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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Winzig-Sensoren mit Ethernet/TCP Anschluss


Autor: divB (Gast)
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Hallo!

Ich habe mir gerade folgendes überlegt: Sehr toll wären hier und da ganz 
simple kleine Sensoren, z.B. Licht, Temperatur etc. aber vielleicht auch 
Stromverbrauch & Co. Mit einem uC mit ADC kann man sowas gut aufbauen 
und die Daten am PC auswerten.

Lediglich 2 Dinge machen das ganze nicht wirklich sexy:

* Stromversorgung!
* Datentransfer zum PC

Angenommen überall steht Ethernet zu Verfügung (was bei mir der Fall 
wäre) hätte ich mir folgendes überlegt: Einen winzigen, sehr 
stromsparenden AVR. Seine Sensorergebnisse werden extrem simpel direkt 
über UDP und Ethernet verschickt (Software Implementierung, Igor-Plug). 
Dadurch ist mal keine aufwändiger Controller nötig.

Was bleibt: Stromversorgung. Super wäre es natürlich diese direkt vom 
Ethernet zu beziehen. Die Signalleitungen werden aber wohl viel zu wenig 
Strom liefern (können). Auf der anderen Seite wird so ein 
Temperatursensor i.d.R. nicht ständig Daten liefern müssen. Es müsste 
doch eigentlich möglich sein, über die Zeit einen dicken Kondensator 
aufzuladen. Wenn dieser einen gewissen Schwellwert überschritten hat, 
speist er die Schaltung incl. Microcontroller. In dieser Zeit werden die 
Messergebnisse ausgelesen und das UDP-Paket verschickt.

Ist das realistisch? Hat das schon wer gemacht?

Würd sich für mir jedenfalls sehr interessant anhören ;-)

lg,
divB

Autor: achso (Gast)
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Pover Over Ethernet?

Wenn Du keine Gigabit verlegt hast, kannste da einfach über die 
unbenutzten Leitungen versorgen (mit nem entsprechenden Switch).

Autor: Peter (Gast)
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> Ist das realistisch?
vermutlich nicht.

Die Ehternet Chips brauchen die vielfache leistung eines µC. Alleine 
schin Winzige Sensoren und Ethernet passen nicht zusammen. Ein Winziger 
Sensor ist bei mir so 2x2mm - in der größe habe ich noch keine Ethernet 
buchse gesehen.

Autor: Star Keeper (starkeeper)
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Also die Initialidee mit einem Sensor am Ethernet sagt mir, dass du von 
Ethernet keine Ahnung hast. Es ist sehr schwierig einen 8-Bitter an ein 
Netzwerk anzubinden. Nicht nur, dass der Softwareaufwand enorm ist, nur 
um ein zwei Bytes an Messwerten zu übertragen auch die Hardware, um ein 
Ethernet-Signal zu erzeugen, ist nicht ohne.
Das und wahrscheinlich noch vieles mehr sind die Gründe warum keiner 
soetwas machen würde.

Für so einen zweck gibt es bessere Übertragungswege, da wäre z.B. der 
CAN-Bus, aus dem Automobilbereich.. Dann kommt mir noch der LIN-Bus in 
den Sinn, der wäre wohl ziemlich gut geeignet für dich. Und da es sich 
so anhört, als würdest du ein Einsteigerprojekt suchen, wäre der LIN-Bus 
meine Empfehlung an dich.

Mit ein paar wenigen Bauteilen kannst du dir einen 
LIN-zu-Seriell-Wandler basteln und an den PC anschließen. Die meisten 
Mikrocontroller können bereits LIN und benötigen nur noch einen 
Pegelwandler. Außerdem kann der LIN-Bus seine angeschlossenen Teilnehmer 
mit 12V-Spannung versorgen.

Autor: Reinhard S. (rezz)
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Power over Ethernet geht auch mit Gigabit (was wohl aber kaum ein 
kleiner uC schafft) und liefert bis 12,5 Watt.

Kann schon relativ kompakt werden, aber ich denke mal so 3x3cm werdens 
so oder so werden :)

Autor: divB (Gast)
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@achso: Jaja, das ist mir natürlich schon bekannt, aber bei weitem nicht 
sexy. Das tolle wäre ja dass ich das Ding einfach unabhängig an jede 
Ethernetbuchse anhängen könnte.

@Peter: Du hast mich offenbar nicht ganz verstanden. Ich möchte eben 
genau KEINEN Ethernet-Controller verwenden sondern die Leitungen direkt 
an den uC (siehe Igor's Ethernet Plug). Zu Versorgen wäre also wirklich 
nur der uC (und die betreffenden Bauteile rund herum).

