick in Gebäudeparameter. Diese Lösungen können mühelos über Mobiltelefone und Tablets gesteuert und konfiguriert werden und lassen sich deshalb sehr intuitiv bedienen. Dank batterieloser Schalter und Sensoren ist ein wartungsfreier Betrieb mit freier Positionierung und einfacher Aufrüstung möglich. Damit ist die Grundlage gelegt, dass sich die LED-Beleuchtung weiterentwickeln kann.

* Matthias Kassner ist Vice President Product Marketing bei EnOcean. Saara Guastella ist Product Marketing Manager bei Casambi.

(ID:44850732)