Remiamas turinys: integruoti vienos plokštės sprendimai lengvam belaidžio ryšio plėtojimui

Belaidis ryšys suteikia lengviausią kelią į debesį, suteikdamas prieigą prie daiktų interneto plačiajai spektrui. Naudojant belaidį palaikymą nereikia laidų vesti į kiekvieno įrenginio vietą, o išmanieji protokolai, tokie kaip „Bluetooth“, leidžia lengvai nustatyti įrenginius iš bet kur.

Belaidės technologijos galimybės

Inžinerijos komandos dabar turi prieigą prie daugybės belaidžio ryšio galimybių, tinkamų jų taikymui.

Trumpas atstumas: Naudojant nedidelius nuotolius namuose ar biure, „Bluetooth“ ir „WiFi“ apima daugybę funkcijų, reikalingų mažai energijos ir pralaidumo. Net ir didesniuose įrenginiuose, tokiuose kaip didelio sandėlio ar parduotuvių aplinka, „WiFi“ šliuzų vartai ir tinklinis tinklas mažos galios tinklų, tokių kaip „Bluetooth“ ar „Zigbee“, atveju labai padidina veikimo diapazoną.

Vidutinės klasės: Belaidžiai tinklai, tokie kaip „LoRaWAN“ ir „Sigfox“, suteikia prieigą prie prietaisų dešimčių kilometrų atstumu už labai mažą kainą. Šie tinklai yra skirti perduoti nedideliam duomenų kiekiui, palaikant duomenis iki 50 kbb / s, naudojant „LoRaWAN“, ir skirtingai nuo korinio ryšio paslaugų, baitai neapmokestina šių tinklų. Vartotojai gali valdyti savo vartus, kurie gali būti reikalingi aptarnavimui atokiose vietose, tačiau taip pat teikia parinktis, kai korinio ryšio aprėptis gali būti nepatikima. Tokie paslaugų teikėjai kaip „The Things Network“ sukūrė „LoRaWAN“ pagrindu sukurtus viešuosius tinklus, apimančius ištisus miestus ir jų priemiesčius. Daiktų tinklas dabar veikia daugiau nei 8000 šliuzų, apimančių daugelį didelių Vakarų Europos miestų ir priemiesčių bei tankiai apgyvendintas JAV dalis.

Tolimas / plačiai paplitęs: Kai reikalinga platesnė aprėptis, o programa gali palaikyti atsiskaitymą pagal mokestį už naudojimą, dizaineriai gali naudoti 2G, 3G ir 4G korinius tinklus.

Belaidžio ryšio istorija

Problema, su kuria susidūrė daugelis dizainerių praeityje, buvo ta, kad efektyvių radijo dažnių sąsajų, leidžiančių belaidį ryšį sukurti, sukūrimas yra sudėtingas ir atima daug laiko. Norint užtikrinti aukštą signalo ir triukšmo santykį, aukšto dažnio signalus, kuriuos reikia perduoti iš antenos į siųstuvą, reikia kruopščiai valdyti. Pati antena gali turėti didelę įtaką našumui - nedideli formos ir struktūros pokyčiai reiškia skirtumą tarp RF siųstuvo-imtuvo, veikiančio norimame diapazone, ir tokio, kuris veiksmingas tik mažais atstumais. Be to, belaidės sistemos turi išlaikyti griežtus testus, kurie nustato, ar sistema netrukdys kitiems vartotojams, net tokiose juostose, kurioms nereikia specialios radijo licencijos, pavyzdžiui, 2,4 GHz juostose, kurias naudoja „Bluetooth“, „WiFi“ ir kt.

Tradiciniai vieno borto kompiuteriai (SBC) neturėjo belaidžio ryšio, priversdami projektavimo komandas kurti pasirinktinius modulius, tačiau kaip ekosistemos aplink „Raspberry Pi“, „BeagleBone“ ir „Arduino“ sukūrė paruoštus modulius, kuriuos būtų galima naudoti su pagrindiniais SBC. Galimos parinktys, pavyzdžiui, „Raspberry Pi“ „WiPi“ modulis, jungiantis prie procesoriaus modulio per USB jungtį. „BeagleBone“ ir „Arduino“ numatė panašias bevielio modulio parinktis, jungiamas per smeigtukų jungtis.

Nors papildomų belaidžių modulių naudojimas sutrumpino laiką, susijusį su aparatinės įrangos projektavimu, jis neišnaikino laiko, susijusio su kitais belaidžio integravimo aspektais. Daugeliu atvejų dizaineris turės atlikti savo bandymus, kad užtikrintų, jog būtų laikomasi įstatymų, reglamentuojančių radijo dažnių emisiją tose vietose, kur jie norėjo parduoti gaminius.

