Κατά τη δημιουργία εφαρμογών κατανεμημένων αισθητήρων με τροφοδοσία μπαταρίας που βασίζονται στη μετάδοση μικρών ποσοτήτων δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις, πρέπει να πληρούνται τρεις βασικές απαιτήσεις: εξαρτήματα εξαιρετικά χαμηλής ισχύος, αξιοπιστία σε μη ελεγχόμενα περιβάλλοντα και σχετικά απλή και επεκτάσιμη αρχιτεκτονική. Αυτό καθιστά το LoRaWAN (Δίκτυο ευρείας περιοχής μεγάλης εμβέλειας) ιδανική επιλογή για σενάρια όπως έξυπνα κτίρια, περιβάλλοντα πανεπιστημιούπολης, λιανική και βιομηχανική παρακολούθηση.
Οι εφαρμογές LoRaWAN έχουν εμβέλεια μετάδοσης πολλών μιλίων, διάρκεια μπαταρίας πολλών ετών και πλεονεκτήματα κόστους-αποτελεσματικότητας. Η επικοινωνία LoRaWAN μπορεί να καλύψει αγροκτήματα ή εργοστάσια μέσω μιας ενιαίας πύλης χωρίς την ανάγκη δρομολόγησης δικτύου κινητής τηλεφωνίας, Wi-Fi ή πλέγματος.
Το 2015, με την υποστήριξη της LoRa Alliance, το LoRaWAN καθιερώθηκε επίσημα ως ανοιχτό επίπεδο MAC και αρχιτεκτονική δικτύου. Είναι ένα ανοιχτό πρωτόκολλο και αρχιτεκτονική ασύρματου δικτύου χαμηλής κατανάλωσης που ξεπερνά τις εναλλακτικές λύσεις όπως το κυψελοειδές IoT, το Wi Fi, το BLE, το Zigbee, το Thread και ιδιόκτητα ραδιόφωνα sub GHz όσον αφορά την επεκτασιμότητα, την απλότητα και τη διαλειτουργικότητα.
Η συμμαχία συνεργασίας μεταξύ της Digi και του SparkFun αναμένεται να επιταχύνει τη διαδικασία από την εννοιολογική σύλληψη στην πραγματική ανάπτυξη. Η συμμαχία ενσωματώνει την πλατφόρμα IoT X-ON edge στο cloud της Digi με το υλικό του SparkFun, καθώς και τους μικροελεγκτές Raspberry Pi.
Συγκεκριμένα, οι σχεδιαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν την πλακέτα ανάπτυξης SparkFun 26060 IoT Node (Εικόνα 1), η οποία έχει ενσωματωμένες μονάδες ασύρματου πομποδέκτη Digi XBee LR και ένα ισχυρό Raspberry Pi 2350A.
Εικόνα 1: Ο κόμβος SparkFun 26060 IoT είναι εξοπλισμένος με έναν ενσωματωμένο πομποδέκτη Digi XBee, ο οποίος επιτρέπει τη σύνδεση με την πλατφόρμα cloud Digi X-On. (Πηγή εικόνας: SparkFun)
Αυτή η μονάδα συνδέεται αυτόματα με την πλατφόρμα cloud IoT Digi X-ON μέσω της πύλης Digi HX15 LoRaWAN (Εικόνα 2). Αυτή η πύλη μπορεί να αγοραστεί χωριστά ή να παρέχεται ως μέρος του κιτ SparkFun 27213 Digi X-ON (έκδοση Βόρειας Αμερικής).
Εικόνα 2: Η πύλη HX15 της Digi παρέχει μια διεπαφή δεδομένων για αισθητήρες LoRaWAN και μπορεί να συνδεθεί στην πλατφόρμα cloud Digi X-ON μέσω Ethernet ή ενός προαιρετικού δικτύου LTE. (Πηγή εικόνας: Digi International)
Το οικοσύστημα SparkFun Qwiic Connect απλοποιεί σημαντικά τη διαδικασία επέκτασης υλικού με τη συνεχώς επεκτεινόμενη βιβλιοθήκη με πάνω από 100 αισθητήρες, ενεργοποιητές και οθόνες plug and play. Όλα τα στοιχεία του συστήματος διασυνδέονται μέσω μιας γενικής διεπαφής I ² C και τυποποιημένων υποδοχών JST 4 ακίδων. Το IoT Node του SparkFun συνοδεύεται από προ-μεταγλωττισμένο υλικολογισμικό που εντοπίζει αυτόματα τους συνδεδεμένους αισθητήρες SparkFun Qwiic και μεταδίδει δεδομένα μέσω του LoRaWAN χρησιμοποιώντας τη μονάδα Digi XBee LR. Αυτή η μονάδα είναι συνδεδεμένη στην πύλη HX15 και ωθεί δεδομένα στην πλατφόρμα cloud Digi X-ON μέσω Ethernet ή προαιρετικού LTE. Το Digi X-ON διαθέτει κρυπτογραφημένες δυνατότητες μετάδοσης από πύλη στο cloud, ασφαλή έλεγχο πρόσβασης χρήστη και δυνατότητες διαχείρισης μεταδεδομένων σε επίπεδο συσκευής.
Για τους σχεδιαστές, δεν χρειάζεται να ρυθμίσετε πύλες ή να εγγράψετε το LoRaWAN. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη λειτουργία πρόσβασης αισθητήρα μηδενικής διαμόρφωσης για να επιτύχουν ροή δεδομένων έτοιμη για σύννεφο από κόμβους προς το νέφος, χωρίς να χρειάζονται ρυθμίσεις παραμέτρων χρήστη, κωδικοποίηση ή ρυθμίσεις διακομιστή μεσολάβησης MQTT σε όλη τη διαδικασία. Αυτό κάνει την ταχεία δημιουργία πρωτοτύπων, την επικύρωση ιδέας ή την ανάπτυξη να λειτουργούν σχεδόν χωρίς (εάν είναι απαραίτητο) να βασίζεστε στην τεχνογνωσία της LoRa ή της τεχνολογίας cloud.
