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Forum: HF, Funk und Felder Funktechnik in Mäusen und Tastaturen


Autor: Stefan P. (Gast)
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Hallo zusammen,

ich hätte da mal eine Frage bezüglich der 2,4 GHz Funktechnik in 
PC-Mäusen und Tastaturen. Beispiel Logitech: Besitze selbst eine 
Funkmaus von Logitech und bin immer wieder begeistert wie lange da die 
Batterien reichen. Mach das Ding schon gar nimma aus ;-) Ob diese Maus 
bereits auf 2,4GHz funkt kann ich nicht sagen (liegt gerade daheim und 
ich kenne den genauen Typ nicht, knapp 2Jahre alt).
Die Angaben für die Logitch Unifying Techonologie sind schon nicht 
schlecht z. B. Tastatur 3 Jahre Betrieb bei 2Mio Anschlägen / Jahr.
Nun meine Frage. Kennt jemand die Sende-uCs die Logitech verwendet? Sind 
das "frei" verfügbare oder sind diese von Logitech selbst?
Hintergrund: Ich benötige für einen Datenlogger (Batteriebetrieben, und 
möglichst kleine Abmessungen, kleiner 30x30x10mm) eine Funkschnittstelle 
die sehr stromsparend ist. Habe bereits etliche Funk-Chips angeschaut 
und miteinander verglichen. 2,4 GHz hat den Vorteil, dass dies Frequenz 
fast weltweit eingesetzt werden kann (benötige ich auch). Reichweite bis 
1m benötige ich.
RFID könnte auch funktionieren, allerdings sind die Antennen zu groß für 
meine Anwendung.

Hat sich schon mal jemand mit der Funktechnik in Logitech oder andern 
Funkmodulen befasst. Die hier bekannten Funkmodule hab ich mir bereits 
angeschaut, sind aber leider nicht einsetzbar (Strom).

Danke für eure Hilfe
Gruß
Stefan

Autor: Matze (Gast)
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Wie der eingesetzte Chip bei Logitech heißt weiß ich nicht, aber der 
CC2500 von TI ist für sowas bestens geeignet ... Als Datenlogger 
erreihct man locker Laufzeiten von >1 jahr mit einem satz AA Batterien 
... je nach Aufwand der Sensoren und des µC ... ich hab hier einen im 
Einsatz, der eine Einsatzzeit von 2 Jahren hat und alle paar Sekunden 
seine Daten sendet ....

P.S. hat 2,4Ghz Snedefrequenz ;)! aber guck dich mal bei TI um, die 
haben da noch mehr!

Autor: Mathias H. (mathias_h)
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sorry war eben nicht eingeloggt, kann das nicht bearbeiten:

Hier eine Entwicklungsboard mit den Abmaßen 30x15x0,5: (genug Platz für 
eine Batterie und Sensoren ... bei deinen Maßen)

http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/ez43...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Wie viele Daten willst du denn in welcher Zeit übertragen?

Wo kommen die Daten her, brauchst du dafür sowieso noch einen 
Controller?

Autor: Stefan P. (Gast)
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Hi Mathias,

danke für die Info. Den CC2500 kenne ich und gefällt mir eigentlich auch 
ganz gut. Habe von Amber Wireless ein kleines Funkmodul zum testen, ist 
auch der CC2500 drauf. Anbindung über USART oder SPI. Leider ist der 
darauf befindliche MSP430 nicht ausreichend für meine Anwendung. Habe 
mal einen zusätzlichen uC per USART zum Testen drangehängt. Bin vom 
Speed und der Implementierung her aber noch nicht ganz glücklich. Die TI 
Module sind aber vielversprechend.

Danke für deine Erfahrungen bezüglich Laufzeit.
Beim mir müsste der uC ca. 3000 mal am Tag aufwachen und einen 
Zeitstempel im Speicher hinterlegen (also ne Sache von wenigen ms). 1x 
am Tag muss der komplette Inhalt dann zu einer Basisstaion gesendet 
werden. Die zur Zeit vorgesehene 540mAh Knopfzelle sollte ca. 6 Monate 
den Dienst tun.

