Aplikacje IoT w sieciach bezprzewodowych PAN i WAN (cz.2)

Rozwiązania wieloprotokołowe Chociaż standard Bluetooth jest chętnie rozwijany, nie jest jedynym protokołem bezprzewodowym, który może zostać użyty w IoT. Jest mało prawdopodobne, aby każdy protokół spełniał wymagania wszystkich aplikacji, a zatem istnieje potrzeba współistnienia w paśmie ISM 2,4GHz innych systemów, które wypełnią tą lukę. W tym celu niektórzy producenci oferują urządzenia, które zawierają wiele protokołów bezprzewodowych w jednym urządzeniu, dając projektantom i konsumentom maksymalny wybór. Jednym z rozwiązań są układy SoC z rodziny Mighty Gecko od firmy Silicon Labs. Dzięki wysokiej wydajności mikroprocesora ARM Cortex-M4 z DSP, układ EFR32MG12 może obsługiwać różne protokoły komunikacji bezprzewodowej ZigBee, Thread, Bluetooth 5 a także autorskie rozwiązania. Firma Silicon Labs wyposażyła układ w liczne funkcjonalności, szczególnie ważne dla aplikacji IoT - interfejs LESENSE (Low-Energy Sensor Interface) i wielokanałowy interfejs pojemnościowy CSEN (Capacitive Sense Interface). Rysunek 3. W pełni zintegrowany moduł radiowy w układzie EFR32MG12 Blok RFSENSE pozwala urządzeniu „obudzić się” po odebraniu sygnału RF i demodulować go autonomicznie (bez wybudzania MCU). Funkcje zaprojektowano w taki sposób, aby zmaksymalizować żywotność urządzeń zasilanych baterią lub energią pobraną z otoczenia. Możliwe jest nawet użytkowanie EFR32 z energii zbieranej z pętli prądowej 4-20mA. Rysunek 4. Tryby o niskim poborze mocy mogą pomóc w obsłudze aplikacji IoT zasilanych energią pobraną z odnawialnych źródeł Skuteczne zarządzanie jest ważne w procesach zbierania energii, które obejmują jej przechowywanie. Można zastosować banki energetyczne w postaci kondensatorów elektrolitycznych, super kondensatorów lub po prostu małych akumulatorów. Ze względu na to, że w chwili uruchomienia występuje duży prąd rozruchu, konieczne może okazać się znalezienie sposobu na zahamowanie włączenia zasilania dla układu SoC, zanim bank energii nie będzie wystarczająco naładowany. Rozwiązaniem może stać się przełącznik do kontroli zasilania. W tym celu histereza w przełączniku powinna być tak zaprojektowana, aby zapobiec wyczerpaniu MCU, gdy poziom napięcia spadnie poniżej poziomu rozładowania podczas rozruchu. Rysunek 5. Koncepcja przełącznika do kontroli zasilania Sieć WAN o małej mocy Obecnie komunikacja bezprzewodowa nie ogranicza się tylko do PAN, możliwe jest wdrożenie aplikacji IoT przez bezprzewodową sieć WAN, zapewniając komunikację na znacznie większych odległościach. Istnieje wiele technologii sieci szerokopasmowych o małej mocy przeznaczonych do zastosowań zasilanych baterią, takich jak LoRaWAN, Weightless, Sigfox, a nawet LTE. Jeśli chodzi o zakres, Sigfox jest szczególnie imponujący, bo pozwala na osiągnięcie odległości transmisji do 1000 km. Realizowane jest to za pomocą technologii radiowej wykorzystującej bardzo wąskie pasmo, działające w oparciu o autorskie sieci i proste protokoły, które nie wymagają konieczności nawiązania połączenia przed transmisją. Implementacja sieci WAN o małej mocy jest różna od PAN, ale stworzenie połączenia nie jest trudne. Przykładem może być wykorzystanie pojedynczego modułu radiowego ATA8520D firmy Microchip dla sieci Sigfox. Rysunek 6. Przykład wykorzystania układu ATA8520D firmy Microchip Niewątpliwie rynek urządzeń IoT został już naznaczony przez technologię bezprzewodową. Rozwój układów umożliwił wprowadzenie nowych protokołów transmisji ale najprawdopodobniej nie zostanie zdominowany przez pojedyncze rozwiązanie. Już dzisiaj istnieje potrzeba stosowania układów, w których możliwa jest implementacja wielu protokołów bezprzewodowych. Z roku na rok koszt wdrożenia łączności bezprzewodowej maleje, podobnie jak złożoność projektów. Rozwój w pełni zintegrowanych układów SoC, zawierających wiele protokołów, układy wejścia torów radiowych, potężne MCU i energooszczędne rozwiązania, pozwolą w przyszłości na połączenie wielu urządzeń IoT. Wybór właściwego protokołu bezprzewodowego dla danej aplikacji może okazać się jednak trudniejszy. W miarę zwiększania się wzajemnych nakładów, staje się mniej oczywiste (a być może mniej ważne), który protokół wybrać. Wysiłki tworzenia urządzeń wieloprotokołowych mogłyby rozwiązać ten problem tak szybko, jak się pojawił. Jedna rzecz jest jasna. Ilość połączeń bezprzewodowych na poziomie PAN i WAN rośnie, przynosząc większą elastyczność, kontrolę i ogólną funkcjonalność wszystkim branżom. Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy DigiKey Wszelkie prawa zastrzeżone © DigiKey