Einblicke

IoT-Feinstaub-Test: Was kosten Sensor und Funk-Modul?

Was kosten Bauteile für ein Mess­gerät wie bei unserem IoT-Test mit o2 - und welcher Netz­technik gehört die Zukunft? Im Rahmen unse­rers Test erfahren wir auch inter­essante Details zum Ener­gie­ver­brauch der Kompo­nenten.

Preise von Feinstaub-Sensor und GSM-Modul Preise von Feinstaub-Sensor und GSM-Modul
Bild: teltarif.de, Alexander Kuch
Welche Anwen­dungs­mög­lich­keiten gibt es im Internet of Things, bei dem nicht nur Menschen, sondern auch Maschinen, Sensoren und viele andere Dinge mitein­ander kommu­nizieren? Einen prak­tischen Einblick geben soll unser IoT-Test mit o2 und Fein­staub-Sensoren. Bereits separat vorge­stellt haben wir die o2 Kite Platt­form für die Verwal­tung des IoT-Tarifs sowie die TerraTransfer-Platt­form, auf der die eigent­lichen Fein­staub-Mess­werte ankommen.

Unser Test gibt natür­lich nur einen kleinen Einblick in das, was tech­nisch möglich ist. Die betei­ligten Unter­nehmen betonen gegen­über teltarif.de stets, dass die Technik noch viel mehr hergibt. Ein Mitar­beiter der Firma TerraTransfer in Bochum hat uns nun weitere Einblicke gegeben. Preise von Feinstaub-Sensor und GSM-Modul Preise von Feinstaub-Sensor und GSM-Modul
Bild: teltarif.de, Alexander Kuch

Was kosten die Kompo­nenten?

Was uns zum Beispiel im Rahmen des Tests inter­essiert, ist die Frage: Wo bekommt man eigent­lich all die Kompo­nenten für so ein Fein­staub-Mess­gerät her? Nur bei Spezi­alfirmen, oder werden diese auch "als Massen­ware" herge­stellt und dann über den übli­chen Elek­tronik­handel zu einem akzep­tablen Preis abver­kauft?

In unserem Demo­gerät sitzt nach Aussage des GeoPrecision-Mitar­bei­ters noch etwas "ältere Technik": Der Sensor ist ein Sensi­rion SPS30 (Schweizer Hersteller) und das Modem ein GE866 (2G IoT-Modem von Telit). Das Modem kostet unge­fähr 19 Euro, der Fein­staub-Sensor rund 25 Euro - beides also keine wirk­lich teure Inves­tition.

Vom SPS30 würde es inzwi­schen ein paar inter­essante Nach­folger geben, die gleich­zeitig zum Beispiel auch Luft­feuchte, CO2, NOx und mehr mit messen können.

Die Zukunft: LTE-M - GSM teils noch wichtig

Bei unserer Fach­sim­pelei über diverse Netz­stan­dards im IoT-Bereich wiesen wir darauf hin, dass die GSM-Netze ja wahr­schein­lich nicht für ewig bestehen werden und ein Mess­gerät wie unseres dann in einigen Jahren "veraltet" sein könnte. Laut dem Mitar­beiter ist es rein tech­nolo­gisch egal, ob Daten per 4G/LTE-M oder 2G/GSM-Service mit GPRS/EDGE über­tragen werden. Hier sei die Tech­nologie fast iden­tisch.

Denn sowohl LTE-M als auch GPRS/EDGE erlauben TCP-Verbin­dungen, wobei das lang­same GPRS (56 kBit/s) inzwi­schen fast zu einhun­dert Prozent duch EDGE ersetzte worden ist, was in der Regel Daten­raten von maximal 350 kBit/s erlaubt, ähnlich wie LTE-M. Die Technik LTE-NB1 hingegen erlaube nur lang­same Data­gramme (ähnlich SMS) und mache das Ganze für "einfach zu betreu­ende Geräte" eher unge­eignet.