Wenn noch jemand was über die Logitech Funk-uCs herausgefunden.... bin 
immer noch interessiert ;-)

Gruß
Stefan

Autor: Stefan P. (Gast)
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@Jörg

sind ca. 6000-18000 Byte die täglich (besser gesagt 5x/Woche für ca. 26 
Wochen) übertragen werden müssen. Das aufwachen des uC, um den 
Zeitstempel aufzunehmen, wird durch einen exteren Interrupt 
angetriggert. Ein MSP430 schläft bei mir ansonsten im LPM4. Momentan 
sind 4Mbit Falsh vorgesehen; möglicherweise beitet sich ein EEPROM eher 
an da 1Mbit vollkommen ausreichend sind, dieser einen größeren 
Spannungsbereich und geringeren Stromverbrauch hat (zumindest das was 
ich bisher rausgefunden habe, z. Z. Atmel Flash).

Eure Einschätzung

Danke
Stefan

Autor: Hans Mayer (Gast)
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Ja schraub doch deine Maus auf.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan P. schrieb:

> sind ca. 6000-18000 Byte die täglich (besser gesagt 5x/Woche für ca. 26
> Wochen) übertragen werden müssen.

Am Stück, einmal täglich?  Oder in Häppchen?

> Momentan
> sind 4Mbit Falsh vorgesehen

Wofür dies?  Ich denke, er funkt die Daten, oder sammelt er sie erst?

Autor: Mathias H. (mathias_h)
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Das mit dem Speicher muss man abwägen, wenn die BAsisstation sowieso 
immer zur Verfügung steht kann es sinnvoll sein die Daten sofort zu 
denden (also öfter als 1mal pro Tag) um so ohne externen Speicher 
auszukommen) ...

der Atmel Flash verbraucht z.B. im sleepmode immernoch 25µA ... also 
u.U. mehr als alles andere in deiner Schaltung.

Abzuwägen ist für den Zeitstempel ob man eine externe RTC verwendet oder 
den µC damit beauftragt ... was auf jeden Fall sinn macht ist das 
Abspeichern im Timestamp(Unix)-Format ... verringert Speicherbedarf und 
Übertragungsmenge ...

Autor: Stefan P. (Gast)
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Übertragung erfolgt an einem Stück, da sich der Datenlogger nicht immer 
in Reichweite zur Basisstaion befindet. Somit werden die Daten im 
Speicher hinterlegt. Der Zeitstempel wird bereits in 4 Byte bitweise 
kodiert, dazu kommen noch 2 Byte Messwert (Zeitdifferenz in Sekunden 
zwischen zwei Interrupts). Für den Zeitstempel ist momentan eine RTC 
verbaut.

Autor: Horst Rubbelspecht (Gast)
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Wieso soll der MSP430 dafür nicht ausreichen?

Autor: Mathias H. (mathias_h)
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komplizierte Berechnungen sollte man sowieso nicht unbedingt auf dem µC 
vornehmen, kostst alles nur Strom ... lieber Rohdaten speichern und dann 
nachbearbeiten! ... ansonsten ist der MSP recht gut aufgestellt, 
besonders der Wechsel von Sleep->active geht anders als bei anderen µCs 
sehr schnell und damit sind auch zeitkritische anwendungen denkbar, aber 
ich dneke du musst nochmal genau sagen worum es am Ende geht, damit man 
abschätzen kann warum der MSP nicht ausreichen sollte.

Autor: Stefan P. (Gast)
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Sorry da hab ich mich dann wohl verkehr ausgedrückt. Auf dem Amber 
Funkmodul ist zum einen der CC2500 und noch eine MSP430F1232 drauf. 
Diesen MSP habe ich gemeint. Den kann ich rein theoretisch auch für 
meine Aplikation verwenden, wobei da dann die I/Os knapp werden 
(Speicher, Interrupt, ....). Die darauf befindliche FW hätte ich als 
HEX-File bekommen und diese müsste ich dann in meinen Code 
implementieren (war mir neu das das geht aber auch nicht verkehrt). 
Alternativ habe ich auch mal eine offene Lib für die Anbindung eines 
CC2500 gefunden.
Berechnungen mach ich auf dem uC soweit nicht. Das Datum wird halt 
konvertiert (spart Speicher, weniger Funkübertragung) und die 
Zeitdifferenz wird erfasst. Hällt sich somit eigentlich in grenzen.
Zum Testen des Amber Moduls habe ich dann einen externen MSP dran 
gehängt.

