Sponsorētais saturs: integrēti viena paneļa risinājumi ērtai bezvadu tīkla izstrādei
Bezvadu savienojums nodrošina vienkāršāko ceļu uz mākoni, ļaujot piekļuvi Io plaša spektra lietojumprogrammām. Izmantojot bezvadu atbalstu, nav nepieciešams vadīt kabeļus katras ierīces atrašanās vietai, un viedie protokoli, piemēram, Bluetooth, ļauj ērti iestatīt ierīces no praktiski jebkuras vietas.
Bezvadu tehnoloģiju iespējas
Inženieru grupām tagad ir pieejams plašs bezvadu savienojumu iespēju klāsts, kas ir piemērots to lietojumam.
Mazs darbības attālums: Nelielā diapazonā izmantošanai mājās vai birojā Bluetooth un WiFi aptver visas iespējas, kas vajadzīgas mazjaudas un liela joslas platuma nodrošināšanai. Pat lielākās instalācijās, piemēram, lielas noliktavas vai veikala grīdas vidē, izmantojot WiFi vārtejas un tīkla tīklus mazjaudas tīklos, piemēram, Bluetooth vai Zigbee, ievērojami paplašinās darbības diapazons.
Vidējā diapazons: Bezvadu tīkli, piemēram, LoRaWAN un Sigfox, dod iespēju piekļūt ierīcēm vairāku desmitu kilometru diapazonā par ļoti zemām izmaksām. Šie tīkli ir izstrādāti, lai pārvadātu nelielu datu daudzumu, atbalstot datus par ātrumu līdz 50 kb / s LoRaWAN gadījumā, un atšķirībā no mobilajiem pakalpojumiem šiem tīkliem baits neaprēķina. Lietotāji var darbināt paši savus vārtus, kas var būt nepieciešami apkalpošanai attālās vietās, bet arī nodrošina opcijas, kur mobilā tīkla pārklājums var nebūt uzticams. Pakalpojumu sniedzēji, piemēram, The Things Network, ir izveidojuši publiskus tīklus, kuru pamatā ir LoRaWAN un kas aptver visas pilsētas un to priekšpilsētas. Tīklu lietai tagad darbojas vairāk nekā 8000 vārti, kas aptver daudzas lielas Rietumeiropas pilsētas un priekšpilsētas un blīvi apdzīvotās ASV daļas.
Liela diapazona / plaši izplatīta: Ja nepieciešams plašāks pārklājums un lietojumprogramma var atbalstīt norēķinus par lietošanu, dizaineri var izmantot 2G, 3G un 4G mobilos tīklus.
Bezvadu savienojumu vēsture
Problēma, ar kuru agrāk saskārās daudzi dizaineri, bija tā, ka efektīvu RF saskarņu izstrāde, lai nodrošinātu bezvadu savienojumu, ir sarežģīta un laikietilpīga. Lai nodrošinātu augstu signāla un trokšņa attiecību, ar augstfrekvences signāliem, kas jāpārraida no antenas uz uztvērēju, nepieciešama saudzīga apstrāde. Pati antena var dramatiski ietekmēt veiktspēju, ar nelielām formas un struktūras izmaiņām, kas nozīmē atšķirību starp RF raiduztvērēju, kas darbojas vēlamajā diapazonā, un tādu, kas ir efektīvs tikai nelielos attālumos. Turklāt bezvadu sistēmām ir jāiztur stingri testi, kas nosaka, vai sistēma traucēs citiem lietotājiem pat joslās, kurām nav nepieciešama īpaša radio licence, piemēram, 2,4 GHz joslās, kuras izmanto Bluetooth, WiFi un citas.
Tradicionālajiem viena paneļa datoriem (SBC) nebija bezvadu savienojuma, liekot projektēšanas komandām izstrādāt pielāgotus moduļus, bet, attīstoties ekosistēmām ap Raspberry Pi, BeagleBone un Arduino, tika izstrādāti gatavi moduļi, kurus varēja izmantot kopā ar SBC. Iespējas ietvēra, piemēram, Raspberry Pi moduli WiPi, savienojumu ar procesora moduli izmantojot USB portu. BeagleBone un Arduino nodrošināja līdzīgas bezvadu moduļu iespējas, savienojot caur tapu galvenes savienotājiem.
