Una dintre cele mai mari probleme cu care se confruntă în prezent piața dispozitivelor Internet of Things (IoT) este marea fragmentare a acesteia. Multitudinea de dispozitive și protocoale de comunicare face dificilă construirea unui sistem uniform și funcțional dacă decidem să folosim elemente de la diferiți producători. Există mai multe motive pentru această divizare, care nu sunt întotdeauna legate doar de dorința proiectanților de a-și promova propriile soluții licențiate. Termenul IoT acoperă multe tipuri de dispozitive.

Acestea pot fi, de exemplu, senzori mici de măsurare alimentați de surse alternative de energie și care necesită schimbul unei cantități mici de date pe distanțe mari, dar și camere la distanță care transmit imagini de înaltă rezoluție în timp real. Astfel, specificitatea dispozitivului proiectat îi obligă pe proiectanți să selecteze tehnologia de comunicații fără fir adecvată, potrivită cerințelor dispozitivului proiectat. Trebuie să țineți cont, printre altele, de durata de viață a bateriei, de domeniul de comunicare sau de cantitatea de date transferate. Răspunzând nevoilor pieței, producătorii de kituri de dezvoltare (inclusiv platforma Arduino) s-au asigurat că portofoliul lor acoperă în cea mai mare măsură posibilă nevoile constructorilor de dispozitive IoT. În articol vă prezentăm o scurtă descriere a kiturilor de dezvoltare Arduino selectate din familia MKR, pregătite pentru prototiparea rapidă a dispozitivelor IoT, utilizând comunicații fără fir în standarde precum WiFi/Bluetooth, LoRaWAN/Sigfox, GSM/3G sau NB-IoT.

Comunicare WiFi/Bluetooth cu Arduino MKR 1000/1010

Comunicarea în banda de frecvență ISM 2,4 GHz, utilizând standardele WiFi și Bluetooth, funcționează pe piața dispozitivelor IoT de câțiva ani. Pentru implementarea rapidă a prototipurilor hardware și software care utilizează comunicații WiFi, compania Arduino a dezvoltat kiturile de dezvoltare Arduino MKR WiFi 1000 și MKR WiFi 1010. Primul kit se bazează pe modulul ATSAMW25, care conține un microcontroler SAMD21, un circuit radio WINC1500 și un circuit de autentificare ECC508. Versiunea MKR 1010 a kitului este echipată cu modulul radio NINA-W102 de la u-blox, care oferă comunicare Bluetooth/BLE.

Moduele Arduino MKR WAN 1000 și MKR WAN 1010

În ceea ce privește software-ul, Arduino oferă biblioteca WiFi101 pentru modulele MKR WiFi 1000, care acceptă criptarea personală WEP și WPA2. Pentru modulul MKR WiFi 1010 (și alte kituri bazate pe modulul u-blox NINA-W102, inclusiv Arduino NANO 33 IoT), producătorul a pregătit biblioteca WiFiNINA, precum și o serie de exemple de aplicații care demonstrează integrarea cu Android IoT Cloud și Azure, AWS IoT Core, Google Firebase sau Blynk.

Comunicare LoRaWAN și Sigfox – modulele Arduino MKR WAN 13×0 și FOX 1200

Dezvoltarea dinamică a sistemelor IoT a dus la un interes sporit pentru subiectul orașelor inteligente. Din păcate, conectivitatea prin intermediul standardelor WiFi/Bluetooth/BLE este locală și nu îndeplinește toate cerințele pentru proiectele „Smart City” (care includ rețele extinse de senzori de poluare, monitorizarea nivelului apei sau ocuparea locurilor de parcare). Soluția la aceste probleme ar putea fi utilizarea unuia dintre cele două standarde de comunicare cele mai populare în domeniul LPWAN (în engleză Low Power Wide Area Network) – LoRaWAN sau Sigfox, care permit transmiterea unor cantități mici de date pe distanțe mari. Pentru prototiparea rapidă a dispozitivelor care utilizează comunicația LoRa/LoRaWAN, proiectanții Arduino au creat kituri de dezvoltare MKR WAN 1300, și succesorul său MKR WAN 1310. Ambele module se bazează pe microcontrolerul Atmel SAMD21, utilizat în alte module din seria Arduino MKR și pe modulul radio Murata CMWX1ZZABZ. Cea mai nouă versiune a modulului dispune, de asemenea, de 2MB de memorie Flash, un nou circuit de încărcare a bateriei și un circuit de alimentare optimizat pentru consum redus de energie.

