Wie innovative PCB-Designs Verbrauchssenkungen durch IdD-Geräte ermöglichen

Hat Sie Ihre Mutter, als Sie noch ein Kind waren, auch schon einmal mit den Worten angeschrien: „Mach das Licht aus!”? Hat Ihnen Ihr Vater auch schon einmal gesagt: „Wenn du die Klimaanlage einschalten möchtest, dann übernimmst du die Kosten dafür!“? Wenn ja, dann sind in Ihrer Familie vermutlich ebensolche Pfennigfuchser wie in meiner. Wenn nicht, dann nehme ich an, dass Sie ein prächtiges Luxusleben bei angenehmen Temperaturen zugebracht haben. Während es meine Eltern stets genossen haben, das Haus nach angelassenen Lichtern abzusuchen, könnte ihnen das Internet der Dinge (IdD) schon bald einen Strich durch die Rechnung machen. Innovative PCB-Designs haben den Einzug des IoT in unsere Wohn- und Arbeitswelt ermöglicht und sparen uns Energie und Geld. Der Nest-Thermostat, die Philips Hue-Glühbirne und der AgriHouse-Blattsensor sind allesamt IdD-Geräte, die zur Senkung des Verbrauchs in unserem Alltag auf neuartige PCBs zurückgreifen und uns Geld sparen.

Der Nest-Thermostat mag Sie an Hal 9000 erinnern, aber anstatt Sie zu töten, ermöglicht er jedoch Kosteneinsparungen

Effiziente Wärme- und Kälteregulierung

Meine Schwester ist schon immer sehr heißblütig gewesen. Sie hasst es so sehr zu schwitzen, dass sie, bevor sie zum Sport ging, die Klimaanlage einschaltete, damit das Haus bei ihrer Rückkehr kühl ist. Es versteht sich von selbst, dass sich dieses System als ineffizient erwies, da eine Menge Strom „verschwendet“ wurde. Das Unternehmen Nest hat es sich zum Ziel gemacht, mit seinem „intelligenten“ Thermostat-System, das auf einem „intelligenten“ PCB-Design basiert, Wärme- und Kälteverluste zu verringern.

So wie die Regierung späht Sie der Nest-Thermostat aus, um Ihre Handlungen vorherzusehen. Die Handlungen von Interesse sind in diesem Fall das Ein- oder Ausschalten von Wärme- oder Kältesystemen. Nach wenigen Tagen, in denen die Zeiten verfolgt werden, wann Sie die Klimaanlage nach oben oder unten regulieren, beginnt Nest, Ihre bevorzugten Temperatureinstellungen zu erlernen. Wenn Sie bei der Arbeit sind, schaltet der Thermostat die Klimaanlage aus, um diese rechtzeitig wieder einzuschalten, damit Sie in ein Haus mit kühlen Temperaturen heimkehren. Darüber hinaus bietet der Nest-Thermostat Smartphone-Funktionen, die es Ihnen ermöglichen, die Temperatur in Ihrem Zuhause von überall aus zu steuern. Nest nimmt für sich in Anspruch, mit seinen „intelligenten“ Thermostaten 12 Milliarden kWh an Energie eingespart zu haben. Dies wiederum bedeutet eine Menge gespartes Geld.

Geld spielt eine Rolle, aber auf welcher PCB beruht dieses kostensparende Gerät?. Ich bin davon überzeugt, dass Entwickler seit Jahrhunderten nach einer Technologie dieser Art gesucht haben, die neuesten Fortschritte im Bereich des PCB-Designs haben ein solches System jedoch erst seit Kurzem möglich gemacht. Wie Sie wissen, muss der Nest-Thermosat zur Erfüllung seiner Aufgaben Daten sammeln, diese Daten auswerten (oder bezüglich der Auswertung weiterleiten), auf Grundlage der ausgewerteten Daten einen Zeitplan implementieren und mit einem Smartphone interagieren. Für den Nest-Thermostat war dann noch ein billiger Designer erforderlich, der das Ganze in ein Gehäuse von der Größe eines Hockey-Pucks packt. 

Ich habe eine Idee, eine IdD-Glühbirne!

Effiziente Beleuchtung

Die Beleuchtung bei uns Zuhause gab weiteren Anlass zu Streitigkeiten. Meine Schwester und ich mögen alles gerne gut beleuchtet und meine Eltern möchten so viel Geld wie möglich sparen. Die abnehmende Größe von PCBs hat es möglich gemacht, dass selbst Glühbirnen in die Riege der vernetzten Geräte vordringen.

Vor ein paar Jahren kaufte ich meine erste IdD-Glühbirne. Bei dem Kauf wurde mein Geldbeutel um einiges leichter, da Glühlampe und Regler zusammen etwa 50 Dollar kosteten. Im Laufe der Zeit machten sich die langfristigen Kostenersparnisse der WLAN-Glühbirne aber in meinem Geldbeutel bemerkbar. Ich vergesse öfters, das Licht auszuschalten, wenn ich aus dem Haus gehe. Jetzt kann ich das Licht per Fernsteuerung mit meinem Smartphone ausschalten. Ich habe auch ein eigenes Programm geschrieben, bei dem die Lichter eingeschaltet werden, wenn ich aufwache und ausgeschaltet werden, wenn ich zur Arbeit gehe usw. Die meisten Benutzer schreiben wahrscheinlich keine eigenen Programme, können jedoch trotzdem ein paar Cent einsparen, wenn das Licht nach dem Verlassen des Hauses ausgeschaltet wird.

