Diese Master-Thesis befasst sich mit der Entwicklung eines energieeffizienten Sensorknoten mit dem
Mikrocontroller RP2040 und einer drahtlosen Kommunikation im Frequenzband um 169 MHz mit dem
Funkmodul RC1701HP von Radiocrafts. Der Energieverbrauch einer elektrischen Schaltung ist
abhängig von ihrer Aktivität. Ziel ist es, energiesparende Massnahmen für die Hardware und Software
vorzunehmen um eine mehrwöchige Laufzeit zu erreichen. Hierfür wurden Verfahren zur
Energieeinsparung für elektrische Schaltungen und Komponenten recherchiert. Es wurden Konzepte für
das Energiemanagement entworfen und mit einem Modell zur Abschätzung vom Energieverbrauch
geprüft. Auf einer entwickelten Leiterplatte und dem Echtzeitbetriebssystem FreeRTOS wurde das
Kommunikationsprotokoll und das Energiemanagement umgesetzt. Systembestandteile werden in den
Schlafmodus versetzt oder mit Lastschaltern abgeschaltet. Ein Wiedereinschalten vom Mikrocontroller
erfolgt durch die externe Echtzeituhr PCF85063ATL. Bei einem Messintervall von 5 Sekunden beträgt
der Stromverbrauch 1.92 mA mit minimal 180 μA im Schlafmodus. Mit einem 700 mA h Akku beträgt
die Laufzeit ohne Sendezyklen bis zu 14 Tage. Bei einer Sendeleistung von 14 dBm beträgt die
Sendezeit 300 ms für zwanzig Messwerte und die Laufzeit fällt unter einen Tag. Die Methode eignet
sich für Anwendungen, die periodisch eine Aufgabe ausführen und abgeschaltet werden können. Eine
Reduktion vom Verbrauch ist durch die Optimierung der Einschaltdauer und der Komprimierung der
Messdaten möglich. In weiteren Arbeiten eine Revision der Leiterplatte und eine Erweiterung der
Software sinnvoll.
This master's thesis focuses on the development of an energy-efficient sensor node with the RP2040
microcontroller and wireless communication in the 169 MHz frequency band using the RC1701HP
radio module from Radiocrafts. An electrical circuit's energy consumption depends on its activity. The
aim is to implement energy-saving measures for the hardware and software in order to achieve a runtime
of several weeks. For this purpose, energy-saving methods for electrical circuits and components were
researched. Concepts for energy management were designed and tested with a model to estimate energy
consumption. The communication protocol and energy management were implemented on a developed
circuit board and the FreeRTOS real-time operating system. System components are put into sleep mode
or switched off with load switches. The microcontroller is restarted by the external real-time clock
PCF85063ATL. At a measuring interval of 5 seconds, the power consumption is 1.92 mA with a
minimum of 180 μA in sleep mode. With a 700 mA h battery, the runtime without transmission cycles is
up to 14 days. At a transmission power of 14 dBm, the transmission time is 300 ms for twenty measured
values and the runtime is less than one day. The method is suitable for applications that periodically
perform a task and can be switched off. Consumption can be reduced by optimising the duty cycle and
compressing the measurement data. In further work, a revision of the circuit board and an extension of
the software is advisable.