Modulele Arduino MKR WAN 1300 și MKR WAN 1310

Modulele MKR WAN 13×0 funcționează cu Arduino IoT Cloud. Complexitatea soluțiilor oferite este completată de un gateway de acces optimizat pentru modulele MKR WAN 1310 Arduino Pro Gateway LoRa Connectivity.

O alternativă interesantă la comunicarea LoRa/LoRaWAN este standardul Sigfox, care pune un accent deosebit pe comunicarea de la noduri la poarta de acces. Din oferta Arduino proiectanții au la dispoziție modulul MKR FOX 1200, construit pe baza microcontrolerului Atmel SAMD21. Pentru comunicația radio este responsabil circuitul Microchip Smart RF ATA8520, a cărui cale radio a fost reglată pe frecvența ISM europeană actuală de 868 MHz.

Modulul Arduino MKR FOX 1200 pentru implementarea comunicației în rețeaua Sigfox

Comunicare GSM/3G – Arduino MKR GSM 1400 module

Nici o rețea extinsă (Mesh) care funcționează în standardul LoRa/LoRaWAN nu este în prezent capabilă să asigure o acoperire globală. Pentru proiectele IoT care necesită o comunicare aproape nelimitată, cea mai bună soluție este utilizarea standardului GSM/3G. Pentru comunicarea GSM/3G, Arduino a pregătit un modul MKR GSM 1400, echipat cu un modem SARA-U210 de la u-blox și un circuit de autentificare Microchip ECC508 pentru a pune în aplicare mecanismele de securitate a comunicațiilor. Modemul GSM încorporat asigură o acoperire de comunicare în benzile GSM 850 MHz, E-GSM 1900 MHz, DCS 1800 MHz și PCS 1900 MHz.

Pentru a simplifica procesul de dezvoltare a software-ului, producătorul furnizează biblioteca MKRGSM (care scutește programatorul de a opera modulul folosind comenzi AT de nivel scăzut), împreună cu un set bogat de exemple (inclusiv comunicații GPRS, primirea/transmiterea de mesaje text, suport pentru apeluri vocale). Modulul MKR GSM 1400 poate funcționa cu software-ul Arduino IoT Cloud, precum și cu soluții cloud alternative: Google IoT Cloud, Blynk sau SORACOM Air IoT, pentru care producătorul a pregătit un set de exemple de implementare.

Modulul Arduino MKR GSM 1400 pentru implementarea comunicațiilor în rețeaua GSM/3G

 Comunicare în rețeaua IoT în bandă îngustă – modulul Arduino MKR NB 1500:

Atunci când caracterizăm pe scurt standardele de comunicare selectate pentru dispozitivele Internet of Things, este imposibil să omitem soluțiile bazate pe standardul IoT în bandă îngustă (Narrowband IoT, NB-IoT), care utilizează banda LTE de 800 MHz sub licență pentru comunicare. În mod similar cu soluțiile LoRaWAN și Sigfox, NB-IoT face parte din grupul LPWAN, asigurând astfel o comunicare stabilă pe suprafețe mari, cu utilizarea unor module radio eficiente din punct de vedere energetic, ceea ce asigură mulți ani de funcționare a dispozitivului cu ajutorul bateriei. Acest lucru îl face o altă alternativă la comunicațiile LoRaWAN și Sigfox în soluțiile „Smart City”.

Pentru prototiparea rapidă a nodurilor terminale bazate pe NB, Arduino a pregătit kitul MKR NB 1500, echipat cu modul u-blox SARA-R410M-02B, permițând conectivitatea LTE Cat M1/NB1 în benzile 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 13, 18, 19, 20, 25, 26 și 28. În plus, kitul MKR NB 1500 este echipat cu un circuit de autentificare ECC508  de la Microchip, un conector de card MicroSIM, un controler de încărcare a bateriei Li-Po și un conector de antenă externă.

Text elaborat de Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.

The original source of text: https://www.tme.eu/ro/news/library-articles/page/43574/Comunicatii-fara-fir-in-sistemele-IoT-folosind-modulele-Arduino-MKR/