Autor: Mathias H. (mathias_h)
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MSP430 gibts ja in allen Größen, da ist für jeden was dabei ... wenn du 
sagst wieviele Eingänge du brauchst könnten wir dir besser helfen ... 
der Speicher braucht 4(für SPI) ansonsten kannst du das 
SimpleTI-protokoll verwenden, das gibs bei TI auf der Homepage ... macht 
die Kommunikation recht einfach ,.... guck dir dazu mal 
http://cnx.org/content/col10684/latest/ an ... ist zwar der MSP430F2274 
aber immerhin der CC2500 ... und seine performence mit dem SimpleTI 
Protokoll

Autor: Stefan P. (Gast)
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Danke für das Angebot. Die Auswahl des MSP ist nicht das Problem. Was 
ganz praktisch ist, die größeren MSP haben sogar mehrere unabhängige 
spi, usart, ...
Mein Problem ist die Auswahl eines geeineten Funk-uCs der möglichst 
wenig Strom verbraucht. Wobei die meisten, die ich mir bisher angesehen 
habe, ungefähr gleich "verschwänderisch" sind. Im 2. Schritt steht dann 
der Spannungsbereich, bei 3V Li-Ion Konpfzelle, sollte schon so 1,8 - 
3,6V drin sein. Drum auch die überlegung mit dem Flash -> EEPROM, da die 
Flashes bei frühestens 2,5V anfgangen (zumindest hab ich noch nix 
besseres gefunden). Auf Step-Up bin ich nicht sonderlich scharf -> 
Wirkungsgrad -> hoher Strom

Kann es sein, dass Logitech Cypress Controller verwenden?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan P. schrieb:
> Übertragung erfolgt an einem Stück, da sich der Datenlogger nicht immer
> in Reichweite zur Basisstaion befindet.

Woher weiß der Sender dann, dass der Logger in seiner Reichweite
ist?

Wenn der auch noch parallel hören muss, kannste das mit dem Strom-
verbrauch nämlich sofort knicken.  Die pure Empfangsbereitschaft
kostet bei 2,4 GHz genauso viel Strom wie das Senden.

Autor: Mathias H. (mathias_h)
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Kann sein ... muss aber nicht ... zum Teil ändert sich auch während der 
Produktion der Chiptyp ... sprich in einem ist einer von Cypress und im 
andern einer von TI (nur Beispielhaft) ... also aufschrauben und 
nachgucken???


Wichtiger als der Chip ist wohl die Antenne und die Sendeleistung, der 
Chip an sich verbraucht nicht viel, eher der Verlust beim senden .. bei 
deinem Aufbau wird wohl eher eine Chipantenne oder eine 
PCB-Leiterschleife anzuwenden sein ... da stecken die Verluste ...

Also eher etwas größer (leistungsstärker) kaufen und dann lieber die 
Sendestärke herunterlegen  ... moderne chips passen den Stromverbrauch 
abhängig vom RSSI-Wert an ... sprich, die Empfangsstärke ist sehr gut 
--> sendeleistung wird heruntergeschraubt ... da ist mehr herauszuholen 
als durch die Auswahl des perfekten ICs ...

Autor: Mathias H. (mathias_h)
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@ Jörg

Preamble Sampling oder Abgleich der Uhren und feste Sendezeitpunkte 
...?!

Uhrenvergleich ...es ist 15:12Uhr ;)

Autor: Stefan P. (Gast)
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Danke für die rege Beteiligung,

lauschen muss der Datenlogger nicht, nur die Basisstation. Der Logger 
probiert halt sagen wir mal 3-5mal am tag ob er die Basisstation 
erreicht, wenn ja -> Daten senden, ansonsten später nochmal versuchen.
Die Überlegung mit dem "Uhrenvergleich" hatte ich auch schon.
Mal schaun was daraus wird.
Die Informationen bezüglich Sendeleistung, Verluste, ... sind sehr gut.