Kitas laiko ir sąnaudų poreikis kilo dėl programinės įrangos integracijos proceso. Silikoninį siųstuvą-imtuvą galima rinktis iš daugybės variantų, ypač naudojant populiarius trumpo nuotolio mažos galios belaidžius protokolus, tokius kaip „Bluetooth“ ar „WiFi“. Belaidžio modulio protokolo palaikymą teikia tam skirtas SoC, kuris pats palaiko daugybę programinės aparatinės įrangos bibliotekų, tačiau kai kuriais atvejais aukšto lygio protokolų sluoksnius gali tekti paleisti pagrindiniame SBC, o tam tikros formos patentuotas serijos protokolas naudojamas perduoti duomenis tarp sluoksnių. Integratorius būtų atsakingas už tai, kad šie programinės įrangos elementai būtų suderinti.

Šiandienos belaidžio ryšio sprendimai

Kadangi belaidis ryšys išpopuliarėjo, SBC gamintojai ir integruota aparatinės-programinės įrangos kūrimo aplinka, tokia kaip „Arduino“, pasirinko įvairius būdus, kaip belaidį palaikymą suteikti savo produktų linijoms. Pasirinkime yra integruotų sprendimų, pasinaudojančių integracija, kurią teikia vis daugiau mikrovaldiklių, kuriuose yra tiesioginis belaidžių protokolų palaikymas. Kiti naudoja modulinę architektūrą, kad dizaineriams būtų suteikta galimybė pasirinkti belaidžio ryšio galimybes, kurias galima naudoti su bendra bazine plokšte.

Integruoto modulio naudojimas turi keletą pagrindinių pranašumų, iš kurių vienas yra tas, kad visose SBC, įskaitant belaidį ryšį, buvo patikrinta, ar jie atitinka radijo dažnių emisijos įstatymus visose teritorijose, kuriose modulius galima parduoti. Inžinierių komanda taip pat gali pasinaudoti iš anksto integruota programinės aparatinės įrangos galimybe, kuri kai kuriais atvejais belaidį ryšį gali padaryti taip paprasta, kaip duomenų siuntimą per nuoseklųjį prievadą. Dažnai integruoti sprendimai pasiūlo mažesnes energijos sąnaudas nei bazinių plokščių ir papildomų modulių deriniai, nes tiekėjai galėjo visapusiškai naudotis apdorojimu, kuris yra prieinamas tiek pagrindiniame MCU, tiek procesoriaus branduoliuose, esančiuose bevielių siųstuvų siųstuvuose.

Integracijos rezultatas yra mažesnis bendras vystymosi laikas ir mažesni formos veiksniai, palyginti su projektais, kurių pagrindą sudaro kelių lentų sumuštiniai. Labai dažnai išlaidos sumažėja dėl didesnės integracijos, todėl kūrėjai gali ir toliau naudoti antraštės kaištį ir panašias sąsajas, kad galėtų prijungti pasirinktinius jutiklių modulius.

Kūrėjai turi prieigą prie galingų didelės integracijos sprendimų, tokių kaip „Raspberry Pi 4 Model B“ kompiuteris (aukščiau). Tai siūlo pažangų procesoriaus spartos, daugialypės terpės našumo, atminties ir jungiamumo padidėjimą (palyginti su ankstesnės kartos „Raspberry Pi 3“ modeliu B +), išlaikant suderinamumą atgal ir panašų energijos suvartojimą. Pagrindinės produkto savybės yra didelio našumo 64 bitų keturių branduolių „Cortex-A72“ (ARM v8) procesorius, dviejų ekranų palaikymas iki 4K skiriamąja geba per porą mikro-HDMI prievadų, aparatinės įrangos vaizdo dekodavimas iki 4Kp60, 4 GB RAM, dvigubos juostos 2,4 / 5,0 GHz belaidis LAN, „Bluetooth 5.0“, Gigabito eternetas, USB 3.0 ir „PoE“ galimybė (per atskirą „PoE HAT“ priedą). Dviejų juostų belaidis LAN ir „Bluetooth“ turi modulinį atitikties sertifikatą, leidžiantį plokštę sukonstruoti į galutinius produktus su žymiai sumažinta atitikties patikra, pagerinant kainą ir laiką rinkoje.