Auf den neuen Geräten würden nun kombi­nierte LTE-M/LTE-NB1/2G-Quad­band-Module einge­setzt: SARA-R412 (u-Blox, Schweiz) für rund 35 Euro und BG600L (Quectel) für rund 25 Euro.

Der Trick dabei sei es, dass immer noch sehr große Flächen in Europa stär­keres 2G hätten als 4G: Bei 4G werde zwar nur ca. die Hälfte der Energie für eine Über­tra­gung benö­tigt, aber wenn kein 4G vorhanden ist, verwenden die Geräte 2G als "Fall­back". Die Geräte/Server proto­kol­lieren das natür­lich und über­wachen auch ständig den Ener­gie­zustand. Faktisch könne man aber sagen, dass eine Über­tra­gung per LTE-M bei den Mess­geräten nur ca. 0,33 mAh verbraucht (also nur die Über­tra­gung, nicht die Messung). "Schla­fend" verbraucht das Gerät quasi nichts, das reine Blue­tooth LE liegt bei weniger als 20 uA. Wir haben hier einmal das Bild einer LTE-M Über­tra­gung einge­bunden, das uns das Unter­nehmen freund­licher­weise über­lassen hat. Mitschnitt einer LTE-M-Übertragung. Versorgung mit 4.75 V, Modem: SARA-R412, Logger: TerraTransfer AQUATOS LTX Mitschnitt einer LTE-M-Übertragung. Versorgung mit 4.75 V, Modem: SARA-R412, Logger: TerraTransfer AQUATOS LTX
Bild: TerraTransfer

Inter­essante Berech­nungen zum Ener­gie­ver­brauch

Außer dem Netz­stan­dard spielt bei IoT das Thema Ener­gie­ver­brauch eine zentrale Rolle: Denn Geräte und Sensoren sollen am besten über Jahre funk­tio­nieren, ohne dass ein direktes Eingreifen des Menschen notwendig ist. Teils ist das auch gar nicht möglich, beispiels­weise wenn Sensoren sich irgendwo in den Polar­regionen befinden oder an einem Container auf einem Fracht­schiff mona­telang übers Meer schip­pern. Da kann niemand - wie beim Rauch­melder im Wohn­zimmer zu Hause - einfach mal die Batterie wech­seln.

Span­nend wird es laut dem GeoPrecision-Mitar­beiter dann, wenn man den Verbrauch auf die Zeit hoch­rechnet. Unsere Annahme ist: Der Sensor benö­tigt pro Messung nur sehr wenig, was in der Regel der Fall ist. Unser SPS30 sei da übri­gens nicht reprä­sen­tativ, denn der vebraucht tatsäch­lich pro Messung ca. 0,2 mAh, weil er einen internen Lüfter laufen lässt. Aber zum Beispiel ein Druck-/Feuch­tesensor benö­tige wirk­lich fast nichts. Ein Jahr Blue­tooth LE verbraucht ca. 180 mAh, ein Jahr lang täglich vier LTE-M-Über­tra­gungen verbrau­chen ca. 500 mAh. Nur im Alarm­fall würde öfters etwas über­tragen werden.

Also mit ca. 700 mAh könne man ein Jahr lang Daten ins Internet über­tragen und lokal (per Handy/Note­book) sei das Gerät konti­nuier­lich per Blue­tooth LE erreichbar. Die App dafür habe TerraTransfer bereits im Einsatz.

Wenn nun eine gute Alkali-1.5V-Mignon-Batterie 2500 mA hat und man für die Span­nung vier Stück davon braucht, würde das Gerät selbst mit vier einfa­chen Mignon-Batte­rien locker drei Jahre laufen. Und wenn man das tägliche Über­tra­gungs­inter­vall herun­ter­setzt, seien auch 10 Jahre Betrieb damit kein Problem mehr. Und das passt dann auch zu den 10-Jahres-Prepaid-Tarifen der neuen IoT-Karten von o2. "Also erst­mals die Chance auf echte Baumarkt-Regal-Produkte", fasst der GeoPrecision-Mitar­beiter seine Ausfüh­rungen uns gegen­über zusammen.

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