Autor: Horst Rubbelspecht (Gast)
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>Die pure Empfangsbereitschaft
>kostet bei 2,4 GHz

Bist Du da sicher? Mit den CC1100 (868MHz, 433MHz) ist das nicht so. 
Außerdem hängt der Verbrauch ja auch noch von der eingestellten 
Sendeleistung ab. Das ist bei der Receive-PLL konstant.

Autor: Horst Rubbelspecht (Gast)
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Sorry mein Post bezieht sich auf :

>  Die pure Empfangsbereitschaft
> kostet bei 2,4 GHz genauso viel Strom wie das Senden.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Horst Rubbelspecht schrieb:
>>Die pure Empfangsbereitschaft
>>kostet bei 2,4 GHz
>
> Bist Du da sicher?

Ja.  Guck dir den CC2420 an (um bei ChipCon^WTI zu bleiben), oder
die AT86RF230 etc. ICs.

> Mit den CC1100 (868MHz, 433MHz) ist das nicht so.

Ist ja auch eine deutlich geringere Frequenz.  Der AT86RF212 braucht
beim Empfang auch schon viel weniger als seine 2,4-GHz-Geschwister.
ChipCon hat keine richtigen Pendants zwischen beiden Frequenzbereichen,
bei denen das Backend einigermaßen vergleichbar ist (der CC1100 hat
ja kein IEEE-802.15.4-Basisband, die Frameerkennung dort kostet auch
nochmal ein wenig Strom).

> Außerdem hängt der Verbrauch ja auch noch von der eingestellten
> Sendeleistung ab. Das ist bei der Receive-PLL konstant.

Dafür klappern beim Empfänger ziemlich viele Digitalgatter.  Um
nochmal den CC2420 zu zitieren: der Empfänger verbraucht laut
Datenblatt typisch 18,8 mA.  Der Sender verbraucht bei maximaler
Ausgangsleistung von 0 dBm gerade mal 17,4 mA, die man bei minimal
einstellbarer Leistung bis 8,5 mA herunter bekommt.  Das Atmel-
Pendant dazu wäre der AT86RF230, Rx-Modus 16 mA, Tx (3 dBm) 16 mA,
Tx (-17 dBm) 10 mA.  Das Gegenstück für 868 MHz (AT86RF212) braucht
Rx 8,7 ... 9,2 mA, also etwas mehr als die Hälfte, Tx braucht er
13 mA bei 0 dBm.

Ich wollte ja vor allem darauf hinaus, dass man bei UHF nicht davon
ausgehen kann, dass nur das Senden "richtig Strom" brauchen würde und
man im Empfangsmodus mit 1/10 davon oder weniger auskäme.  Daher muss
man sich Gedanken machen, wie man (falls eine Empfangsbereitschaft
gewünscht ist) ein Zeitschlitzschema oder sowas findet, um den
Stromverbrauch zu minimieren.  Ist jedoch für Stefan kein Thema.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan P. schrieb:
> Der Logger
> probiert halt sagen wir mal 3-5mal am tag ob er die Basisstation
> erreicht, wenn ja -> Daten senden, ansonsten später nochmal versuchen.

Das heißt aber, er braucht eine laufende Uhr, damit er zeitgesteuert
aufwachen kann.  Dann kann er sich nicht komplett schlafen legen.

Ich habe die Rechnung mal für einen ATmega128RFA1 gemacht (weil ich
dafür gerade eine Messung der Stromaufnahme da liegen habe).  Der
braucht für eine Sende-Empfangs-Transaktion mit Bestätigung (wenige
Nutzdatenbytes) etwas mehr als 4 µC.  Wenn man die Sendung ausdehnt
auf 100 Byte Nutzdaten (kommt noch etwas Adressierungsinformation
dazu, und die maximale Rahmenlänge von IEEE 802.15.4 ist 127 Byte),
dann kann man das bei 13 mA für den Sendebetrieb auf ca. 40 µC pro
100 Byte hochrechnen.  Deine 13000 Byte würden also ca. 5,2 mC
benötigen.  Dazu kämen noch ca. 10 µC (wegen der Wiederholung) für
jeden Kontaktaufnahmeversuch, das ist vernachlässigbar.  Die 5,2 mC
pro Tag auf 5 Tage und 26 Wochen hochgerechnet wären dann 0,68 C,
oder 0,19 mAh.  Ich glaube, das macht noch jede Batterie mit, die
man so kaufen kann. ;-)

