Фрагментация — основная проблема, присущая рынку устройств Интернета вещей (IoT). Процесс дробления широкого ассортимента приборов связи на значительное количество элементов разностороннего типа, значительно усложняет создание одной целой системы, неотъемлемой частью которой является составляющие от различных изготовителей. Причин, почему именно происходит данное разделение масс, достаточно много, при этом они могут и не зависеть от потребностей проектировщика продвинуть свою лицензионную разработку.
На самом деле категория «Интернет вещей» включает в себя самые различные устройства, среди которых можно выделить и компактные измерительные датчики, функционирование которых происходит от альтернативного источника энергии, осуществляющие обмен минимального объёма информации на небольшое расстояние, а также удалённые камеры, способные передавать изображение высокого качества.
Поэтому разработчику приходится осуществлять подбор идеальной во всех отношениях технологии беспроводной связи, учитывая при этом специфику и характеристики создаваемого изделия. Особое внимание при этом стоит уделить подбору аккумулятора (сроку его эксплуатации, распространённости связи и объёму отправляемой информации).
Учитывая то, что запросы разработчиков IoT стремительно растут, производители соответствующих комплектов стараются по максимуму ответить на данные запросы. Arduino в данном случае не исключение. Компания предлагает ряд элементов семейства MKR, посредством которых возможно осуществление быстрого прототипирования IoT-устройств, где может применяться разноплановая беспроводная связь.
Организация беспроводной связи при помощи WI-FI/BLUETOOTH
Неотъемлемой частью IoT, уже как несколько лет, является связь в диапазоне частот ISM 2,4 ГГц в комплексе с беспроводной связью стандарта Wi-Fi и Bluetooth. Если основная цель разработчика — оперативная реализация аппаратно-программных прототипов, функционирующих на основе Wi-Fi, то можно воспользоваться специально разработанными предложениями от компании Arduino.
MKR WiFi 1000. За основу данного комплекта взят модуль ATSAMW25, конструкция которого состоит из микроконтроллера SAMD21, системы авторизации ECC508 и канала радиосвязи WINC1500. Для модуля разработано ПО WiFi101, поддерживающее WEP и WPA2 Personal.
MKR WiFi 1010. Разработан при помощи радиомодуля NINA-W102 производства компании u-blox. Для обеспечения связи имеется Bluetooth/BLE. Для данного модуля, а также иных комплектов, созданных при помощи u-blox NINA-W102, изготовитель разработал библиотеку WiFiNINA и иные предложения, интегрированных с облаком Android IoT Cloud и Azure, AWS IoT Core, Google Firebase или Blynk.
Модули производства Arduino для организации беспроводной связи LORAWAN И SIGFOX (MKR WAN 13X0 И FOX 1200)
Стремительное развитие IoT стало основной причиной увеличивающегося интереса к такому направлению, как умные города. При этом беспроводная связь Wi-Fi, Bluetooth и BLE не способны полностью удовлетворить все задачи проектов из категории «Умный город». Кроме того, связь по данному стандарту характеризуется как локальная. Стоит обратить внимание на то, что под такими проектами принято понимать также сеть датчиков загрязнения, систему контроля количества воды или занятости мест для парковки автомобилей.
Сегодня пользователям предлагают решить проблему такого рода при помощи какого-то одного, но очень известного и пользующегося спросом стандарта связи LPWAN, а именно.
- LoRaWAN. Для пользователей, использующих данную связь, разработчики Arduino предлагают использовать комплект разработчика MKR WAN 1300 или его улучшенную версию MKR WAN 1310. Именно это позволяет обеспечить быстрое прототипирование устройства. В основу создания таких модулей было заложено использование микроконтроллера Atmel SAMD21, который широко применяется и в иных модулях Arduino MKR и радиомодуля Murata CMWX1ZZABZ. При этом новая модель доукомплектована флэш-памятью размером в 2 МБ и современной системой зарядки аккумулятора. При помощи модуля MKR WAN 13х0 предоставляется доступ к облаку Arduino IoT Cloud. Данное решение производитель дополняет шлюзом доступа Arduino Pro Gateway LoRa Connectivity.
