Budując rozproszone aplikacje czujników zasilanych bateryjnie, które opierają się na transmisji małych ilości danych na duże odległości, muszą zostać spełnione trzy podstawowe wymagania: komponenty o bardzo niskim poborze mocy, niezawodność w niekontrolowanych środowiskach oraz stosunkowo prosta i skalowalna architektura. To sprawia, że LoRaWAN (sieć rozległa dalekiego zasięgu) jest idealnym wyborem dla scenariuszy takich jak inteligentne budynki, środowiska kampusowe, monitorowanie handlu detalicznego i przemysłu.
Aplikacje LoRaWAN charakteryzują się zasięgiem transmisji kilku mil, żywotnością baterii kilku lat i korzyścią w postaci opłacalności. Komunikacja LoRaWAN może obejmować farmy lub fabryki za pośrednictwem jednej bramy bez konieczności routingu w sieci komórkowej, Wi Fi lub mesh.
W 2015 roku, przy wsparciu LoRa Alliance, LoRaWAN został oficjalnie ustanowiony jako otwarta warstwa MAC i architektura sieciowa. Jest to otwarty protokół i architektura sieci bezprzewodowej o niskim poborze mocy, która przewyższa alternatywne rozwiązania, takie jak komórkowy IoT, Wi Fi, BLE, Zigbee, Thread i zastrzeżone radia sub GHz pod względem skalowalności, prostoty i interoperacyjności.
Oczekuje się, że sojusz współpracy pomiędzy Digi i SparkFun przyspieszy proces od koncepcji koncepcyjnej do faktycznego wdrożenia. Sojusz integruje platformę Digi X-ON Edge to Cloud IoT ze sprzętem SparkFun, a także mikrokontrolerami Raspberry Pi.
W szczególności projektanci mogą wykorzystać płytkę rozwojową SparkFun 26060 IoT Node (rysunek 1), która ma wbudowane bezprzewodowe moduły nadawczo-odbiorcze Digi XBee LR i wydajny Raspberry Pi 2350A.
Rysunek 1: Węzeł IoT SparkFun 26060 jest wyposażony we wbudowany transceiver Digi XBee, który umożliwia połączenie z platformą chmurową Digi X-On. (Źródło obrazu: SparkFun)
Moduł ten jest automatycznie łączony z platformą IoT w chmurze Digi X-ON poprzez bramkę Digi HX15 LoRaWAN (rysunek 2). Bramkę tę można kupić osobno lub dostarczyć jako część zestawu SparkFun 27213 Digi X-ON (wersja północnoamerykańska).
Rysunek 2: Bramka Digi HX15 zapewnia interfejs danych dla czujników LoRaWAN i może być podłączona do platformy chmurowej Digi X-ON poprzez Ethernet lub opcjonalną sieć LTE. (Źródło obrazu: Digi International)
Ekosystem SparkFun Qwiic Connect znacznie upraszcza proces rozbudowy sprzętu dzięki stale rozwijającej się bibliotece ponad 100 czujników, siłowników i wyświetlaczy typu plug and play. Wszystkie elementy systemu są ze sobą połączone poprzez uniwersalny interfejs I²C i znormalizowane 4-pinowe złącza JST. Węzeł IoT SparkFun jest wyposażony w wstępnie skompilowane oprogramowanie sprzętowe, które automatycznie wykrywa podłączone czujniki SparkFun Qwiic i transmituje dane przez LoRaWAN przy użyciu modułu Digi XBee LR. Moduł ten jest podłączony do bramki HX15 i przesyła dane do platformy chmurowej Digi X-ON poprzez Ethernet lub opcjonalnie LTE. Digi X-ON oferuje możliwości szyfrowanej transmisji z bramy do chmury, bezpieczną kontrolę dostępu użytkowników i możliwości zarządzania metadanymi na poziomie urządzenia.