Hinzu kommt die Rechnung mit dem Standby-Strom, damit ein 32-kHz-
Oszillator sich um das regelmäßige Aufwecken kümmern kann.  Das
Datenblatt des ATmega128RFA1 macht leider keine Angaben zum
power-save-Strom, nehmen wir mal die Daten vom ATmega1281, dann
müssten das so um die 2,5 µA sein.  Das sind auf 26 Wochen dann
39,3 C und damit viel mehr als der Energieverbrauch im aktiven Betrieb,
aber immer noch nur 11 mAh.

Fazit: mit 2 x LR03 (800+ mAh) kannst du mit einer derartigen
Einrichtung bei deinem gewünschten Datenübertragungsschema wohl
über einige Jahre arbeiten. ;-)

Autor: Stefan P. (Gast)
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Hallo Jörg,

danke für die Berechnung. Habe selbiges schon mal für einen CC2500 und 
MSP430Fxy anhand der Datenblattwerte und ziemlich ziemlich großzügigen 
Werten berechnet. Wenn ich mich da nicht total vertan habe sinds bei mir 
für 6 Monate ca. 240mAh. Wenn ich mir jedoch die differenzen anschaue, 
dann sollte ich die Berechnung nochmals anschauen. Messung von realen 
Werten folgen auch mal noch. Was sich dekt ist das Verhältnis Standby - 
Senden -> selbst wenns senden etwas länger dauert, oder ein paar mA 
mehr; Hauptsache der Standby ist so gut wie möglich optimiert.

Gruß
Stefan

Autor: Martin Laabs (mla)
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Hallo,

den Flash oder andere Chips die man nicht fürs aufwecken baucht kann man 
ja auch noch via MosFet/Bipolartransistor die Versorgungsspannung 
wegnehmen.

Viele Grüße,
 Martin

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan P. schrieb:
> Wenn ich mich da nicht total vertan habe sinds bei mir
> für 6 Monate ca. 240mAh.

Ich habe deinen Flash-Speicher nicht bedacht, wobei mir dessen
Funktion (bzw. Notwendigkeit) noch nicht ganz klar ist.  Der
ATmega128RFA1 hätte 16 KiB SRAM, das müsste doch komplett für
deine Zwischenspeicherung genügen, oder?  Damit hättest du
den Controller und den Transceiver dann auf einem IC.

Bei den Stromverbrauchsangaben für Flash oder EEPROM muss man
aufpassen, dass man nicht die Garantiewerte anguckt, sondern die
typischen Werte.  Die Garantiewerte werden ja in aller Regel selbst
unter ungünstigsten Bedingungen (Tmax und Vccmax) noch unterboten,
und gerade die Temperatur hat einen extremen Einfluss auf die
Leckströme von CMOS-Schaltungen.  Wenn deine Schaltung in der Regel
nicht bei Temperaturen oberhalb 40 °C betrieben wird, kannst du die
Lebensdauerberechnung problemlos mit den typischen Werten plus einer
Sicherheitsreserve vornehmen.

Autor: Stefan P. (Gast)
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Hallo Jörg,

leider bin ich durchaus dazu gezwungen einen externen Speicher mit zu 
implementieren. Die Anwendung zeichnet ein Nutzerprofil auf. 3000 Werte 
a 6Byte (pro Tag) sind voraussichtlich schon sehr hoch angerechnet. 
Sicher sagen kann ich das aber erst wenn echte Daten über einen längeren 
Zeitraum vorliegen. Dazu kommt noch, dass es vom menschen abhängt ob der 
Datenlogger abends zur Basisstation gelegt wird. Im Wurst Case rechne 
ich damit, dass der Datenlogger nur eimal pro Woche an der Basisstaion 
plaziert wird. D. h. der Speicher sollte mindestens 5 Tage a 3000 Werte 
aufzeichnen können. Das die Datenübertragung per Funk somit länger dauer 
und sich die Knopfzelle darüber freuen wird ist mir auch klar. Kann dann 
halt evtl. nicht alles auf einmal übertragen werden, sonder in mehreren 
kleine Happen mit mehreren Sekunden / Minuten Pause dazwischen.

