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Datenübertragung Optischer Transceiver vernetzt kompakte Embedded-Systeme

Quelle: Fraunhofer IPMS 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme
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Das Fraunhofer IPMS hat mit dem Li-Fi Tinyspot einen extrem kompakten und sparsamen optischen Transceiver entwickelt. Er ermöglicht störungssichere drahtlose Datenverbindungen in Sensoren, Wearables und EMV-kritischen Industrieumgebungen.

Zwei Li-Fi Tinyspot Module – ein Modul weist eine Abmessung von 15 mm × 21 mm × 3,3 mm auf und ist ein Gramm leicht.(Bild: Fraunhofer IPMS)
Zwei Li-Fi Tinyspot Module – ein Modul weist eine Abmessung von 15 mm × 21 mm × 3,3 mm auf und ist ein Gramm leicht.
(Bild: Fraunhofer IPMS)

Industrielle Geräte und Sensoren werden zunehmend kleiner und mobiler, was die Energieversorgung limitiert. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an zuverlässige, störungsfreie Datenverbindungen. Wo herkömmliche Kabel oder funkbasierte Schnittstellen aufgrund von Platzmangel, knappen Batteriekapazitäten oder strengen EMV-Vorgaben an ihre Grenzen stoßen, bietet das Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems (IPMS) nun eine Lösung: Der Li-Fi Tinyspot ist ein miniaturisierter optischer Transceiver, der speziell für Anwendungen mit minimalem Energie- und Platzbudget konzipiert wurde.

Hohe Datenrate auf kleinstem Raum

Das Modul besticht durch seine winzigen Abmessungen von lediglich 15 mm × 21 mm × 3,3 mm und einem Gewicht von nur einem Gramm. Trotz der kompakten Bauform unterstützt der Transceiver eine bidirektionale Vollduplex-Kommunikation mit Datenraten von bis zu 20 Mbit/s. Abhängig von Sendeleistung und Sichtfeld lassen sich Entfernungen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern überbrücken. Besonders hervorzuheben ist die geringe Leistungsaufnahme von nur 5 mW, welche die Batterielaufzeit in mobilen Geräten signifikant verlängert. Die Integration in Mikrocontroller- und FPGA-basierte Systeme wird durch gängige Standardschnittstellen wie UART und SPI vereinfacht. Zudem erleichtert die Unterstützung von SIR, FIR und VFIR die Modernisierung bestehender Infrarot-(IrDA)-Schnittstellen.

Verschleißfreie Alternative für die Industrie

Für die Automatisierungstechnik und den Maschinenbau eröffnen sich durch die optische Datenübertragung vielseitige Anwendungsszenarien. Da die Technologie unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen ist, eignet sie sich ideal für EMV-kritische Bereiche. Eine extrem niedrige Latenz von 170 ns prädestiniert den Transceiver zudem für echtzeitkritische Embedded-Steuerungen. In der Praxis kann der Li-Fi Tinyspot verschleißanfällige Mikrosteckverbinder oder Schleifringe in Werkzeugköpfen und kompakten Positioniersystemen ersetzen. Auch die Kommunikation durch kleine optische Fenster in hermetisch abgedichteten oder hygienischen Gehäusen wird problemlos möglich.

„Li-Fi Tinyspot zeigt, wie optische Kommunikation für kompakte Embedded-Systeme miniaturisiert werden kann“, erklärt Dr. René Kirrbach, Gruppenleiter für Li-Fi am Fraunhofer IPMS. Die kontaktlose Schnittstelle ermögliche zuverlässige Verbindungen genau dort, wo herkömmliche Steckverbinder durch Verschleiß, Verschmutzung oder Mechanik ausscheiden. Entwickelt wurde das smarte Modul im Rahmen des Projekts „Community“ am Leistungszentrum Mikro-Nano.

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