Οι σχεδιαστές μπορούν να ρυθμίσουν με ακρίβεια τους ρυθμούς δειγματοληψίας, να προσθέσουν υποστήριξη για περισσότερους αισθητήρες Qwiic ή να προσαρμόσουν τις μορφές ωφέλιμου φορτίου χωρίς να ξεκινήσουν από την αρχή. Η πλατφόρμα Digi X-ON παρέχει μια κεντρική προβολή όλων των αναπτυγμένων κόμβων, παρακολούθηση χρόνου εκτέλεσης, διάρκεια ζωής μπαταρίας, ποιότητα σήματος και ιστορικό σύνδεσης - όλες οι βασικές ενδείξεις για την αντιμετώπιση προβλημάτων και τη βελτιστοποίηση κατανεμημένων δικτύων αισθητήρων.
Ευελιξία ροής εργασιών
Το RP2350 παρέχει μοναδική ευελιξία ροής εργασίας για σχεδιαστές προϊόντων, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη εφαρμογών με βάση τα Arduino, MicroPython και C/C++ (χρησιμοποιώντας το Pico SDK). Λόγω της συμβατότητάς του και με τα τρία περιβάλλοντα ανάπτυξης, το SparkFun IoT Node παρέχει στους σχεδιαστές άφθονη επιλογή και ευελιξία, επιτρέποντας στις ροές εργασίας να ταιριάζουν με τις επαγγελματικές τους δεξιότητες - από μεταφορά και απόθεση σεναρίων στην Python έως βελτιστοποιημένη ανάπτυξη κώδικα C με χρήση επιτάχυνσης υλικού.
Οι σχεδιαστές μπορούν να αναπτύξουν γρήγορα πρωτότυπα εφαρμογών στο MicroPython, να δοκιμάσουν συμβατούς αισθητήρες Qwiic σε περιβάλλοντα πραγματικού χρόνου ή να προσαρμόσουν τα διαστήματα δειγματοληψίας. Καθώς το έργο εξελίσσεται, μπορούν να μεταβούν απρόσκοπτα σε περιβάλλοντα Arduino ή καθαρά C++ για να βελτιστοποιήσουν την κατανάλωση ενέργειας, τη χρήση μνήμης ή την απόδοση I/O. Το SparkFun προσφέρει επίσης προ-μεταγλωττισμένες εικόνες MicroPython προσαρμοσμένες ειδικά για τις μονάδες IoT του.
Μόλις οι συσκευές IoT αρχίσουν να στέλνουν δεδομένα, το X-ON θα παρέχει έναν πίνακα εργαλείων για την παρακολούθηση των μετρήσεων των αισθητήρων, τον έλεγχο της κατάστασης της συσκευής και ακόμη και την εξ αποστάσεως προώθηση ενημερώσεων υλικολογισμικού. Οι σχεδιαστές προϊόντων μπορούν να βελτιώνουν συνεχώς τα σχέδιά τους χωρίς πραγματική επαφή με τον εξοπλισμό.
Αυτή η συλλογική λύση παρέχει μια ιδανική λύση για επιτόπιες δοκιμές εφαρμογών ή πιλοτική κλίμακα έργων κατανεμημένων συστημάτων αισθητήρων που τροφοδοτούνται από μπαταρία. Η σχεδίαση ενίσχυσης της πύλης HX15, η ασφαλής αρχιτεκτονική cloud του Digi X-ON και η αυτόματα ρυθμισμένη στοίβα υλικολογισμικού μπορούν όλα να μειώσουν τη δυσκολία υλοποίησης από την ανάπτυξη του εργαστηρίου στην επιτόπια ανάπτυξη. Οι σχεδιαστές μπορούν να διεξάγουν πιλότους εφαρμογών με βάση τα πραγματικά δεδομένα αισθητήρων σε πραγματικά περιβάλλοντα και, στη συνέχεια, απλώς να αναπαράγουν διαμορφώσεις κόμβων και πυλών για να επιτύχουν επεκτασιμότητα χωρίς την ανάγκη ανάπτυξης υλικολογισμικού ή ενσωμάτωσης cloud.
Η μονάδα IoT του SparkFun που βασίζεται στο RP2350, η πλατφόρμα X-ON της Digi και το ευέλικτο οικοσύστημα μικροελεγκτή του Raspberry Pi παρέχουν μια μοναδική απλοποιημένη διαδρομή από το πρωτότυπο στην ανάπτυξη. Είτε δοκιμάζει νέους αισθητήρες, επαληθεύει το εύρος μετάδοσης LoRaWAN είτε βελτιστοποιεί την κατανάλωση ενέργειας, αυτός ο συνδυασμός μπορεί να υποστηρίξει την πειραματική εξερεύνηση ενώ ικανοποιεί τις αυστηρές απαιτήσεις του σχεδιασμού έτοιμου για παραγωγή.
Χρησιμοποιώντας ανοιχτό υλικό και τυποποιημένες συνδέσεις, οι σχεδιαστές μπορούν να διασφαλίσουν ότι τα έργα IoT τους έχουν καλή προσαρμοστικότητα και ανθεκτικότητα κατά τη διαδικασία ανάπτυξης. Καθώς οι απαιτήσεις του έργου εξελίσσονται, οι εφαρμογές που έχουν δημιουργηθεί σε αυτήν την πλατφόρμα μπορούν επίσης να διατηρήσουν ισχυρότερη φορητότητα και ευελιξία.