Temperaturnivea ist wieder ein ganz anderes Thema. Für die Aufzeichnung 
der Werte wird der Datenlogger in einer Umgebung mit ca. 50°C (bei ca. 
20°C Raumtemperatur) sein. Umgebungstemperatur kann aber auch bis auf 
+40°C oder unter 0°C kommen. Für die Übertragung der Werte per Funk kann 
die Umgebungstemperatur angenommen werden.
Gerade bei den niedrigen Temperaturen (möglicherweise sogar im 
negativen) wird sich die Batterie drüber freuen und mal ordentlich in 
die Knie gehen. Wie weit der sichere Betrieb bei niedrigen Temp. möglich 
ist wird ein Versuch und die Zukunft zeigen. Genügend große 
Pufferkondensatoren müssen da dann vorgesehen werden. Nur dumm das 
dadurch der Leckstrom und somit der Standby Strom ansteigt. Wird wohl 
auf einen Kompromiss hinaus laufen.

Gruß
Stefan

Autor: Sven (Gast)
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Um an die Ursprungsfrage einmal anzuknüpfen. Logitec verwendet 
ausschließlich Funkcontroller von Nordic Semiconductor mit dem 
Gazell-Protokoll. In Tastatur und Maus ist meist der nrF24LE1 und im 
USB-Dongle der nRF24LU1+ verbaut.
http://www.nordicsemi.com/index.cfm?obj=product&ac...
Alle Datenblätter einschließlich kompletten Schaltungen mit 
Platinenlayout sind dort für alle Funkcontroller frei verfügbar. 
Lediglich Atmel reicht überhaupt an die Effizienz und Stromarmut der 
Nordic-Funk-Controller heran. Außer dass die Nordic-Chips keinen 
direkten Touch-Support auf dem Chip haben (im Vergleich zum 
beispielsweise erwähnten ATmega128RFA1) lassen sie nichts vermissen. Das 
komplette Funkprotokoll einschl. aller bidirektionalen Funktionen und 
der Pairing-Möglichkeit zu 6 Geräten und den Tastenabfragen usw. braucht 
ca. 11KB Speicher (abgespeckt je nachdem was man braucht reichen 
mitunter auch weniger als 4kB), auf den Controllern (ohne USB) sind 16kB 
verfügbar, auf den USB-Controllern sind es 32kB, soweit ich mich 
erinnere.
Gruß Sven

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan P. schrieb:
> ür die Aufzeichnung
> der Werte wird der Datenlogger in einer Umgebung mit ca. 50°C (bei ca.
> 20°C Raumtemperatur) sein. Umgebungstemperatur kann aber auch bis auf
> +40°C oder unter 0°C kommen.

Dann solltest du dir die Reststromdiagramme mal ansehen und damit
die Batterielebensdauer abschätzen.

Falls der Reststrom des Flashs bei diesen Temperaturen wirklich so
hoch wird, dann würde ich Martins Vorschlag aufgreifen und diesen
bei Nichtbenutzung abschalten.  Das geht mit einem p-Kanal-FET oder
auch einfach mit einem pnp-Transistor.  Letzterer zieht zwar im
aktiven Betrieb Basisstrom, aber wenn man die Aktivzeiten kurz hält,
ist das egal.  p-Kanal-FET mit 1,8 V Schwellspannung (das wäre die
Entladeschlussspannung zweier Alkali-Mangan-Zellen) ist nicht so
ganz einfach zu finden.

Mit der Kälte würde ich mir keine übermäßigen Gedanken machen,
solange du nicht gerade aus Platzgründen mit sehr kleinen (Knopf-)
Zellen auskommen musst.  LR03 sind allemal auch bei -10 °C für die
paar mA hier noch stromergiebig genug.

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