- Sigfox. Отличная альтернатива беспроводной связи LoRa/LoRaWAN. В основном нацелен на обеспечение связи между узлами и шлюзом доступа. Arduino создал модуль MKR FOX 1200, в основу функционирования которого заложен микроконтроллер Atmel SAMD21. Радиосвязь обеспечивается посредством Microchip Smart RF ATA8520 (популярной в Европе).
С помощью любого из двух вышеперечисленных вариантов не составит труда передать минимальное количество информации на значительное расстояние.
Реализация беспроводной связи типа GSM/3G посредством модуля Arduino MKR GSM 1400
Не стоит надеяться на глобальное покрытие при помощи распределённой ячеистой сети (Mesh), функционирующей в стандарте беспроводной связи LoRa/LoRaWAN. Рассматривая ситуацию с проектами IoT, для которых необходимо наличие неограниченной по охвату связи, самым оптимальным решением станет использование GSM/3G.
Для того, чтобы полностью удовлетворить все потребности беспроводной связи GSM/3G, Arduino создала модуль MKR GSM 1400, неотъемлемой частью которого является модем SARA-U210 производства u-blox и система авторизации Microchip ECC508. Посредством этой системы авторизации происходит процесс реализации механизмов безопасности связи. При этом покрытие связи происходит в диапазонах GSM 850 МГц, E-GSM 1900 МГц, DCS 1800 МГц и PCS 1900 МГц, благодаря наличию модема GSM.
Для максимально эффективной подготовки ПО, изготовитель разработал:
- библиотеку MKRGSM: с её помощью создатель избавлен от необходимости работать с модулем посредством низкоуровневых АТ-команд;
- разнообразный набор примеров (GPRS-связь, отправку и приём сообщений, иное).
MKR GSM 1400 отлично функционирует с ПО Arduino IoT Cloud и, конечно же, с Google IoT Cloud, Blynk или SORACOM Air IoT. Их особенность заключается в том, что изготовитель разработал для них набор примеров реализации.
Сеть NARROWBAND IOT в процессе организации беспроводной связи (MKR NB 1500)
Говоря об уникальных стандартах связи в рамках «Интернета вещей», не получится обойти стороной те решения, в основу функционирования которых заложен Narrowband IoT (NB-IoT). Для организации связи используют лицензионный диапазон LTE 800 МГц.
NB-IoT, также как и LoRaWAN и Sigfox, представляет собой неотъемлемую часть LPWAN. Учитывая это, гарантируется стабильность связи на значительных территориях, благодаря применению энергосберегающих радиомодулей, обеспечивающих долголетнюю работу посредством аккумуляторного питания. Именно поэтому данную связь можно смело назвать отличной альтернативой таким связям, как LoRaWAN и Sigfox, идеально подходящей для различного рода решений в сегменте «Smart City».
Выполнить быстрое прототипирование конечных узлов, функционирующих согласно стандарту NB-IoT, Arduino предлагает при помощи MKR NB 1500 разработанного на u-blox SARA-R410M-02B, способного гарантировать связь LTE Cat M1/NB1 в полосах 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 13, 18, 19, 20, 25, 26 и 28. Так же, данный комплект оснащён системой авторизации производства Microchip - ECC508, тип разъёма карты — MicroSIM.
ARDUINO MKR WIFI 1010 Arduino Pro; SAM D21; 5ВDC; Flash: 256kБ; SRAM: 32kБ; 61,5x25мм
ARDUINO NANO 33 IOT Arduino Pro; 48МГц; 3,3ВDC; Flash: 256kБ; SRAM: 32kБ; I2C,SPI,USART
ARDUINO MKR WAN 1310 Arduino Pro; LoRa; SAM D21; 5ВDC; Flash: 256kБ; SRAM: 32kБ
