Arduino modulok kommunikációs szabványai IoT számára

Vezeték nélküli kommunikáció IoT rendszerekben Arduino MKR modulok használatával

2021. augusztus 04., szerda, 06:00

Címkék: Internet of Things ipari kommunikáció IT IT infrastruktúra IT menedzsment kommunikáció kommunikációs technológia TME

Az Internet of Things (IoT) eszközök piacának egyik legnagyobb problémája jelenleg a nagyfokú széttagoltság. Az eszközök és kommunikációs protokollok sokasága nagyon megnehezíti egy egységes és működőképes rendszer kiépítését, ha úgy döntünk, hogy különböző gyártóktól származó alkatrészeket használunk.

Ennek a megosztottságnak számos oka van, és nem mindig csak a tervezők azon vágyával függ össze, hogy a saját licencelt megoldásaikat érvényesítsék. A Dolgok Internete fogalomkörébe számos eszköztípus tartozik. Ezek lehetnek például alternatív energiaforrásokból táplált kis mérőérzékelők, amelyeknek kis mennyiségű adatot kell nagy távolságokon keresztül kicserélni, de lehetnek távoli kamerák is, amelyek nagy felbontású képeket továbbítanak valós időben. Így a tervezett eszköz sajátosságai arra kényszerítik a tervezőt, hogy az eszköz követelményeinek megfelelő vezeték nélküli kommunikációs technológiát válasszon

Figyelembe kell venni többek között az akkumulátor élettartamát, a kommunikációs hatótávolságot és az átvitt adatok mennyiségét is. A piaci igényekre reagálva a fejlesztőkészletek (köztük az Arduino) platform gyártói gondoskodtak arról, hogy portfóliójuk a lehető legnagyobb mértékben lefedje az IoT-eszközök tervezőinek igényeit. Ebben a cikkben bemutatjuk az MKR családból kiválasztott Arduino fejlesztőkészletek rövid leírását, amelyek a vezeték nélküli kommunikációs szabványokat, például - WiFi/Bluetooth, LoRaWAN/Sigfox, GSM/3G vagy NB-IoT-t - használó IoT-eszközök gyors prototípusának elkészítésére készültek.

WiFi/Bluetooth kommunikáció Arduino MKR 1000/1010-el

A 2,4 GHz-es ISM-frekvenciasávban történő kommunikáció a WiFi és a Bluetooth szabványok segítségével már évek óta jelen van az IoT-eszközök piacán. A hardver és szoftver prototípusok gyors megvalósításához a WiFi kommunikáció segítségével az Arduino cég Arduino MKR WiFi 1000 valamint MKR WiFi 1010 fejlesztőkészleteket dolgozott ki. Az említett készletek közül az első egy ATSAMW25 modulon alapul mely  SAMD21 mikrovezérlőt, valamint WINC1500 rádiós vonalat és ECC508 autorizáló áramkört tartalmaz. Az MKR 1010 verziójú készletet ellátták az u-blox cég NINA-W102-es rádiómoduljával, amely biztosítja a Bluetooth/BLE kommunikációt

Arduino MKR WAN 1000 modul (fent) és MKR WAN 1010 modul (lent)

A szoftveres oldalról az MKR WiFi 1000 modulokhoz az Arduino a WiFi101 könyvtárat biztosítja, amely támogatja a WEP és WPA2 Personal titkosítást. Az MKR WiFi 1010 modulhoz (és más, az uBlox NINA-W102 modulon alapuló készletekhez, beleértve az Arduino NANO 33 IoT-t) a gyártó elkészítette a WiFiNINA könyvtárat, valamint számos mintaalkalmazást, amelyek bemutatják az Android IoT Cloud és Azure, AWS IoT Core, Google Firebase vagy Blynk felhővel való integrációt.

LoRaWAN valamint Sigfox kommunikáció – Arduino MKR WAN 13x0 és FOX 1200 modulok

Az IoT-rendszerek dinamikus fejlődése megnövekedett érdeklődést eredményezett az intelligens/”okos” városok témája iránt. Sajnos a WiFi/Bluetooth/BLE szabványokat használó kommunikáció helyi jellegű, és nem felel meg az "Smart City” projektek összes követelményének (amelyek közé kiterjedt szennyezésérzékelő-hálózatokat, vízkészletek szintjeinek-ellenőrzését vagy parkolóhelyek foglaltságát sorolhatjuk). Ezen problémákra megoldást jelenthet az LPWAN (Low Power Wide Area Network) területén legnépszerűbb két kommunikációs szabvány - a LoRaWAN vagy a Sigfox – egyikének alkalmazása, amely lehetővé teszi kis mennyiségű adat nagy távolságokra történő továbbítását. A LoRa/LoRaWAN-kommunikációt használó eszközök prototípusainak gyors gyártásához az Arduino tervezői elkészítették az MKR WAN 1300, és utódja az MKR WAN 1310 fejlesztői készleteket. Mindkét modul az Atmel SAMD21 mikrokontrolleren alapul, amelyet az Arduino MKR sorozat más moduljaiban és a Murata CMWX1ZZABZ rádiós modulban is használnak. A modul újabb változata 2 MB Flash memóriával, új akkumulátortöltő áramkörrel és alacsony energiafogyasztásra optimalizált tápellátó áramkörökkel lett felszerelve.

