При создании приложений с распределенными датчиками с батарейным питанием, которые полагаются на передачу небольших объемов данных на большие расстояния, необходимо соблюдать три основных требования: компоненты со сверхнизким энергопотреблением, надежность в неконтролируемых средах и относительно простая и масштабируемая архитектура. Это делает LoRaWAN (глобальную сеть большого радиуса действия) идеальным выбором для таких сценариев, как интеллектуальные здания, кампусы, розничная торговля и промышленный мониторинг.
Приложения LoRaWAN имеют дальность передачи в несколько миль, срок службы батареи в несколько лет и преимущества экономической эффективности. Связь LoRaWAN может охватывать фермы или фабрики через один шлюз без необходимости маршрутизации сотовой связи, Wi-Fi или ячеистой сети.
В 2015 году при поддержке LoRa Alliance была официально создана LoRaWAN как открытый уровень MAC и сетевая архитектура. Это открытый протокол и архитектура беспроводной сети с низким энергопотреблением, которые превосходят альтернативные решения, такие как сотовый IoT, Wi-Fi, BLE, Zigbee, Thread и проприетарные радиостанции с субгигагерцевым диапазоном, с точки зрения масштабируемости, простоты и совместимости.
Ожидается, что альянс сотрудничества между Digi и SparkFun ускорит процесс от концептуальной концепции до фактического внедрения. Альянс интегрирует платформу Digi X-ON Edge to Cloud IoT с оборудованием SparkFun, а также микроконтроллерами Raspberry Pi.
В частности, дизайнеры могут использовать плату разработки SparkFun 26060 IoT Node (рис. 1), которая имеет встроенные модули беспроводного приемопередатчика Digi XBee LR и мощный Raspberry Pi 2350A.
Рис. 1. Узел Интернета вещей SparkFun 26060 оснащен встроенным приемопередатчиком Digi XBee, который обеспечивает подключение к облачной платформе Digi X-On. (Источник изображения: SparkFun)
Этот модуль автоматически подключается к облачной IoT-платформе Digi X-ON через шлюз LoRaWAN Digi HX15 (рис. 2). Этот шлюз можно приобрести отдельно или предоставить в составе комплекта SparkFun 27213 Digi X-ON (версия для Северной Америки).
Рис. 2. Шлюз Digi HX15 обеспечивает интерфейс данных для датчиков LoRaWAN и может быть подключен к облачной платформе Digi X-ON через Ethernet или дополнительную сеть LTE. (Источник изображения: Digi International)
Экосистема SparkFun Qwiic Connect значительно упрощает процесс расширения оборудования благодаря постоянно расширяющейся библиотеке, состоящей из более чем 100 готовых к использованию датчиков, исполнительных механизмов и дисплеев. Все компоненты системы соединены между собой посредством универсального интерфейса I²C и стандартизированных 4-контактных разъемов JST. Узел Интернета вещей SparkFun поставляется с предварительно скомпилированной прошивкой, которая автоматически обнаруживает подключенные датчики SparkFun Qwiic и передает данные через LoRaWAN с использованием модуля Digi XBee LR. Этот модуль подключается к шлюзу HX15 и передает данные на облачную платформу Digi X-ON через Ethernet или дополнительный LTE. Digi X-ON имеет возможности зашифрованной передачи от шлюза к облаку, безопасный контроль доступа пользователей и возможности управления метаданными на уровне устройства.
Проектировщикам нет необходимости настраивать шлюзы или регистрировать LoRaWAN. Они могут использовать функцию доступа к датчику с нулевой конфигурацией для обеспечения готового к облаку потока данных от узлов в облако без необходимости пользовательской настройки, кодирования или настроек прокси-сервера MQTT на протяжении всего процесса. Это позволяет быстро создавать прототипы, проверять концепцию или развертывать практически без необходимости (при необходимости) полагаться на знания LoRa или облачных технологий.
Дизайнеры могут точно настроить частоту дискретизации, добавить поддержку большего количества датчиков Qwiic или настроить форматы полезной нагрузки, не начиная с нуля. Платформа Digi X-ON обеспечивает централизованное представление всех развернутых узлов, отслеживание времени работы, срока службы батареи, качества сигнала и истории подключений — все ключевые показатели для устранения неполадок и оптимизации распределенных сенсорных сетей.
Гибкость рабочего процесса
RP2350 обеспечивает уникальную гибкость рабочего процесса для разработчиков продуктов, поддерживая разработку приложений на базе Arduino, MicroPython и C/C++ (с использованием Pico SDK). Благодаря совместимости со всеми тремя средами разработки SparkFun IoT Node предоставляет дизайнерам широкий выбор и гибкость, позволяя рабочим процессам соответствовать их профессиональным навыкам — от перетаскивания сценариев на Python до оптимизированной разработки кода C с использованием аппаратного ускорения.
Дизайнеры могут быстро разрабатывать прототипы приложений в MicroPython, тестировать датчики, совместимые с Qwiic, в режиме реального времени или настраивать интервалы выборки. По мере реализации проекта они могут плавно переходить на среду Arduino или чистый C++ для оптимизации энергопотребления, использования памяти или производительности ввода-вывода. SparkFun также предлагает предварительно скомпилированные образы MicroPython, настроенные специально для его модулей IoT.
Как только устройства IoT начнут отправлять данные, X-ON предоставит панель мониторинга для мониторинга показаний датчиков, проверки состояния устройства и даже удаленной установки обновлений прошивки. Разработчики продукции могут постоянно совершенствовать свои конструкции без фактического контакта с оборудованием.
Это решение для совместной работы представляет собой идеальное решение для тестирования приложений на месте или масштабирования пилотного проекта распределенных сенсорных систем с батарейным питанием. Усиленная конструкция шлюза HX15, безопасная облачная архитектура Digi X-ON и автоматически настраиваемый стек встроенного ПО могут снизить сложность внедрения от лаборатории до развертывания на месте. Проектировщики могут проводить пилотные испытания приложений на основе фактических данных датчиков в реальных средах, а затем просто реплицировать конфигурации узлов и шлюзов для достижения масштабируемости без необходимости разработки встроенного ПО или облачной интеграции.
Модуль Интернета вещей SparkFun на базе RP2350, платформа Digi X-ON и гибкая экосистема микроконтроллеров Raspberry Pi обеспечивают уникальный упрощенный путь от прототипа до развертывания. Будь то тестирование новых датчиков, проверка дальности передачи LoRaWAN или оптимизация энергопотребления, эта комбинация может способствовать экспериментальным исследованиям, одновременно отвечая строгим требованиям готовой к производству конструкции.
Используя открытое оборудование и стандартизированные соединения, проектировщики могут гарантировать, что их проекты Интернета вещей будут иметь хорошую адаптируемость и надежность в процессе разработки. По мере развития требований проекта приложения, созданные на этой платформе, также могут поддерживать более высокую мобильность и гибкость.