Lai gan papildu bezvadu moduļu izmantošana samazināja laiku, kas saistīts ar aparatūras projektēšanu, tas neizslēdza laiku, kas saistīts ar citiem bezvadu integrācijas aspektiem. Projektētājam daudzos gadījumos pašiem jāveic testēšana, lai nodrošinātu atbilstību tiesību aktiem, kas attiecas uz radiofrekvenču izstarošanu vietās, kur viņi vēlas pārdot produktus.
Papildu pieprasījumu laika un izmaksu ziņā radīja programmatūras integrācijas process. Ir daudz silīcija raiduztvērēja izvēles, īpaši ar populāriem maza darbības attāluma, mazjaudas bezvadu protokoliem, piemēram, Bluetooth vai WiFi. Protokola atbalstu bezvadu modulim nodrošina īpašs SoC, kurš pats darbojas ar daudzām programmaparatūras bibliotēkām, taču dažos gadījumos resursdatora SBC var nākties darboties augsta līmeņa protokola slāņiem, izmantojot kaut kādu patentētu sērijas protokolu. pārsūtīt datus starp slāņiem. Integrators būtu atbildīgs par šo programmatūras elementu saliedētu apvienošanu.
Mūsdienu risinājumi bezvadu savienojumam
Tā kā bezvadu savienojamība ir kļuvusi populārāka, SBC ražotāji un integrētas aparatūras un programmatūras izstrādes vides, piemēram, Arduino, ir izvēlējušās dažādus veidus, kā panākt bezvadu atbalstu savās produktu līnijās. Izvēle ietver integrētus risinājumus, kas izmanto integrācijas priekšrocības, ko nodrošina aizvien pieaugošais mikrokontrolleru klāsts un kuros ir tiešs bezvadu protokolu atbalsts. Citi izmanto modulāras arhitektūras, lai dizaineriem piedāvātu izvēles iespējas bezvadu savienojumiem, ko var izmantot ar kopēju pamatplati.
Integrētā moduļa izmantošana sniedz vairākas galvenās priekšrocības, starp kurām ir arī tā, ka visa SBC, ieskaitot bezvadu savienojumu, ir pārbaudīta attiecībā uz RF emisiju likumdošanas ievērošanu visās teritorijās, kurās moduļi ir pieejami pārdošanai. Inženieru komanda var izmantot arī iepriekš integrētas programmaparatūras priekšrocības, kas dažos gadījumos bezvadu savienojumu var padarīt tik vienkāršu kā datu nosūtīšana caur seriālo portu, un bieži vien integrētie risinājumi piedāvā mazāku enerģijas patēriņu nekā pamatplašu un papildmoduļu kombinācijas, jo piegādātāji ir spējuši pilnībā izmantot apstrādi, kas ir pieejama gan pamata MCU, gan procesora kodolos bezvadu uztvērēju iekšpusē.
Integrācijas rezultāts ir mazāks kopējais izstrādes laiks un mazāki formas faktori, salīdzinot ar dizainiem, kuru pamatā ir vairāku dēļu sviestmaizes. Ļoti bieži izmaksas tiek samazinātas lielākas integrācijas dēļ, un izstrādātāji var turpināt izmantot galvenes tapu un līdzīgu saskarņu priekšrocības, lai pievienotu pielāgotus sensoru moduļus.
Izstrādātājiem ir pieejami jaudīgi augstas integrācijas risinājumi, piemēram, Raspberry Pi 4 Model B dators (iepriekš). Tas piedāvā novatoriskus procesora ātruma, multimediju veiktspējas, atmiņas un savienojamības palielinājumus (salīdzinājumā ar iepriekšējās paaudzes Raspberry Pi 3 modeli B +), vienlaikus saglabājot savietojamību un līdzīgu enerģijas patēriņu. Produkta galvenajās funkcijās ietilpst augstas veiktspējas 64 bitu četrkodolu Cortex-A72 (ARM v8) procesors, divu displeju atbalsts ar izšķirtspēju līdz 4K, izmantojot mikro-HDMI portu pāri, aparatūras video dekodēšana ar ātrumu līdz 4Kp60, 4 GB RAM, divjoslu 2,4 / 5,0 GHz bezvadu LAN, Bluetooth 5.0, Gigabitu Ethernet, USB 3.0 un PoE iespējas (izmantojot atsevišķu PoE HAT papildinājumu). Divjoslu bezvadu LAN un Bluetooth ir modulāra atbilstības sertifikācija, kas ļauj dēli pārveidot par gala produktiem ar ievērojami samazinātu atbilstības pārbaudi, uzlabojot gan izmaksas, gan laiku, lai nonāktu tirgū.