Die wahren Kosteneinsparungen werden allerdings durch die Technologie ermöglicht, welche die Grundlage für die Existenz der Glühbirnen darstellt. Fast alle IdD-Glühbirnen nutzen anstelle von fluoreszierenden oder weißglühenden Glühbirnen LED-Chips für die Raumbeleuchtung. Während weißglühende Glühbirnen etwa 1200 Stunden halten und Kompaktleuchtstofflampen etwa 10.000 Stunden halten, haben LEDs eine Haltbarkeit von bis zu 50.000 Stunden. Man muss anfangs vielleicht etwas mehr investieren, kann dies jedoch auf lange Sicht wettmachen, da keine Neuanschaffungen erforderlich sind. LED-Lampen verbrauchen zudem für die Erzeugung der gleichen Menge an Licht weniger Strom als Glühlampen oder Kompaktleuchtstofflampen. LEDs sind eine relativ neue Technologie mit einer sehr geringen Größe. In Kombination mit einem WLAN-Chip und einem Gleichrichter erhält man eine drahtlose Glühbirne. Glühlampen und Kompaktleuchtstofflampen können aufgrund ihrer Größe nicht in vergleichbarer Weise eingesetzt werden. Bei der Integration in eine Leiterplatte mit dem Ziel, eine drahtlose Verbindung herzustellen, erhielte man eine riesige Glühlampe, die niemand kaufen möchte.

Blattsensoren könnten eine effiziente Bewässerung ermöglichen

Effizienter Wasserverbrauch

Trotz der Vielzahl komischer IdD-Geräte hätte ich nie damit gerechnet, so etwas wie einen Blattsensor zu Gesicht zu bekommen. Das Unternehmen AgriHouse hat in Kooperation mit der NASA einen ebensolchen Sensor hergestellt.

Der Blattsensor von AgriHouse achtet auf den Bewässerungsbedarf einer Pflanze. Dies kann Landwirten viel Geld einsparen. Anstatt im Umkreis des Landwirtschaftsbetriebs nach Pflanzen zu suchen, die bewässert werden müssen, schickt Ihnen dieser Sensor eine Textnachricht. Anstatt sich einem Bewässerungsplan zu unterwerfen, der zu einer zu geringen oder übermäßigen Pflanzenbewässerung führen kann, teilt Ihnen dieser Sensor genau mit, wenn Bewässerungsbedarf besteht. Landwirte tragen 70 % zum weltweiten Wasserverbrauch bei und viel Wasser wird aufgrund ineffizienter Bewässerungssysteme verschwendet. Dieser Blattsensor gibt Landwirten die Möglichkeit für eine exaktere Bewässerung von Pflanzen, anstatt Schätzungen über den Bewässerungsbedarf anzustellen. Dieser Sensor kann Landwirte ebenfalls darüber informieren, ob das Bewässerungssystem ein Leck hat. Wenn die Bewässerung eingeschaltet wird und der Sensor anschließend anzeigt, dass die Pflanzen immer noch bewässert werden müssen, ist klar, dass an irgendeiner Stelle der Leitung ein Riss ist. Dieses System kann Landwirte immens dabei unterstützen, ihren Wasserverbrauch zu verringern und zu großen finanziellen Einsparungen führen.

Ein interessanter Aspekt des Blattsensors ist, dass dieser tatsächlich am Blatt befestigt wird. Die meisten Blätter, die ich gesehen habe, sind sehr dünn. Es ist ziemlich beeindruckend, dass die PCB-Designer es geschafft haben, einen Sensor herzustellen, der so klein und leicht ist, dass dieser auf ein Blatt passt. Es versteht sich von selbst, dass diese kleine, leichte Technologie erst seit Kurzem erhältlich ist.

Innovationen durch Software

Das Internet der Dinge wird Entwickler mit Sicherheit zu immer noch innovativeren PCB-Designs anspornen. Diese IdD-Geräte und -Designs werden uns bei einer effizienteren Lebensführung unterstützten und uns hoffentlich große Einsparungen ermöglichen. Zur Gestaltung einer innovativen Zukunft brauchen Sie innovative Tools. Sie brauchen eine hochmoderne PCB-Design-Software, welche die Designs von morgen ermöglicht. CircuitStudio ist genau diese Design-Software. CircuitStudio bietet zahlreiche hochmoderne Funktionen, die Sie dabei unterstützen können, IdD-Geräte der nächsten Generation zu entwickeln

Haben Sie noch Fragen zum PCB-Design für das Internet der Dinge? Rufen Sie einen Experten bei Altium an.