"embedded world", Nürnberg – Elektronischer grüner Daumen

Sollen Pflanzen üppig wachsen, ist ein grüner Daumen gefragt – das gilt auch für ihre Bewässerung in trockenen Gebieten. Wässert man zu viel, versalzt der Boden, bekommen die Pflanzen zu wenig Feuchtigkeit, lassen sie ihre Blätter hängen und verdorren schlimmstenfalls.

Künftig könnten Sensoren im Boden, eine Zentraleinheit und eine zugehörige App den grünen Daumen ergänzen: Dann genügt ein Blick auf das Smart Phone, und der Landwirt weiß, wie es um die Feuchtigkeit im Boden bestellt ist. Welche Pflanzen brauchen Wasser, welche nicht? Werden die Pflanzen zu trocken, erhält der Landwirt eine SMS mit einer Warnung, ebenso wenn zu viel Wasser auf die Felder strömt.

Die Bewässerung ist eine der denkbaren Anwendungen für die neue Technologie, die Forscher am Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI in Berlin entwickelt haben. »Die Basis ist eine Zentraleinheit, die alle Arten von Sensoren sicher und zuverlässig miteinander verbindet«, sagt Jens Krüger, Wissenschaftler am HHI. Diese Einheit erfasst die Daten aller Sensoren und leitet sie an einen Internetbrowser oder an eine App auf einem Android-Smartphone weiter, wo der Nutzer sie abrufen und Grenzwerte eingeben kann – im Falle des Bewässerungssystems etwa Feuchtigkeitswerte.
Werden diese unter- oder überschritten, erhält er eine SMS auf sein Handy. »Dabei nutzen wir vorhandene Technik und gestalten diese so, dass sie für den Anwender zugänglich wird«, sagt Krüger. Das heißt: Die Sensoren, die die Forscher über Sensorknoten mit dieser Zentraleinheit verbinden, sind handelsüblich – neu ist die Plattform, über die sie miteinander kommunizieren und die Sprache beziehungsweise das Protokoll, das sie dafür nutzen.

Das Besondere: Die Sensoren müssen nicht aufwendig installiert werden, sondern melden sich automatisch bei der Zentraleinheit an. Man braucht nur die gewünschten Sensoren einstecken, und los geht’s. »Das System, das wir entwickelt haben, lernt die Sensoren automatisch kennen. Um das zu erreichen, haben wir ein eigenes Protokoll entwickelt, mit dem Sensoren und Basiseinheit kommunizieren«, sagt Krüger. Ein weiterer Pluspunkt: Die Zentraleinheit arbeitet zwar ähnlich wie ein Computer, verfügt aber über ein eingebettetes System mit Mikrokontrollern und einem Betriebssystem und ist somit wesentlich energiesparender: Sie verbraucht lediglich zwei Watt. Ein PC würde dagegen etwa 150 Watt benötigen.

Der Demonstrator der Zentraleinheit und einiger Sensorknoten existiert bereits. Noch sind die Sensoren über Kabel angeschlossen, künftig sollen sie ihre Daten jedoch drahtlos an das Gerät funken. Befinden sich einige der Sensoren nicht mehr in Funkreichweite, senden sie die Messergebnisse zunächst an andere Sensoren, die näher an der Zentraleinheit sind und die Daten weiterfunken. Am Demonstrator haben die Forscher beispielhaft Sensoren angeschlossen, die die Feuchtigkeit, Temperatur und Leckage messen. Das System funktioniert jedoch für jegliche Art von Sensoren, etwa Geräuschsensoren.

So ist beispielsweise auch denkbar, kritische Infrastrukturen wie Wasserleitungen, Hauptversorgungsleitungen des Stromnetzes oder Bahntrassen zu schützen und Kupferdieben das Handwerk zu legen. In diesen Fällen detektieren die Sensoren zum Beispiel Grabungsgeräusche. Nimmt ein Sensor ein entsprechendes Geräusch wahr, vernetzt er sich per Funk mit den anderen Sensoren und gleicht die Ergebnisse ab. Mit Hilfe der Daten, die die benachbarten Sensoren ermitteln, berechnet das System die genaue Stelle, an der gegraben wird. Liegt dort ein Stromkabel oder eine Wasserleitung, schlägt das System Alarm.