Ultra-Low-Power IoT-Wasserzähler: Spritzgussgehäuse, Exo-Module und BLE-Provisioning in der App.
Ausgangslage
Ein OEM intelligenter Messtechnik brauchte einen Wasserzähler der nächsten Generation: Klasse C, Schutz vor Magnetmanipulation, Fernauslesung für Wohngebäude und professionelle Anlagen (Hausverwaltung, Versorger).
Klassische All-in-one-Geräte zwingen bei neuem Funkstandard oder neuer Energieversorgung zum Plombenbruch am Messkörper — teurer Service und erneute Zulassung. Ziel war eine modulare ULP-Plattform plus Serienfähigkeit von Gehäuse und Konnektivität.
Solvetronix begleitete den kompletten Pfad: Spritzgussgehäuse mit Partnern in China organisieren, Basisplatine und Exo-Module (Wi‑Fi, NB‑IoT, LoRa, RS-232) entwickeln, BLE-Firmware auf dem Funk-Chip, Empfang von Advertising-Paketen in der mobilen App.
Vorgehen
ULP-Architektur und Metrologie
- Klasse C, Impuls- und Display-Anforderungen, Langzeit-Batterieziel ≥ 12 Jahre
- MCU-Linie STM32L4: RTC 32,768 kHz, Stop2-Sleep-Profile, minimale Active-Zeit
- Antimagnetische Erkennung und Manipulationsflags in der Firmware
Gehäuse: Spritzguss (China)
- Koordination mit Spritzguss-Partnern in China für Seriengehäuse
- Injection-Mould-Werkzeug, Material und Toleranzen für Mess- und Exo-Anschluss
- Abstimmung Gehäuse ↔ Elektronik (Basisplatine, Exo-Slot, Dichtung, Montage)
Modulare Hardware (Basis + MultiCom)
- Basisplatine: Messkörper-Anbindung, SPI-Flash, LCD mit Hintergrundbeleuchtung
- B2B-Stecker für Exo-Modul — Funk und Energie getrennt vom verplombten Kern
- MultiCom-Bus: einstecken, erkennen, in Betrieb nehmen
Dual-Power ohne Messlücke
- Eingebaute Batterie plus austauschbares Exo-Energiemodul
- Nahtloses Umschalten der Versorgung während des Betriebs
- Architektur für spätere Schutzrechte — ohne Öffnen des Messkörpers
ULP-Firmware (Messkern)
- Archivierung, Ereignisse (Magnet, Leckverdacht, Low-Bat, Gehäuse)
- OTA und Diagnose nur über Exo-Modul — Kern-Firmware geschützt
- Display: Verbrauch, Batterie, Signalqualität auf einem Screen
Exo-Module: Wi‑Fi, NB‑IoT, LoRa, RS-232
- Eigene Exo-Platinen je Konnektivität — einheitliche MultiCom-Schnittstelle zum ULP-Kern
- Wi‑Fi und NB‑IoT für IP-/Mobilfunk-Telemetrie; LoRa für LPWAN; RS-232 für Gebäude- und SCADA-Anbindung
- Firmware-Bring-up, Protokollbrücke zum Messkern, CoAP/MQTT zur Cloud-Plattform
BLE-Chip-Firmware und mobile App
- Firmware für den BLE-Chip auf dem Exo-Modul (Advertising, GATT-Services nach Produktschema)
- Mobile App: Empfang und Auswertung von BLE-Advertising-Paketen für Erkennung und Ersteinrichtung
- Provisioning-Pfad neben Wi‑Fi-SoftAP — Gerät im Feld ohne Display-Interaktion findbar
Cloud und Zertifizierung
- Integration Hausverwaltung / Versorger, Real-time Events (MQTT)
- EMC-Vorprüfungen und Dokumentation für Prüflabor-Iteration
- Modulare Produktplattform: Gehäuse, Kern, Exo-Linie, App
So funktioniert die Lösung
Die Plattform wurde nicht nur als Hardware-Linie, sondern als durchgängiger Datenpfad abgenommen: ein Impuls am Zähler erscheint im Web-Portal des Betreibers — ohne manuellen Import. Nachfolgend der öffentliche Abnahme-Pfad (anonymisiert, ohne Kundennamen).
Datenpfad
Hauptpfad (Abnahme)
- 1 · Messung am Gerät
Der Mess-MCU erfasst Kanalwerte (Liter, Spannung, Zustände), kodiert einen binären Payload und übergibt ihn an das Funk-Exo-Modul.
- 2 · CoAP-Telemetrie
Das Funk-Modul sendet CoAP PUT auf den Endpunkt /telemetry. Der Ingestion-Service antwortet mit Erfolg (2.01) und dem Status OK.
- 3 · Persistenz und Bus
Nach dem Parse landen die Werte in der Gerätedatenbank (berechnete Anzeige, Rohwert, Zeitstempel). Parallel werden Nachrichten an die Message Queue publiziert.
- 4 · Sichtbarkeit im Portal
Nach Anmeldung zeigt die Geräteübersicht den Online-Status; im Verlaufsdiagramm erscheint die neue Messpunkt-Zeitmarke — identisch zum Feldzeitstempel (Toleranz nach SLA).
Weitere abgenommene Pfade
CoAP PUT /device-config mit Geräte-UUID — Ausgabe von Multiplier und Sendeplan; anschließende Telemetrie nutzt die aktuelle Konfiguration.
Bei gesetztem Kalibrierungsflag werden Multiplier und ggf. historische Werte im Backend angepasst; das Portal zeigt korrigierte Verbräuche.
Rohwert am Lecksensor löst asynchron einen Alert-Pfad aus (rate-limited) — neben der regulären Event-Speicherung.
Ungültiger Token oder beschädigtes Payload → abgelehnter CoAP-Request; DB bleibt konsistent. Ausfall der Queue blockiert nicht die CoAP-Antwort, solange die DB-Transaktion erfolgreich ist.
Abnahme-Checkliste (Staging)
- CoAP /telemetry → Antwort OK
- Neuer Datensatz in der Geräte-Event-Tabelle
- Nachricht in der Message Queue mit korrekter Geräte-ID
- API-Geräteübersicht spiegelt den Controller
- Neuer Punkt im Portal-Diagramm sichtbar
Ergebnisse
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