BlueNodes

BlueNodes ist ein Riegel-Systems-Engineering-Case im Bereich Embedded & Connected Systems. Der Case belegt die komplette Kette von Elektronik und Embedded-Firmware über ein verteiltes Bluetooth-Low-Energy-Netzwerk bis zur mobilen Anwendung – und damit die linke Seite des Riegel-Systems-Engineering-Stacks:

From PCB and embedded firmware to wireless networking and mobile software.

Electronics

Für BlueNodes wurde ein eigenes 4-Layer-PCB entwickelt (37,5 × 27 mm) mit beidseitiger SMD-Bestückung und Bauteilen bis 0402. Das Board umfasst:

• Netzspannungsversorgung
• Strommessung
• MOSFET-Leistungsstufe
• RF-Frontend
• Antenne und Impedanzanpassung
• Debug- und Programming-Interface

Die Abbildungen oben zeigen das PCB-Layout (Ober- und Unterseite) und die bestückte Platine aus dem Projekt.

Embedded

Als SoC kommt ein Nordic nRF52832 zum Einsatz – ARM Cortex-M4, 32 Bit, 64 MHz, mit integriertem 2,4-GHz-Transceiver für Bluetooth Low Energy (BLE 5).

Die Firmware umfasst unter anderem:

• BLE Protocol Stack
• Verteiltes Rebroadcasting-Netzwerk (Mesh)
• Automatische Integration neuer Nodes
• Eindeutige Node-Adressierung
• Konfigurierbare Netzwerk-Trennung
• Sensor-Erfassung und A/D-Verarbeitung
• Schalt- und Dimmersteuerung
• OTA-Firmware-Update

Networking

Die Nodes bilden ein verteiltes Bluetooth-Low-Energy-Netz. Die mobile App verbindet sich mit dem nächstgelegenen Node; von dort werden Nachrichten über das Rebroadcasting-Verfahren an die übrigen Nodes des Netzes weitergeleitet.

Mobile App
    │   BLE
    ▼
Nearest Node
    │
    ├── Node
    │    └── Node
    │
    └── Node
         └── Node

Die Firmware basiert auf Nordic nRF OpenMesh und nutzt den IETF-RFC-6206-Trickle-Algorithmus für die effiziente Nachrichtenverteilung. Es handelt sich um einen eigenen Rebroadcasting-Ansatz – ausdrücklich nicht um den später standardisierten Bluetooth-Mesh-Standard.

Power & Sensor Engineering

Als Beispiele für die Hardware-Tiefe des Projekts:

• Strommessung: Infineon TLI4970-D025T5 (coreless magnetic current sensor) für AC-/DC-Strommessung mit schneller Overcurrent-Detection
• Lastschaltung: Infineon 600-V-CoolMOS-Leistungstransistoren mit Trailing-edge-Phase-Cut-Ansteuerung
• Versorgung: Nicht galvanisch getrennte Buck-Converter-Architektur mit 1,8-V- und 5-V-Versorgung

Diese Komponenten zeigen Engineering-Kompetenz auf Hardware-Ebene. Es handelt sich hier ausdrücklich nicht um eine Anleitung zum Aufbau oder zum Umgang mit Netzspannung.

Mobile Application

Die zugehörige Android-Anwendung wurde in Java entwickelt und übernimmt das Gerätemanagement des Netzes:

• Automatische Verbindung mit dem nächstgelegenen BlueNode
• Erreichbarkeit weiterer Nodes über das Netz
• Verwaltung von Nodes und Verbrauchern
• Strukturierung der Installation nach Gebäude, Stockwerk und Raum
• Lokale Speicherung der Strukturdaten in SQLite
• Darstellung von Energieverbrauchsstatistiken
• Integration neuer Nodes

OTA

Firmware-Updates können per OTA-DFU direkt vom Android-Gerät an die Nodes übertragen werden. Connected-Device-Engineering endet damit nicht beim ersten Firmware-Flash: Device Lifecycle und Wartbarkeit sind von Anfang an Teil des Designs.

Kernaussage

BlueNodes verbindet Hardware und Software zu einem vollständigen digitalen Produkt. Der Case zeigt, dass Riegel Systems nicht erst bei der Cloud oder der App beginnt, sondern vom eigenen PCB über Embedded-Firmware und BLE-Netzwerk bis zur mobilen Anwendung liefern kann.

Abbildungen: BlueNodes-Projekt (codezork/BlueNodes, Apache-2.0).