„BeagleBone Black“ (žemiau) pakeičia originalios SBC konstrukcijos „Ethernet“ valdiklį 2,4 GHz „WiFi“ sąsaja ir „Bluetooth 4.1“ bei BLE siųstuvu. Integruotas modulis yra pastatytas aplink „Octavo Systems“ SIP. Tai sujungia „Arm Cortex-A8“ procesorių su 512 GB spartos DDR atminties ir 4 GB „flash“. Norėdami palaikyti programas, kurioms reikalingas greitas I / O apdorojimas, TI pagamintą procesorių palaiko du programuojami realiojo laiko vienetai (PRU). PRU iškrauna užduotis, kurioms reikalingas nedidelis delspinigių apdorojimas iš „Arm“ procesoriaus, suteikiant daugiau laisvos erdvės operacinei sistemai, vartotojo sąsajai ir sistemos valdymo funkcijoms.

Norėdami sukurti paprastesnius dizainus, „Dalelių fotonas“ sujungia „Cortex-M3“ mikrovaldiklį iš „STMicroelectronics“ su „Cypress WiFi“ valdikliu: to paties tipo, kuris naudojamas intelektualių namų įrenginiuose, tokiuose kaip „Nest Protect“ ir „Amazon Dash“. „Dalelių elektronas“ paima tą patį pagrindinio procesoriaus kompleksą ir pritaiko jį 3G koriniam imtuvui, suteikdamas galimybę statyti IoT mazgus, kuriems nereikia vietinių šliuzų prisijungti prie debesies.

Moduliniai sprendimai suteikia dar vieną būdą, kaip suteikti belaidį ryšį prie SBC pagrįstos sistemos. Turėdama „Arduino“ gaminių asortimentą, kūrimo komanda gali pasirinkti iš daugybės modulių - Arduino ekosistemoje žinomų kaip „Skydai“ -, kad prie pagrindinės plokštės pridėtų RF sąsają. Skydai, esantys MKR šeimoje, prideda vietinio ar plačiajuosčio belaidžio tinklo ryšį. Tiek „MKR 1000“, tiek „1010“ turi „WiFi“ siųstuvą-imtuvą. WAN 1300 suteikia „LoRA“ ryšį ir „GSM 1400“ prieigą prie daugybės korinių tinklų, prieinamų visame pasaulyje. Be to, MKRFOX 1200 veikia kaip sąsaja su „SigFox“ mažos galios plačiajuosčio tinklo sąsaja.

Kiekvienas iš šių skydų gali būti montuojamas ant laikančiosios plokštės, tokios kaip „Genuino Zero“ arba „Due“, naudojant smeigtuko galvutės jungtis. Žinomas daugelio MKR šeimos modulių, skirtų belaidžiam ryšiui, bruožas, turi savo 32 bitų mikrovaldiklį, pagrįstą „Arm Cortex-M0 +“ šerdimi. Kūrėjai gali pasinaudoti „M0 +“ pranašumais, jei norite iškrauti paketų apdorojimą, pvz., Šifravimą ir suspaudimą, iš pagrindinio operatoriaus procesoriaus. Taip pat prietaisai, tokie kaip MKR1000, gali būti naudojami kaip atskiri moduliai ribotos erdvės sistemose, o kaiščių antraštės pašalinamos, kad būtų sumažintas bendras tūris.

Kūrimo rinkiniai teikia kitas galimybes inžinierių komandoms, daugiausia tiems, kurie nori suprojektuoti pasirinktinius modulius tūrio gamybai. Plėtros rinkiniai sukurti tam, kad komandos būtų kuo greičiau suburtos ir veiktų. Pvz., „ElementL14“ kūrimo rinkinys, skirtas „SimpleLink“ jutikliui „Cloud Linux Gateway“, teikia galutinį sprendimą. Rinkinyje yra visi komponentai, reikalingi visam jutiklių tinklui sukurti, įskaitant šliuzo sprendimą, pagrįstą „BeagleBone Black“ plokštė, papildyta „WiFi“, ir CC1350 LaunchPad rinkinį, kuris veiktų kaip ilgo nuotolio jutiklio mazgas.

Dėl gausaus platformų portfelio, pradedant prototipų rinkiniais ir baigiant standartiniais SBC, kurie gali būti naudojami gamybos sistemose, inžinierių komandos dabar gali visapusiškai išnaudoti naujus verslo modelius, kuriuos bevielio ryšio dėka įgalino IoT. ir pristatyti labai diferencijuotus sprendimus, nereikia spręsti dėl RF projektavimo sudėtingumo.

Autorius: Ankur Tomar, „Farnell“ regioninių sprendimų rinkodaros vadovas