Mikrosystemtechnisch hergestelltes Sensorsystem zur Klimadatenerfassung (A-Haus). Teilvorhaben: Sensorik und Kalibrierung Abschlussbericht

Abstract

Advances in the miniaturization of devices lead to smaller and cheaper sensors for different applications. Embedded systems also offer the possibility to communicate over standardized interfaces within an electronic network. In this paper we describe, how these technologies can be applied to an intelligent Weather Station not larger than a cup. This Weather Station is e.g. needed for an optimized energy saving management of large buildings in regard of heating and air conditioning. Using modern building management systems, heating of private and office buildings can be optimized for lower energy consumption. These days heating systems are controlled by the input of the outdoor temperature of air measured at the north side of the building. However, the thermal loss of a building is determined by more parameters. Our weather system consists of a solar radiometer, a rain detector (only qualitative), a hygrometer, a thermometer and a wind gauge. All meteorological data are monitored automatically and made available to the building management system over a digital interface like EIB. (orig.)Im Zentrum der betrachteten Loesungsansaetze standen kostenguenstige Loesungen und es musste eine geraetetechnische Ausfuehrung einbezogen werden. Es galt die am Markt vorhandenen dezentralen Wetterstationen der Gebaeudeautomatisierung durch eine kompakte zu ersetzen. Um diese geometrisch moeglichst klein und kompakt gestalten zu koennen, kamen Techniken der Mikrosystemtechnik zum Einsatz. Gegenstand der sensorischen Entwicklung war der Feuchtesensor und der kombinierte Windgeschwindigkeits- und Windrichtungssensor. Beim Feuchtesensor kam eine IDK-Struktur mit feuchteempfindlichem Polyimid zur Anwendung, bei der Windgeschwindigkeitsmessung fand ein 'thermischer Oszillator' seine Verwendung, der ein der Windgeschwindigkeit proportionales digitales Ausgangssignal liefert und bei der Windrichtungsmessung eine vektorielle Analogschaltung. Die Strahlungsleistungsdichtemessung erfolgt bei der realisierten Loesung mit zwei Fotodioden, die eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit haben. Der Niederschlagssensor ist ein rein digitaler Sensor, mit dem nur das Vorhandensein von Niederschlag erkannt werden kann. Die erforderliche Schaltungsanordnung zur Auswertung des Sensorsignals basiert auf einem Laufzeitvergleich zwischen dem kapazitiven Niederschlagssensor und einem Referenzzweig. Kern des Sensorsystems zur Klimadatenerfassung ist ein Mikrocontroller ADuC 812, in dem die Messwertverarbeitung und die Speicherung der Kalibrierfunktionen erfolgt. Mit Potenzreihen 3. Ordnung wird der nichtlinearen Charakter des Feuchtefuehlers, des Windsensors und der Temperaturmessschaltung hinreichend beschrieben. An die jeweiligen Eingaenge dieses Mikrocontrollers sind die einzelnen Sensoren mit dem zugehoerigen Interface angeschlossen. Dieses fuer die einzelnen klimarelevanten Messgroessen benoetigte Sensorinterface ist aus Gruenden der Kostenminimierung und eines geringen Eigenenergieverbrauchs sehr einfach ausgefuehrt worden. Ueber eine angeschlossene Schnittstelle werden die klimarelevanten Messwerte einheitengerecht gemaess SI ausgegeben. (orig.)Available from TIB Hannover: F02B1922 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman