Nexus Industrial Memory

12.05.2022

Den Elementen trotzten

GB Electronics UK Ltd (GBE) entscheidet sich für Datakey® RUGGEDrive™ UFX-Datenspeicher und UR4410IM-Anschlussbuchsen mit IP67-Rating für die Datenprotokollierung zum Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen.

Die Überwachung von Umweltbedingungen spielt im modernen Leben eine wesentliche Rolle. Für Meteorologen ist die Erfassung von Windgeschwindigkeit, Niederschlag und Temperatur an verschiedenen geographischen Standorten von entscheidender Bedeutung. Die Daten werden jedoch häufig an abgelegenen Standorten erfasst und die Überwachungssysteme den Elementen ausgesetzt. Nexus Industrial Memory erklärt, welche Datenspeicher zum Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen geeignet sind.

Ein Unternehmen an der Spitze der Umweltüberwachungsausrüstung ist Van Walt Limited mit Sitz in Surrey, Großbritannien. Es liefert eine Vielzahl von Technologien für den Einsatz in der Umwelt- und Grundwasserüberwachung, und eines seiner führenden Produkte ist der vanwaltDataHub, ein solarbetriebener Datenlogger und Hub für eine Vielzahl von Sensortypen.

Vincent van Walt, Direktor von Van Walt Limited, sagte: "Wir haben den vanwaltDataHub entwickelt, um auf die wachsenden Bedürfnisse unserer Kunden nach einem Datenerfassungssystem zu reagieren, das sensorunabhängig ist und je nach Standort und Verfügbarkeit eines GSM-Signals über verschiedene Plattformen kommunizieren kann. Wir wollten ein flexibles, zugängliches und vor allem zuverlässiges System."

Das Gerät sitzt in einem robusten Gehäuse nach IP-Schutzart und organisiert gesammelte Daten für die Verteilung oder gemeinsame Nutzung über Hochfrequenz-, GPRS- oder Satellitenportale. Nach Abschluss eines kürzlich durchgeführten Aktualisierungsprogramms kann dataHub auch Daten auf ein Wechselspeichergerät kopieren.

Dies ist eine wichtige neue Funktion, da manchmal eine drahtlose Datenübertragung unmöglich ist. Außerdem erfordert die drahtlose Konnektivität zusätzliche Leistung, die auf einem batterie- und solarbetriebenen System intelligent geregelt werden muss.

Zur Umsetzung dieses Upgrade wandte sich Van Walt an das Elektronikdesign-Unternehmen GBE. Das Unternehmen ist bekannt für seine Kompetenz im Design von eingebetteten Systemen, Elektronikfertigungsdienstleistungen und Projektmanagement in vielen Branchen wie Automobil-, Medizin- und Industrieelektronik.

Mark Bullen, Managing Director von GBE, kommentierte: "DataHubs werden oft in sehr abgelegenen Umgebungen eingesetzt, daher hat die Zuverlässigkeit der Geräte eine hohe Priorität. Insbesondere war wichtig, dass die Einführung der Funktion für Wechselspeichergeräte diese Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigen würde."

Es wurde frühzeitig beschlossen, dass auf die Daten auch von außen zugegriffen werden sollte, ohne das Gerät dafür öffnen zu müssen, und somit auch eine gut zugängliche Schnittstelle an der Gehäusewand des neuen DataHub erforderlich werden würde.

Die Verwendung eines Standard-USB-Anschlusses, um ein handelsübliches USB-Laufwerk anschließen zu können, war ausgeschlossen. In der Regel sind weder die Laufwerke noch Anschlussbuchsen in robuster, industrietauglicher Ausführung erhältlich und bieten auch nicht die ausreichende Sicherheit, weil der USB-Formfaktor zu weit verbreitet ist. Jedoch aus Sicht der Systementwickler eignete sich das USB-Protokoll und wurde als sicher genug erachtet.

Zuverlässige Verbindungen

GBE wandte sich für seine Datakey-Produktpalette an Nexus Industrial Memory, den von ATEK benannten Distributor in Großbritannien, Irland, Deutschland, der Schweiz, Österreich und Skandinavien.

Matthew Wilson, Technischer Direktor von GBE, erinnerte sich: "Ich habe Nexus auf einer Messe getroffen und zum ersten Mal die industrietauglichen Datakey-Speicher und Anschlusssysteme gesehen. Sowohl die Produkte als auch das Unternehmen blieben mir im Gedächtnis, so dass ich bei der Planung der Funktionen für den neuen vanwaltDataHub gleich wusste, dass die extrem robusten Datenträger im herstellerspezifischen Formfaktor und die maßgeschneiderten wetter- und manipulationssicheren Anschlussbuchsen zur Umsetzung des Projekts benötigt werden."

Basierend auf den Anforderungen von GBE empfahl Nexus den Datakey RUGGEDrive™ UFX-Token und die UR4410IM-Buchse mit IP67-Rating. Das Token bzw. der Datenträger bietet USB (NAND) Flash-Laufwerk Funktionalität über eine USB 2.0 Hi-Speed-Schnittstelle und ist von einer soliden mit Kunststoff umspritzen Konstruktion, so dass er bruchsicher und flüssigkeitsabweisend ist. 

Die UR4410IM-Buchse, verfügt es über einen Standard 5-Pin-Motherboard-Header-Anschluss und einen Dichtungsring, um optimalen Schutz vor dem Eindringen von Wasser zu bieten. Die 2-teilige Konstruktion der Anschlussbuchse, bestehend aus einem praxiserprobten Rahmen-/Kontaktsystem auf der Innenseite und einer robusten Außenhülle, bietet Schutz vor widrigen Umwelteinflüssen. Wie bei allen Datakey-Buchsen verfügt die UR4410IM über korrosionsbeständige, goldbeschichtete Punktkontakte und einen Detent-Mechanismus, der beim Einstecken des Speicher-Token eine taktile Bestätigung bietet.

