EnOcean-Funksensoren für Ambient Assisted Living (AAL)

Abstract

Aufgrund des demografischen Wandels steigt auch der Bedarf an technischer Unterstützung, die den betroffenen Menschen ein weitgehend selbstständiges Leben in den eigenen vier Wänden ermöglichen soll (Stichwort: "Ambient Assisted Living" (AAL)). Es existiert bereits eine Vielzahl an AAL-Lösungen für die unterschiedlichsten Problem- und Anwendungsbereiche. Dabei wird heutzutage für die meisten Systeme und Netzwerke auf eine der vielen Drahtlosübertragungstechnologien zurückgegriffen. Diese sind mittlerweile sehr preiswert, ermöglichen eine einfache Installation der Endgeräte bzw. Sensormodule und bereits bestehende Systeme lassen sich meist nach Belieben erweitern. Als Nachteil sind u. a. die beschränkte Funkreichweite und die notwendige Energieversorgung der Geräte zu nennen. Vor allem Letzteres bedeutet einen zusätzlichen, regelmäßigen Wartungsaufwand für den erforderlichen Batteriewechsel. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, liegt in der Verwendung energieautarker Funksensoren. Die Sensormodule der Fa. EnOcean beziehen die für ihren Betrieb notwendige Energie durch Ausnützung unterschiedlicher physikalischer Effekte ("Energy Harvesting") im besten Fall vollständig aus ihrer unmittelbaren Umgebung. Ein Ziel der Arbeit war es deshalb, Vor- und Nachteile der energieautarken EnOcean-Funktechnologie für den Einsatz im AAL-Bereich nicht nur theoretisch auszuarbeiten sondern auch praktisch festzustellen. Dafür wurden zwei typische Beispielanwendungen aus dem AAL-Bereich mithilfe der EnOcean-Funksensoren entwickelt. Darüber hinaus sollten die Beispielanwendungen einen möglichst geringen Stromverbrauch und somit eine entsprechend lange Batterielebensdauer bzw. minimalen Wartungsaufwand garantieren. Neben einer allgemeinen Bewertung in Hinblick auf die Anwendbarkeit der entwickelten Lösung sollte auch auf die Herausforderungen und Besonderheiten der System- und Softwareentwicklung bei Verwendung der energiesparenden Funksensortechnik hingewiesen werden.

Due to the demographic ageing technical assistance is needed to allow older people and persons with disabilities to live independently in their homes. Therefore, especially wireless applications and systems for "Ambient Assisted Living" (AAL) are becoming more and more important. Wireless communication protocols allow easy installation of devices and sensor nodes at arbitrary places and provide high flexibility in terms of cost and system expandability. Major disadvantages of current wireless technologies are the limited radio range and the needed power supply for sensor nodes and end devices. To solve the latter one, the Germany based company EnOcean produces ultra low power wireless sensors and devices. EnOcean technology is based on the exploitation of different potentials from the environment ("energy harvesting") and, therefore, doesn't necessarily need any batteries. Hence, one aim of this thesis was to research advantages and disadvantages of the EnOcean technology used for applications and systems in the field of "Ambient Assisted Living" in theory and practice. Therefore, two typical example AAL-applications were developed - a new method for a PIR-based ultra low power activity recognition and an IR temperature measuring for the kitchen area. Both applications should provide long battery lifetime and guarantee very low maintenance effort. Furthermore, applicability and challenges of system- and software development for the EnOcean sensors have been discussed.