Conținut sponsorizat: Soluții integrate cu o singură placă pentru o dezvoltare ușoară fără fir

Conectivitatea wireless oferă calea cea mai simplă către nor, permițând accesul la IoT pentru o gamă largă de aplicații. Prin intermediul asistenței wireless, nu este necesară rularea cablurilor către locația fiecărui dispozitiv, iar protocoalele inteligente, cum ar fi Bluetooth, facilitează configurarea dispozitivelor din aproape oriunde.

Opțiuni de tehnologie wireless

Echipele de inginerie au acum acces la o gamă largă de opțiuni de conectare wireless adecvate pentru aplicarea lor.

Rază scurtă de acțiune: Pentru utilizarea pe rază scurtă în casă sau birou, Bluetooth și WiFi acoperă gama de caracteristici necesare pentru putere redusă și lățime mare de bandă. Chiar și în instalații mai mari, cum ar fi în cadrul unui depozit mare sau a mediului etajului magazinului, utilizarea gateway-urilor WiFi și a rețelei de plasă în cazul rețelelor cu consum redus, precum Bluetooth sau Zigbee, extind foarte mult gama operațională.

Mid-range: Rețelele wireless, precum LoRaWAN și Sigfox, permit accesul dispozitivelor la distanțe de zeci de kilometri, la un cost foarte mic. Aceste rețele sunt concepute pentru a transporta cantități mici de date, suportând date cu rate de până la 50kb / s în cazul LoRaWAN și, spre deosebire de serviciile celulare, aceste rețele nu sunt facturate de octeți. Utilizatorii pot opera propriile gateway-uri, care pot fi necesare pentru service în locații îndepărtate, dar oferă și opțiuni în care acoperirea celulară nu poate fi fiabilă. Furnizorii de servicii, cum ar fi The Things Network, au construit rețele publice bazate pe LoRaWAN, care acoperă orașe întregi și suburbiile lor. Rețeaua Lucrurilor are acum peste 8.000 de gateway-uri în funcțiune care acoperă multe orașe mari și suburbii din Europa de Vest și părți dens populate din SUA.

Lung interval / pe scară largă: Când este necesară o acoperire mai răspândită și aplicația poate suporta facturarea pe plată, designerii pot folosi rețelele celulare 2G, 3G și 4G.

Istoricul conectivității wireless

O problemă cu care s-au confruntat mulți designeri în trecut a fost că dezvoltarea de interfețe RF eficiente pentru a permite conectivitatea wireless este dificilă și necesită mult timp. Semnalele de înaltă frecvență care trebuie transmise de la antenă la transceiver au nevoie de o manipulare delicată pentru a asigura un raport semnal-zgomot ridicat. Antena în sine poate avea un impact dramatic asupra performanței, cu mici modificări ale formei și structurii ceea ce înseamnă diferența dintre un transceiver RF care funcționează la intervalul dorit și unul care este eficient doar pe distanțe scurte. În plus, sistemele wireless trebuie să treacă teste stricte, care determină dacă sistemul va interfera cu alți utilizatori, chiar și în benzile care nu au nevoie de o licență radio specifică, cum ar fi benzile de 2,4 GHz folosite de Bluetooth, WiFi și altele.

Calculatoarele tradiționale cu o singură placă (SBC) nu aveau conectivitate wireless, forțând echipele de proiectare să dezvolte module personalizate, dar pe măsură ce ecosistemele din jurul Raspberry Pi, BeagleBone și Arduino au dezvoltat module gata pregătite care ar putea fi utilizate cu SBC-urile de bază. Opțiunile includ, de exemplu, modulul WiPi pentru Raspberry Pi, conectarea la modulul procesorului printr-un port USB. BeagleBone și Arduino au prevăzut opțiuni de module wireless similare, conectându-se prin conectorii pin-header.

Deși utilizarea modulelor wireless suplimentare a redus timpul asociat cu designul hardware, nu a redus timpul asociat cu alte aspecte ale integrării wireless. Proiectantul ar trebui, în multe cazuri, să urmărească propriile testări pentru a asigura respectarea legislației care acoperă emisiile RF în locurile unde doreau să vândă produse.

O nouă cerere în termeni și costuri a venit din procesul integrării software. Există multe opțiuni de siliciu transceiver, în special cu cele mai populare protocoale wireless cu rază scurtă de acțiune, precum Bluetooth sau WiFi. Suportul de protocol de pe modulul wireless este furnizat de un SoC dedicat, care rulează în sine o serie de biblioteci de firmware, dar, în unele cazuri, este posibil ca straturile de înalt nivel de protocol să fie nevoite să ruleze pe SBC gazdă, folosind o formă de protocol serială proprie trece date între straturi. Integratorul ar fi responsabil pentru reunirea acestor elemente software într-o manieră coezivă.

Soluțiile de astăzi pentru conectivitate wireless

Pe măsură ce conectivitatea wireless a devenit mai populară, producătorii SBC și mediile integrate de dezvoltare hardware-software, cum ar fi Arduino, au parcurs o varietate de căi către aducerea suportului wireless pe liniile lor de produse. Opțiunile includ soluții integrate care profită de integrarea oferită de o gamă tot mai mare de microcontrolere care încorporează asistență directă pentru protocoalele wireless. Alții utilizează arhitecturi modulare pentru a oferi designerilor o gamă de opțiuni de conectivitate wireless care pot fi utilizate cu o placă de bază comună.