Und selbst wenn: Ich kann ja wirklich einen dicken Kondensator nehmen. 
Der kann sich ja ruhig sehr langsam über die Zeit aufladen...

lg
divB

Autor: divB (Gast)
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@Star Keeper: Nein, ich suche eigentlich gar kein Projekt und erst recht 
kein Einsteigerprojekt. Mir kam lediglich einmal die Idee die mir 
eigentlich sehr gefiel.

Also das was du mit Ethernet schreibst (Software und Hardware) ist so 
nicht ganz korrekt. Es gibt bereits eine fix und fertige Implementierung 
(wie bereits geschrieben IgorPlug Ethernet). Das Ding kann dann zwar nur 
UDP senden und immer nur ein Byte aber mehr will man ja bei einem Sensor 
gar nicht (ich zumindest).

Meine Frage bezieht sich also nach wie vor einzig und allein darauf die 
Signalleitungen von Ethernet irgendwie als Mini-Energiequelle 
missbrauchen zu können.

Autor: Marcus Müller (marcus67)
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Es ist zwar möglich, UDP Pakete quasi mit einer "Einbahnstraße" zu 
versenden - in der Praxis ist das aber wenig sinnvoll. Möglich wären nur 
Broadcasts da für eine IP Auflösung ARP erforderlich ist und damit wird 
die Erkennung woher das Paket kommt sehr schwierig. An die MAC Adresse 
eines Pakets kommt man beim normalen UDP Empfang in der Applikation 
nicht dran.
Außerdem erhöhen ständige Broadcasts die Netzwerklast erheblich.

Weiterhin sind weder die Datenraten noch die Spannungspegel beim 
IgorPlug Ethernet normgerecht. Das ist keine fix und fertige 
Implementierung, das ist eine reine Studie. Womöglich funktioniert das 
schon mit 20m Kabel nicht mehr zuverlässig.

Ein paar mA kann man sicher über das Ethernet Kabel schicken - wenn es 
nicht PoE konform ist, zerstört man aber u.U. andere Geräte die keine 
Gleichspannung auf dem LAN Kabel erwarten.

Ist also alles nicht so einfach.

Eine saubere Implementierung mit PoE und PoE Trafo wird eher 5x5cm groß 
werden.

Gruß, Marcus

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

divB schrieb:

> Ich habe mir gerade folgendes überlegt: Sehr toll wären hier und da ganz
> simple kleine Sensoren, z.B. Licht, Temperatur etc. aber vielleicht auch
> Stromverbrauch & Co. Mit einem uC mit ADC kann man sowas gut aufbauen
> und die Daten am PC auswerten.

hat mit Ethernet nichts zu tun, trotzdem vielleicht eine Alternative:

http://www.avr.roehres-home.de/sensoren/

Alles noch unfertig, aber schon seit Anfang März so in Betrieb.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: EGS (Gast)
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Müsst mal schauen in einer der letzten CT's war ein Beitrag über 
Sensoren, die Ihre Energie aus der Umgebung generieren. Die senden dann 
in unterschiedlichen Abständen ein Datenpaket (glaube war auch über 
Ethernet).

Habe den Artikel bloss noch in Erinnerung, da ich den Wahnsinning 
interessant fand.

Waren autarge Sensoren (sprich keine externe Spannungsversorgung nötig).

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Also die Initialidee mit einem Sensor am Ethernet sagt mir, dass du von
>Ethernet keine Ahnung hast. Es ist sehr schwierig einen 8-Bitter an ein
>Netzwerk anzubinden. Nicht nur, dass der Softwareaufwand enorm ist,

Also diese Aussage sagt mir das du von Ethernet keine Ahnung hast. Es 
gibt hier schon genug TCP/IP Stack die mit 8Bit AVR Controller laufen. 
So enorm ist der Aufwand nicht einen TCP/IP Stack aufzubauen. Und wer 
keinen TCP/IP Stack in Software aufbauen moechte kann das ganze auch fix 
und fertig in Hradware gegossen bekommen. Die Firma Wiznet stellt TCP/IP 
Kontroller (W5100) her die das ganze Protokoll in Hardware mitbringen. 
Diese Chips sind in einem gerade mal l0 x 10 mm grossen Gehauese zu 
bekommen. Die Anbindung an einen AVR Controller kann  sowohl mit SPI 
oder auch mit 8 Bit parallel erfolgen.
Die Software im AVR besteht dabei nur aus ein paar Zeilen Code. Auch mit 
normalen Ethernet Controllern wie dem ENJ28C60 oder einem DM9000 ist 
kein riesiges Hexenwerk.

