Wie funktioniert der sun-a-wear-Sensor
Der sun-a-wear-Sensor ist ein solarbetriebenes Gerät, das UV-Strahlung misst und diese Messungen drahtlos an die Smartphone-App sendet. Die Energie der Solarzelle speichert er in einem sehr kleinen Superkondensator. Wir nennen diesen ab jetzt der Einfachheit halber Energiespeicher. Dieser Energiespeicher kann nur ca. ein Millionstel deiner Smartphonebatterie speichern. Das heisst, damit der sun-a-wear Sensor funktioniert, hat er nur extrem wenig Energie zur Verfügung und muss daher sparsam damit umgehen.
Doch wie genau tut er das? Wie funktioniert der sun-a-wear-Sensor? Was passiert genau wenn du den Sensor an die Sonne nimmst?
Die Ausgeschaltet-Phase
Wenn du den Sensor gerade neu erhalten oder eine Weile nicht mehr benutzt hast, ist sein Energiespeicher leer. Er ist ausgeschaltet. Wenn nun in dieser Phase Sonnenlicht auf die Solarzelle fällt, schaltet sich ein kleiner Chip auf dem Sensor ein: der Energy Harvester (dt.: Energieernter). Während alle anderen Komponenten noch ausgeschaltet sind, sorgt der Energy Harvester dafür, dass die Solarzelle den Energiespeicher auflädt. Dabei passt er sich laufend an die Lichtsituation an, um die Energie, die die Solarzelle liefert, ideal zu nutzen. Das Aufladen des Energiespeichers kann von wenigen Sekunden (bei direktem Sonnenlicht) bis zu einigen Minuten (im Schatten) dauern. Wenn der Energiespeicher etwa zu 2/3 voll ist, schaltet er die restlichen Komponenten des Sensors ein. Wichtig ist der Mikroprozessor, der ab diesem Zeitpunkt das Kommando übernimmt. Der sun-a-wear-Sensor wechselt in die Mess-Phase.
Wie funktioniert der sun-a-wear-Sensor in der Mess-Phase?
Wenn der sun-a-wear-Sensor frisch aus der Ausgeschaltet-Phase kommt, muss der Mikroprozessor zuerst einmal das System starten. Das heisst, er richtet das System ein und prüft, ob alle Komponenten da sind und funktionieren. Obwohl dieser Startprozess nur ca. 6 Millisekunden dauert, braucht er so viel Energie, dass sich der Sensor gleich danach wieder schlafen legt. Mit “schlafen” meinen wir, dass der Mikroprozessor in einen Modus geht, in dem er nur sehr wenig Energie verbraucht. Das System muss sich aber nicht wieder neu einrichten, wenn er aufwacht. Es kann da weitermachen, es vor dem Schlafen aufgehört hat. Wusstest du, dass sich Prozessoren einen Wecker stellen, um im richtigen Moment wieder aufzuwachen?
Wenn der Sensor nun also aufwacht, misst er zuerst einmal, wie voll der Energiespeicher ist. Wenn der Speicher ausreichend gefüllt ist, macht er eine Messung und sendet diese per Bluetooth Low Energy an dein Smartphone. Anschließend stellt er sich einen Wecker auf 5 Sekunden und legt sich wieder schlafen. Eine kurze Ruhepause.
Du siehst also, dass die Messhäufigkeit davon abhängt, wie schnell der Sensor seinen Energiespeicher füllen kann. Bei direkter Sonne misst er locker alle 5 Sekunden. Am Abend kann es schon mal länger dauern.
Wenn du den Sensor mit nach drinnen nimmst oder es dunkel wird, kriegt die Solarzelle nicht mehr genügend Licht, um den Speicher aufzuladen. Dann misst und sendet der Sensor noch zwei bis drei Minuten weiter und braucht dabei einen Grossteil der gespeicherten Energie auf. Bevor der Speicher aber ganz leer ist, geht er über in die Winterschlaf-Phase.
Die Winterschlaf-Phase
In der Winterschlaf-Phase tut der Sensor nichts anderes als zu schlafen. Gut, ab und zu wacht er auf, um zu schauen, ob sich der Energiespeicher wieder gefüllt hat. So kann er zum Beispiel längere Phasen überstehen, in denen du drinnen bist und muss das System nicht immerzu wieder komplett neu starten.
Wenn es aber zu lange dauert und er keine neue Energie mehr kriegt, geht er irgendwann wieder in die Ausgeschaltet-Phase über und das Spiel beginnt von vorn.
Wie du siehst, passiert hinter den Kulissen mehr als man denkt.
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