BeagleBone Black (zemāk) aizstāj oriģinālā SBC dizaina Ethernet kontrolieri ar 2,4 GHz WiFi saskarni un Bluetooth 4.1 un BLE uztvērēju. Integrētais modulis ir veidots ap Octavo Systems SIP. Tas savieno Arm Cortex-A8 procesoru ar 512 GB ātrdarbīgu DDR atmiņu un 4 GB zibspuldzi. Lai atbalstītu lietojumprogrammas, kurām nepieciešama ātrdarbīga I / O apstrāde, TI izgatavotu procesoru atbalsta divas programmējamas reālā laika vienības (PRU). PRU izkrauj uzdevumus, kam nepieciešama zema latentuma apstrāde no Arm procesora, nodrošinot lielāku operētājsistēmas, lietotāja interfeisa un sistēmas pārvaldības funkciju platību.
Vienkāršāka dizaina nodrošināšanai daļiņa Photon saista Cortex-M3 mikrokontrolleru no STMicroelectronics ar Cypress WiFi kontrolieri: tāda paša veida kā tas, ko izmanto viedās mājas ierīcēs, piemēram, Nest Protect un Amazon Dash. Daļiņu elektrons ņem to pašu galvenā procesora kompleksu un piemēro to 3G šūnu raiduztvērējam, nodrošinot iespēju veidot IoT mezglus, kuriem nav nepieciešams lokāls vārteja, lai izveidotu savienojumu ar mākoni.
Modulārie risinājumi nodrošina vēl vienu veidu, kā panākt bezvadu savienojumu ar SBC balstītu sistēmu. Izmantojot Arduino produktu klāstu, izstrādes komanda var izvēlēties no dažādiem moduļiem - Arduino ekosistēmā dēvētajiem vairogiem -, lai pievienotu RF interfeisu pamatplatei. Vairogi MKR saimē pievieno lokālā vai plaša apgabala bezvadu tīkla savienojumu. Gan MKR 1000, gan 1010 ietilpst WiFi uztvērējs. WAN 1300 nodrošina LoRA savienojumu un GSM 1400 piekļuvi daudzajiem mobilo sakaru tīkliem, kas pieejami visā pasaulē. Turklāt MKRFOX 1200 darbojas kā saskarne ar SigFox mazjaudas platjoslas tīklu.
Katru no šiem vairogiem var uzstādīt uz nesējplates, piemēram, Genuino Zero vai Due, izmantojot tapu galvenes savienotājus. Ievērojama daudzu bezvadu savienojamības moduļu saimes īpašība ir savs 32 bitu mikrokontrolleris, kura pamatā ir Arm Cortex-M0 + kodols. Izstrādātāji var izmantot M0 + priekšrocības, lai no pārvadātāja galvenā procesora lejupielādētu pakešu apstrādi, piemēram, šifrēšanu un saspiešanu. Alternatīvi, tādas ierīces kā MKR1000 var izmantot kā atsevišķus moduļus ierobežotas telpas sistēmās, noņemot tapu galvenes, lai samazinātu kopējo skaļumu.
Izstrādes komplekti nodrošina citas iespējas inženieru komandām, galvenokārt tiem, kas vēlas projektēt pielāgotus moduļus apjoma ražošanai. Izstrādes komplekti ir izstrādāti, lai komandas izveidotu un darbotos pēc iespējas ātrāk. Piemēram, element14 izstrādes komplekts SimpleLink sensora līdz Cloud Linux vārtejai nodrošina visaptverošu risinājumu. Komplektā ir visi komponenti, kas nepieciešami pilna sensoru tīkla izveidošanai, ieskaitot vārtejas risinājumu, kura pamatā ir BeagleBone Black tāfele, kas papildināta ar WiFi, kā arī CC1350 LaunchPad komplekts, kas darbosies kā liela attāluma sensora mezgls.
Pateicoties bagātīgajam platformu portfelim, sākot no prototipu komplektiem un beidzot ar vispārējiem SBC, kurus var izmantot ražošanas sistēmās, inženieru komandas tagad var pilnībā izmantot jaunos biznesa modeļus, ko bezvadu savienojumi padara iespējamus IoT laikmetā. un piegādā ļoti diferencētus risinājumus, neveicot RF dizaina sarežģītību.
Autors Ankur Tomar, Farnell reģionālo risinājumu mārketinga vadītājs