Gruss Helmi

Autor: Bogumil (Gast)
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Wenn du überall Ethernet hast warum nutzt du dann nicht die Verkabelung 
zum Transport des Sensorsignals? Am Sternpunkt kannst du dann immer noch 
ins Netz wandeln.

Bei allem < 1Gbit sind sogar 2 Paare frei und du kannst zusätzlich noch 
z.B. telefonieren oder die Kaffemaschine schalten ;-).

Autor: vlad (Gast)
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und dann hängst du irgend wann mal ein gerät dran (möglicherweise ohne 
daran zu denken, oder es gar zu wissen), was gigabit-Ethernet kann und 
du hast ein paar kaputte geräte

Autor: Star Keeper (starkeeper)
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Helmut Lenzen schrieb:
>>Also die Initialidee mit einem Sensor am Ethernet sagt mir, dass du von
>>Ethernet keine Ahnung hast. Es ist sehr schwierig einen 8-Bitter an ein
>>Netzwerk anzubinden. Nicht nur, dass der Softwareaufwand enorm ist,
>
> Also diese Aussage sagt mir das du von Ethernet keine Ahnung hast. Es
> gibt hier schon genug TCP/IP Stack die mit 8Bit AVR Controller laufen.
> So enorm ist der Aufwand nicht einen TCP/IP Stack aufzubauen. Und wer
> keinen TCP/IP Stack in Software aufbauen moechte kann das ganze auch fix
> und fertig in Hradware gegossen bekommen. Die Firma Wiznet stellt TCP/IP
> Kontroller (W5100) her die das ganze Protokoll in Hardware mitbringen.
> Diese Chips sind in einem gerade mal l0 x 10 mm grossen Gehauese zu
> bekommen. Die Anbindung an einen AVR Controller kann  sowohl mit SPI
> oder auch mit 8 Bit parallel erfolgen.
> Die Software im AVR besteht dabei nur aus ein paar Zeilen Code. Auch mit
> normalen Ethernet Controllern wie dem ENJ28C60 oder einem DM9000 ist
> kein riesiges Hexenwerk.
>
> Gruss Helmi

Mir sind solche Module schon bekannt. Aber wer käme auf die Idee einen 
1,-EUR Sensor an ein 70,-EUR Fertig-Ethernet-Modul zu hängen? Und das 
die Software dabei nur aus ein paar Zeilen Code besteht, trifft nur auf 
diese Fertigmodule zu. Bei einem ENJ28C60 oder dem DM9000 brauchst du 
einen richtigen Ethernet-Stack. Das kleinste was mir da einfällt ist der 
uIP und der hat weit mehr als ein paar Zeilen, da muss der Controller 
schon etwas mehr Flash mitbringen.



Bei so einer Sensorsache ist es doch eigentlich immer das Ziel so viele 
Sensoren wie möglich zu haben und dazu müssen die eben klein, Platz- und 
Stromsparend sein. Vielleicht ist es möglich von deiner 
Ethernet-Verkabelung ein paar Adern abzuzapfen und darüben einen bus für 
die Sensordaten laufen zu lassen?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>an ein 70,-EUR Fertig-Ethernet-Modul zu hängen?

Wer sagt den das das ganze 70 Euro kostet ?
Die ganze Elektronik AVR + W5100 ist fuer rund 10 .. 15 Euro zu 
bekommen.

>Das kleinste was mir da einfällt ist der
>uIP und der hat weit mehr als ein paar Zeilen, da muss der Controller
>schon etwas mehr Flash mitbringen.

Ist auch noch locker in den Controller zu bringen.
Ich habe mal einen TCP/IP Stack in einem 8051 Controller untergebracht 
und habe da knapp an 7 KByte Code gebraucht (in C). Sollte also kein 
Hinderungsgrund sein.

Autor: Dieter Werner (dds5)
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Einem Temperatursensor behagt die in unmittelbarer Nähe verbratene 
Verlustleistung auch nicht sonderlich, der liefert dann bestenfalls noch 
Hausnummern.

Autor: Matthias (Gast)
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Wie wäre es einen AVR32, mit Phy-Chip und POE Chip. POE dann auf 24V
auslegen und das Teil als Class 0 konfigurieren. Das größte Bauteil ist 
halt der Ethernet Übertrager.

Aber man hat dann den Nebeneffekt, dass es in jedem Fall funktioniert 
und man hat am "Sensor" noch einen Anschluß für weitere (24V betriebene) 
Kleinigkeiten, die mit RS232, etc. angebunden sind. So eine Art 
Universalmodul, an das man alles anschließen kann.

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