Hinweis: Obwohl bei diesem Projekt eine hohe Anzahl der Wiedereinsteckzyklen für GBE keine Priorität hatte, sind die RUGGEDrive™ UFX und UR4410IM für mindestens 10.000 Einsteckzyklen ausgelegt. Der Vergleich mit handelsüblichen USB-Geräten, die für 1.500 Einsteckzyklen ausgelegt sind, lässt entsprechende Rückschlüsse auf die Robustheit der Datakey-Produkte zu.

Der UR4410IM ist an der Seite des DataHub-Gehäuses montiert und, obwohl sie nach Schutzart IP67 zertifiziert ist, befindet sich die Öffnung der Buchse unter einer Gummi-Platte, die zusätzlichen Schutz bietet. 

Innovative Lösung

Die Häufigkeit, mit der Daten aus den Einheiten vom Datakey-Gerät abgerufen werden können, hängt von der Bereitstellung, Umgebung, dem Sensor und den Datentypen ab.

Wilson erklärte weiter, dass der neue vanwaltDataHub so konzipiert wurde, dass das Einstecken eines Datakey-Tokens das System aus dem Ruhemodus weckt. "Wir haben diesen Teil unseres Designs auf die USB-Spezifikationsanforderung gestützt, dass ein Gerät seine Anwesenheit und Geschwindigkeit mit einem Pull-up-Widerstand auf der USB-D+-Datenleitung anzeigen muss. Wir verwenden einen Low-Power-Mikrocontroller, der auf das Einstecken wartet, und weil dies seine einzige Funktion ist, mussten wir keinen vollständigen USB-Stack implementieren."

 Wenn der Mikrocontroller den USB Datakey Pull-up erkennt, startet er das Computermodul und gibt die Steuerung der USB-D+-Leitung an das Computermodul (das den vollen USB-Stack hat) ab.

Nach dem Booten identifiziert das Computermodul den RUGGEDrive™, genau wie ein PC, der erkennt, dass ein neues Gerät an den USB-Port anschlossen wurde. Sobald das Gerät authentifiziert ist – d.h. die erwarteten Hersteller- und Produkt-IDs vorhanden sind – überträgt das Computermodul automatisch Daten. Wilson: "Die Daten liegen als gezippte CSV-Dateien vor, d.h. sie werden in kurzer Zeit übertragen und wir benötigen nur auch nur maximal 4 Gigabyte Speicherkapazität, was dem kleinsten Datenträger der UFX-Serie entspricht."

Wilson erklärte weiter, dass auch Konfigurationsdateien automatisch übertragen werden können. "Damit haben wir eine zuverlässige Methode, einen Datahub im Feld ohne zusätzliche Ausrüstung neu zu konfigurieren. Konfigurationsdaten können ein Alarmlimit für einen Kanal enthalten, oder Sie möchten, dass eine Aktion ausgeführt wird. DataHubs können beispielsweise auch in Gewächshäusern verwendet werden. Wenn es dort zu heiß wird, können sie dann die Elektronik zum Öffnen von Fenstern steuern."

Ist die Datenübertragung abgeschlossen, signalisiert das Computermodul dem Mikrocontroller und der DataHub meldet dem Benutzer durch ein Tonsignal, dass das Token bzw. der Datenträger entfernt werden kann. Das System wechselt dann wieder in seinen Low-Power-Datenprotokollierungsmodus.

Fazit

Die erste vanwaltDataHub mit der Option, Daten von und zu einem RUGGEDrive-Token zu übertragen, wurde im Jahr 2017 zur Verfügung gestellt. Seitdem sind viele weitere gefolgt, und zum jetzigen Zeitpunkt werden weltweit mehrere hundert für Umweltüberwachungsanwendungen eingesetzt.

Die Ingenieure von GBE haben bei der Entwicklung des neuen DataHub eine robuste, zuverlässige und vielseitige Plattform geschaffen, die jederzeit das Hinzufügen neuer Funktionen (weitgehend durch die Implementierung von Software-Upgrades) erlaubt. Die Systemupdates können die Einstellung von Alarmen und/oder Aktionen auf der Grundlage des Datenempfangs auf mehreren Kanälen umfassen; einzeln oder kollektiv.

Bullen sagte: "Nexus lieferte bei diesem Projekt mehr als nur die Hardware. Sie haben reichlich Erfahrung mit dem USB-Protokoll und haben uns bei der Implementierung des Host-to-Drive-Kommunikation tatkräftig geholfen. Obwohl USB ein Standard ist, kann es manchmal kompliziert werden. In dieser Hinsicht hat Nexus viel zum Erfolg des gesamten Projekts beigetragen. Jeder kann Hardwarekomponenten liefern, aber es ist die Expertise, die Nexus um diese Produkte herum bereitstellt, welche der Beziehung einen echten Mehrwert verleiht."

Zuletzt haben GBE und Van Walt an der Produktion des Van Walt USB-Data-Compilers mitgewirkt. Dies ist eine maßgeschneiderte Software, die die heruntergeladenen Daten aus dem Speicher-Token und die Verkettung der Zeichenfolgen sinnvoll verarbeitet, so dass die Datenpräsentation für Kunden flüssiger und leichter lesbar wird.