Utilizarea modulului integrat aduce mai multe avantaje cheie, dintre care cel mai puțin este că SBC complet, inclusiv conectivitatea wireless, a fost testat pentru respectarea legislației privind emisiile RF pe toate teritoriile pentru care modulele sunt disponibile pentru vânzare. Echipa de inginerie poate profita, de asemenea, de firmware-ul pre-integrat, care poate, în unele cazuri, să facă o conectivitate wireless la fel de simplă ca trimiterea de date printr-un port serial și adesea, soluțiile integrate oferă un consum de energie mai mic decât combinațiile de placi de bază și module addon, deoarece furnizorii au reușit să profite din plin de procesarea care este disponibilă atât pentru nucleul MCU, cât și pentru miezurile de procesor din transceiverurile fără fir.

Rezultatul integrării este timpul de dezvoltare generală mai scăzut și factori de formă mai mici în comparație cu proiectările bazate pe sandwich-uri de mai multe plăci. Foarte des costul este redus datorită integrării mai mari, iar dezvoltatorii pot continua să profite de antetul și interfețele similare pentru a atașa module de senzori personalizate.

Dezvoltatorii au acces la soluții puternice de înaltă integrare, cum ar fi Raspberry Pi 4 Model B Computer (mai sus). Oferă creșteri de ultimă oră în viteza procesorului, performanță multimedia, memorie și conectivitate (în comparație cu generația anterioară Raspberry Pi 3 Model B +), păstrând în același timp compatibilitatea înapoi și un consum similar de energie. Caracteristicile cheie ale produsului includ un procesor Cortex-A72 (ARM v8) quad-core de 64 de biți de înaltă performanță, suport dual-display la rezoluții de până la 4K printr-o pereche de porturi micro-HDMI, decodare video hardware până la 4Kp60, 4 GB RAM, dual-band 2.4 / 5.0GHz LAN wireless, Bluetooth 5.0, Gigabit Ethernet, USB 3.0 și PoE (printr-un supliment suplimentar PoE HAT). LAN wireless și bandă Bluetooth cu bandă duală au certificare de conformitate modulară, ceea ce permite plăcii să fie proiectate în produse finale cu teste de conformitate reduse semnificativ, îmbunătățind atât costurile cât și timpul de comercializare.

BeagleBone Black (mai jos) înlocuiește controlerul Ethernet al designului SBC original cu interfața WiFi de 2,4 GHz și un receptor Bluetooth 4.1 și BLE. Modulul integrat este construit în jurul SIP Octavo Systems. Aceasta cuplă un procesor Arm Cortex-A8 cu 512 GB memorie DDR de mare viteză și 4 GB flash. Pentru a sprijini aplicațiile care necesită procesare I / O de mare viteză, procesorul format TI este susținut de două unități programabile în timp real (PRU). Sarcinile de descărcare a PRU care necesită procesare cu latență scăzută de la procesorul Arm, oferind un spațiu de cap mai mare pentru un sistem de operare, interfață de utilizator și funcții de gestionare a sistemului.

Pentru proiecte mai simple, Particle Photon cuplează un microcontroler Cortex-M3 de la STMicroelectronics cu un controler Cypress WiFi: același tip ca cel utilizat în dispozitivele inteligente pentru casă precum Nest Protect și Amazon Dash. Particulul Electron preia același complex de procesor de bază și îl aplică unui transceiver celular 3G, oferind posibilitatea de a construi noduri IoT care nu au nevoie de o poartă locală pentru a vă conecta la cloud.

Soluțiile modulare oferă o altă rută către aducerea conectivității wireless la un sistem bazat pe SBC. Cu gama de produse Arduino, echipa de dezvoltare poate alege dintre o varietate de module - cunoscute sub numele de Shields în ecosistemul Arduino - pentru a adăuga o interfață RF la o placă de bază. Scuturile din familia MKR adaugă conectivitate de rețea wireless locală sau largă. MKR 1000 și 1010 ambele includ un receptor WiFi. WAN 1300 oferă conectivitate LoRA și GSM 1400 acces la numeroasele rețele celulare disponibile din întreaga lume. În plus, MKRFOX 1200 acționează ca o interfață a rețelei SigFox de mare putere cu o suprafață largă.

Fiecare dintre aceste scuturi poate fi montat pe o placă portantă, cum ar fi Genuino Zero sau Due, utilizând conectorii antetului. O caracteristică notabilă a multor familii de module MKR pentru conectivitate wireless au propriul microcontroler pe 32 de biți bazat pe nucleul Arm Cortex-M0 +. Dezvoltatorii pot profita de M0 + pentru a descărca procesarea pachetelor, cum ar fi criptarea și compresia, de la procesorul principal al transportatorului. În mod alternativ, dispozitive precum MKR1000 pot fi utilizate ca module autonome în sisteme cu restricții spațiale, cu anteturile știftului pentru a reduce volumul total.

Seturile de dezvoltare oferă alte opțiuni pentru echipele de inginerie, în principal pentru cei care doresc să proiecteze module personalizate pentru producția de volum. Kit-urile de dezvoltare sunt concepute pentru ca echipele să funcționeze cât mai repede posibil. De exemplu, kitul de dezvoltare element14 pentru senzorul SimpleLink to Cloud Linux Gateway oferă o soluție end-to-end. Kit-ul conține toate componentele necesare pentru crearea unei rețele complete de senzori, inclusiv o soluție de gateway bazată pe placa BeagleBone Black, augmentată cu WiFi, precum și un kit LaunchPad CC1350 pentru a acționa ca un nod senzor de lungă durată.

Datorită unui portofoliu bogat de platforme care variază de la kituri de prototipare până la SBC-uri din afara raftului, care pot fi utilizate în sistemele de producție, echipele de inginerie pot profita acum din plin de noile modele de afaceri făcute posibile prin conectivitatea wireless în epoca IoT și să furnizeze soluții extrem de diferențiate, fără să fie nevoie să se ocupe de complexitățile proiectării RF.

De Ankur Tomar, Director de soluții regionale de marketing, Farnell