Arduino MKR WAN 1300 (fent) valamint MKR WAN 1310 (lent) modulok

Az MKR WAN 13x0 modulok a gyártó által biztosított Arduino IoT Cloud rendszerrel működnek. A kínált megoldások komplexitását az MKR WAN 1310 modulokhoz optimalizált Arduino Pro Gateway LoRa Connectivity hozzáférési átjáró egészíti ki.

A LoRa/LoRaWAN kommunikáció érdekes alternatívája a Sigfox szabvány, amely a csomópontok és a hozzáférési átjáró közötti kommunikációra helyezi a hangsúlyt. Az Arduino kínálatából a tervezők számára elérhetővé vált az MKR FOX 1200 modul, amely Atmel SAMD21 mikrokontrollerre épül. A rádiós kommunikációt a Microchip Smart RF ATA8520 chip végzi, amelynek rádióútvonalát az európai 868 MHz-es ISM frekvenciára hangolták.

Arduino MKR FOX 1200 modul kommunikáció megvalósításához Sigfox hálózatban

GSM/3G kommunikáció – Arduino MKR GSM 1400 modul

Még a LoRa/LoRaWAN szabványban működő kiterjedt hálós hálózat (Mesh) sem képes jelenleg globális lefedettséget biztosítani. A szinte korlátlan kommunikációs területet igénylő IoT-projektek esetében a legjobb megoldás a GSM/3G szabvány használata. A GSM/3G kommunikációhoz az Arduino készített egy MKR GSM 1400 modult, ami el lett látva az u-blox cég SARA-U210 modemjével és a kommunikációs biztonsági mechanizmusok megvalósításához szükséges Microchip ECC508 hitelesítő chippel. A beépített GSM-modem a GSM 850 MHz, E-GSM 1900 MHz, DCS 1800 MHz és PCS 1900 MHz sávokban biztosít kommunikációs lefedettséget.

A szoftverfejlesztési folyamat egyszerűsítése érdekében a gyártó biztosítja az MKRGSM könyvtárat (amely felmenti a programozót a modul alacsony szintű AT-parancsokkal történő működtetése alól), valamint egy gazdag példakészletet (beleértve a GPRS-kapcsolatot, szöveges üzenetek fogadását/küldését, hanghívások kezelését). Az MKR GSM 1400 modul az Arduino IoT Cloud szoftverrel és alternatív felhőmegoldásokkal is együttműködik, úm.: Google IoT Cloud, Blynk vagy SORACOM Air IoT, amelyekhez a gyártó mintaimplementációkat készített.

Arduino MKR GSM 1400 modul kommunikáció megvalósításához GSM/3G hálózatban

Kommunikáció Narrowband IoT hálózatban – Arduino MKR NB 1500 modul:

A Dolgok Internetén belüli eszközök kommunikációjára szolgáló kiválasztott szabványok rövid jellemzése során nem hagyhatjuk ki a keskeny sávú IoT-szabványon (NB-IoT) alapuló megoldásokat, amelyek a 800 MHz-es LTE engedélyezett sávot használják a kommunikációhoz. A LoRaWAN és a Sigfox megoldásokhoz hasonlóan az NB-IoT is az LPWAN csoportba tartozik, vagyis nagy területeken biztosít stabil kommunikációt, olyan energiahatékony rádiós modulok használatával, amelyek akkumulátorról történő tápellátás mellett biztosítják az eszköz hosszú távú működését. Így ez egy másik alternatívája a LoRaWAN és a Sigfox kommunikációnak a "Smart City" szegmens megoldásaiban.

Arduino MKR NB-- 15 modul kommunikáció megvalósításához Narrowband IoT hálózatokban

Az NB-alapú végcsomópontok gyors prototípusgyártásához az Arduino elkészítette az MKR NB 1500  készletet SARA-R410M-02B u-blox modullal felszerelve, amely lehetővé teszi az LTE Cat M1/NB1 csatlakozást az 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 13, 18, 19, 20, 25, 26 és 28 sávban. Ezenkívül az MKR NB 1500 fel van szerelve a Microchip cég ECC508 hitelesítési chipjével, egy MicroSIM kártyacsatlakozóval, egy Li-Po akkumulátor töltésvezérlővel és egy külső antennacsatlakozóval.

A cikk forrása:

www.tme.eu

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek