Wejście inżyniera w świat IoT – krótki czas tworzenia prototypu

Gdy na szczeblu managerskim zapadnie decyzja o wejściu w świat IoT, do pracy zabiera się projektant. Jednym z pierwszych jego zadań jest poznanie konceptu i ogólnych założeń urządzenia lub platformy, którą będzie tworzył. Gdy już wszystkie informacje zostaną zebrane, a pierwotny koncept produktu zoptymalizowany, można przystąpić do projektowania urządzenia oraz szukania odpowiednich narzędzi do zrealizowania celu. Trzeba przyznać, że zakres prac do zrealizowania jest naprawdę spory. W tym miejscu projektant stoi przed jednym z kluczowych momentów w projekcie - wyboru technologii komunikacyjnej. Niejednokrotnie najdogodniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie komunikacji bezprzewodowej, dzięki czemu urządzenia będą mogły komunikować się ze sobą, bez konieczności prowadzenia przewodów. Poza wspomnianą mobilnością, sieć bezprzewodowa cechuje się stosunkowo niskim kosztem wytworzenia, skalowalnością, dużą różnorodnością wyboru topologii oraz (w zależności od wybranego typu) możliwością pokrycia bardzo dużego obszaru. Istnieją bowiem sieci typu PAN (Personal Area Network), które dysponują zasięgiem na poziomie od kilku centymetrów do kilkunastu metrów. Kolejną grupą są sieci lokalne (Local Area Network), które dysponują zasięgiem na poziomie kilkudziesięciu metrów. Prawdopodobnie najbardziej popularnym przedstawicielem tej grupy jest Wi-Fi. Możliwością uzyskania największych zasięgów cechuje się natomiast sieć typu WAN – Wide Are Network. W sieciach tego typu, kolejne jej elementy mogą być oddalone od siebie nawet o kilka kilometrów. Niektórzy znawcy tematu wyróżniają jeszcze sieci miejskie MAN (Metropolitan Area Network), których zasięgi kształtują się na poziomie kilkuset metrów. Należy jednak pamiętać, że wybrana sieć bezprzewodowa, musi posiadać możliwość łatwego połączenia z Internetem. Tylko w takim przypadku urządzenie będzie spełniało wymagania świata Internet of Things. Kolejnym istotnym punktem do rozważenia przez projektanta jest wybór właściwej topologii pracy sieci. Warto w tym miejscu przypomnieć kilka najpopularniejszych połączeń bezprzewodowych. Pierwszą z nich jest sieć typu Point to Point. Jest to najprostsza forma połączenia dwóch (lub więcej) urządzeń, cechująca się dużą prostotą konfiguracji. Elementy pracujące w sieci tego typu, najcześciej mają możliwość zarówno nadawania jak i odbierania informacji. Bardziej zaawanowana struktura i funkcjonalność występuje w sieci Ad-Hoc, która posiada zdecentralizowaną strukturę. Urządzenia potrafią komunikować się ze sobą w określonym standardzie, pełniąc funkcję terminala końcowego lub punktu dostępowego dla kolejnych elementów sieci. Trzecim bardzo popularnym rozwiązaniem jest topologia star. Centralny element sieci (zwany koorydnatorem lub koncentratowem) steruje pozostałymi urządzeniami (węzłami), z którymi jest połączony. Węzły sieci nie mają jednak możliwości komunikowania się pomiędzy sobą. Topologia gwiazdy charakteryzuje się skalowalnością oraz łatwą lokalizacją awarii w przypadku utraty połączenia. Do najczęściej wybieranych topologii należy również topologia mesh, zwana również kratową. Podobnie jak w przypadku topologii start, to koordynator zarządza pracą całej sieci. W tej strukturze węzły wchodzące do sieci są jednocześnie reapterami, które przekazują pakiety danych do kolejnych elementów. Dzieki temu znacznie została zwiększona niezawodność sieci. Najczęściej bowiem istnieje kilka dróg połączenia z danym węzłem. Dodatkowo specyfika topologii daje możliwość szybkiej detekcji potencjalnych awarii i rozbudowy sieci. Rozwiązań jest tak wiele, że nie ma sensu ich wymieniać w tym miejscu. Dostępne są bowiem na wschodzie i zachodzie świata, a różnią się niemal wszystkim - począwszy od rozmiaru modułów, ilością przesyłanych danych, przez sposób przesyłu i ich ochronę, a skończywszy na cenie włącznie. W zależności od potrzebnej funkcjonalności, rolą projektanta jest dobór optymalnego rozwiązania. Jednym z nich jest technologia IQRF. To co jednak najistotniejsze dla projektanta – technologia ta jest bardzo szybka do wdrożenia dzięki rozwiązaniom przygotowanym przez firmę IQRF Tech. Ma to niebagatelne znaczenie dla projektanta w kontekście dalszego etapu projektu, a mianowicie budowaniu prototypu. Z informacji przekazanych przez klientów wynika, iż pierwsze prototypy powstają w ciągu 4-7 tygodni, licząc od momentu wyboru technologii dla danego projektu. Technologia IQRF została tak zaprojektowana, aby poza niezawodnością w przesyłaniu danych, wyróżniała się możliwością szybkiego wdrożenia przez projektanta. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu elastycznego sposobu przyłączenia jakim jest SIM-holer. Proces prototypowania cechuje się tym, że (pisząc wprost) nie każdy prototyp spełnia w 100% oczekiwania projekt menadżera, zarówno od strony sprzętowej jak i funkcjonalnej. Dlatego takie rozwiązanie może obniżać koszty prototypowania urządzeń, co jest bardzo istotne z punktu widzenia menadżera projektu, odpowiedzialnego za stronę finansową przedsięwzięcia. Firma IQRF Tech zdaje sobie sprawę, że część projektantów unika zbędnych złącz. Dlatego też dla tej grupy przygotowany został moduł serii DCTR 76, który jest lutowany bezpośrednio na płytę PCB.

Rys. 1. Moduły serii DCTR 72 oraz SIM konektor KON-SIM-02

Gdy już urządzenie od strony hardware’u jest gotowe, do pracy przystępuje inżynier aplikacyjny. Jego rolą jest utworzenie aplikacji, która będzie spełniała założenia funkcjonalności. W tym miejscu należy podkreślić, że najczęściej konieczne jest odpowiednie oprogramowanie urządzeń jak i utworzenie aplikacji, która jest obsługiwana przez klienta końcowego. W zależności od potrzeb i specyfiki projektu, będzie to aplikacja lokalna lub webowa.

Rys. 2. Okno główne aplikacji IQRF IDE

W tym momencie warto zastanowić się i zadać sobie pytanie, co jest potrzebne designerowi, aby mógł utworzyć aplikację w stosunkowo krótkim czasie. Zależność wydaje się dosyć jednoznaczna- im mniej pracy do wykonania, tym szybciej projekt zostanie ukończony. Nie bez znaczenia jest również jakość świadczonego wsparcia technicznego oraz dostępność dokumentacji technicznej. Warto jednak pamiętać, iż dla wielu inżynierów, bardzo cenna i dogodna jest dostępność gotowych przykładów, w których można zweryfikować logikę kodu źródłowego, a następnie przetestować lub nawet dostosować go do własnych potrzeb. Pełnią szczęścia jest, gdy takie działania można wykonywać w pełni legalnie i bezpłatnie. Nie mniej cennym udogodnieniem dla inżyniera aplikacyjnego jest możliwość pisania oraz testowania aplikacji w jednym środowisku. Jest to bardzo wygodne rozwiązanie, pozwalające zaoszczędzić wiele czasu, a co za tym idzie - pieniędzy. IQRF Tech odpowiadając na te potrzeby przygotował aplikację IQRF IDE. Jest to bezpłatne środowisko, z którego projektanci mogą korzystać w tracie pisania i testowania programu. Jej atutem jest prostota oraz funkcjonalność połączona z intuicyjnym interfejsem. Z poziomu IQRF IDE w procesie prototypowania najczęściej sterowane są urządzenia. Aplikacja dzięki dostępnym deamon’om jest w pełni kompatybilna z popularnymi mikrokomputerami takimi jak Arduino, Raspberry Pi czy też profesjonalnymi mikrokomputerami od firmy AAEON. Więcej informacji o aplikacji jak i innych narzędziach wspomagających i przyśpieszających wejście do świata IoT znajdą Państwo na stronie www.iqrf.org. Autor: Piotr Antończyk, IQRF Tech s.r.o © IQRF