Projektanci nie muszą konfigurować bramek ani rejestrować LoRaWAN. Mogą wykorzystywać funkcję dostępu do czujnika z zerową konfiguracją, aby zapewnić przepływ danych gotowy do chmury z węzłów do chmury, bez konieczności konfiguracji przez użytkownika, kodowania lub ustawień proxy MQTT w trakcie całego procesu. Dzięki temu szybkie prototypowanie, sprawdzanie koncepcji lub wdrażanie przebiega niemal bez (jeśli to konieczne) polegania na wiedzy specjalistycznej w zakresie technologii LoRa lub chmury.
Projektanci mogą dostroić częstotliwości próbkowania, dodać obsługę większej liczby czujników Qwiic lub dostosować formaty ładunku bez zaczynania od zera. Platforma Digi X-ON zapewnia scentralizowany widok wszystkich wdrożonych węzłów, śledzenie czasu działania, żywotności baterii, jakości sygnału i historii połączeń – wszystkie kluczowe wskaźniki umożliwiające rozwiązywanie problemów i optymalizację rozproszonych sieci czujników.
Elastyczność przepływu pracy
RP2350 zapewnia wyjątkową elastyczność przepływu pracy projektantom produktów, wspierając tworzenie aplikacji w oparciu o Arduino, MicroPython i C/C++ (przy użyciu Pico SDK). Dzięki kompatybilności ze wszystkimi trzema środowiskami programistycznymi, SparkFun IoT Node zapewnia projektantom duży wybór i elastyczność, umożliwiając przepływ pracy dostosowany do ich umiejętności zawodowych – od pisania skryptów metodą „przeciągnij i upuść” w Pythonie po zoptymalizowane tworzenie kodu C przy użyciu akceleracji sprzętowej.
Projektanci mogą szybko opracowywać prototypy aplikacji w MicroPythonie, testować czujniki kompatybilne z Qwiic w środowiskach czasu rzeczywistego lub dostosowywać interwały próbkowania. W miarę postępu projektu mogą bezproblemowo przejść na środowisko Arduino lub czyste C++, aby zoptymalizować zużycie energii, wykorzystanie pamięci lub wydajność we/wy. SparkFun oferuje również wstępnie skompilowane obrazy MicroPython dostosowane specjalnie do modułów IoT.
Gdy urządzenia IoT zaczną wysyłać dane, X-ON udostępni pulpit nawigacyjny do monitorowania odczytów czujników, sprawdzania stanu urządzenia, a nawet zdalnego przesyłania aktualizacji oprogramowania sprzętowego. Projektanci produktów mogą stale ulepszać swoje projekty bez faktycznego kontaktu ze sprzętem.
To wspólne rozwiązanie stanowi idealne rozwiązanie do testowania aplikacji na miejscu lub skalowania projektu pilotażowego rozproszonych systemów czujników zasilanych bateryjnie. Wzmocniona konstrukcja bramy HX15, bezpieczna architektura chmury Digi X-ON i automatycznie konfigurowany stos oprogramowania sprzętowego mogą zmniejszyć trudność wdrożenia, od wdrożenia w laboratorium po wdrożenie na miejscu. Projektanci mogą przeprowadzać programy pilotażowe aplikacji w oparciu o rzeczywiste dane z czujników w rzeczywistych środowiskach, a następnie po prostu replikować konfiguracje węzłów i bram, aby osiągnąć skalowalność bez konieczności tworzenia oprogramowania sprzętowego lub integracji z chmurą.
Moduł IoT SparkFun oparty na RP2350, platformie X-ON firmy Digi i elastycznym ekosystemie mikrokontrolerów Raspberry Pi zapewniają wyjątkową, uproszczoną ścieżkę od prototypu do wdrożenia. Niezależnie od tego, czy testujesz nowe czujniki, weryfikujesz zasięg transmisji LoRaWAN, czy optymalizujesz zużycie energii, ta kombinacja może wspierać badania eksperymentalne, spełniając jednocześnie rygorystyczne wymagania projektu gotowego do produkcji.
Wykorzystując otwarty sprzęt i standardowe połączenia, projektanci mogą zapewnić, że ich projekty IoT będą charakteryzowały się dobrą adaptowalnością i trwałością w procesie opracowywania. W miarę ewolucji wymagań projektu aplikacje zbudowane na tej platformie mogą również zachować większą przenośność i elastyczność.