Prohlížíte si webovou stránku pro zákazníky z: Czech Republic. Na základě údajů o poloze doporučená verze stránek pro Vás je USA / US
Panel zákazníka
Váš košík
Registrace

Moduly IoT od Microchipu

2020-11-09

Moduly IoT od Microchipu

Již několik let jednou z nejpopulárnějších frází vinoucích se elektronickým průmyslem je IoT neboli „Internet věcí“ (od angl. Internet of Things). Dále představíme kompaktní moduly, které usnadňují a urychlují výrobu a vývoj prototypů zařízení IoT. Jsou to sestavy připravené firmou Microchip, komunikující přes Bluetooth nebo v sítích Wi-Fi, připravené ke spolupráci s Amazon Web Services nebo Google Cloud.

Nejen v průmyslu, ale i každodenním životě pozorujeme lavinovitě rostoucí počet zařízení, jejichž fungování vyžaduje stálé nebo občasné připojení k internetu, přinejmenším k domácí nebo firemní lokální síti. Tuto konektivitu využíváme téměř na každém kroku: od obsluhy televizních přijímačů pomocí smartphonu, po komplexní automatizaci továren.

Komunikace s a mezi všemi obvody pracujícími v systému umožňuje centralizovat ovládání (jak v případě výrobní linky nebo inteligentního domu), ale také se váže se stahováním a přenosem značného množství dat. Data se získávají z různých čidel, obvykle pomocí mikrokontrolérů, jejichž výpočetní výkon nedovoluje komplexní analýzu informací (nemluvě ani o jejich prezentaci způsobem přijatelným pro uživatele). Při zpracovávání dat může být nápomocen lokální server – avšak náklady na jeho instalaci a údržbu se často ukazují jako nepřiměřené přínosu. Proto se konstruktéři nejčastěji rozhodují pro služby nabízené externími firmami, jako Amazon či Google, tj. pro uchovávání a zpracovávání dat „v cloudu“.

Zde se objevuje další výzva, se kterou se musí každé zařízení IoT vypořádat: bezpečnost. Příliš zjednodušené zařízení bude bohužel v domácí nebo firemní síti slabým bodem infrastruktury. A navíc nezjistí patřičnou ochranu dat. O tragických důsledcích, jaké sebou nese absence náležitého zabezpečení, zvláště v případě sítí spojených s internetem, není třeba nikomu připomínat.

Moduly IoT od Microchipu

Pro stavbu zařízení typu IoT se často používají 32bitové mikrokontroléry. Disponují vhodným výpočetním výkonem a jsou navržené se záměrem použití v síťových aplikacích. Jejich zdroje umožňují umístit kompletní program zodpovídající za obsluhu aplikace uživatele, obsluhu bezdrátového standardu přenosu a zajištění patřičné úrovně zabezpečení dat předávaných mezi zařízením a cloudem (autentizace a kryptografie). Z druhé strany je nutnost vytvoření tak rozsáhlého softwaru zároveň vadou. Vytvoření takového řešení je časově náročné, vyžaduje znalosti na téma architektury použitého obvodu a také pokročilou znalost knihoven pro obsluhu stacku TCP/IP a protokolů druhu MQTT anebo kompatibilního operačního systému. Navíc musíme zohlednit implementaci řešení zodpovědných za bezpečnost v oblasti přenášených informací a možného updatu firmwaru našeho zařízení. V mnoha případech se může ukázat, že použití 32bitového mikroprocesoru nepotřebně komplikuje projekt. Zvláště když navrhujeme funkčně jednoduchou aplikaci (na příklad realizující čtení dat z environmentálních čidel a reagující na jejich změnu na základě instrukce přicházející přes cloud z řídicího centra).

Proto Microchip, prostřednictvím TME, nabízí kompaktní moduly IoT osazené 8- a 16bitovými mikrokontroléry – AVR nebo PIC, v závislosti na potřebách a preferenci.

Jednotlivé funkce SMART/CONNECTED/SECURE jsou realizovány vyhrazenými bloky (mikrokontrolér/komunikační modul/autentizační obvod)

Klíčové údaje o šesti modulech dostupných v nabídce TME jsme umístili do tabulky uvedené níže. Jejich základní rozlišení je na mikrokontroléry AVR a PIC. V každé z těchto skupin si mohou naši zákazníci vybrat ze tří modelů: energeticky úsporného modulu přizpůsobeného komunikaci Bluetooth; modulu Wi-Fi určeného pro práci s Amazon Web Services (AWS); nebo modulu Wi-Fi dedikovanému službě Google Cloud.Všechny desky jsou vybaveny debuggerem, který zlepšuje spolupráci s IDE a zrychluje etapu vývoje prototypu. Díky němu a komunikaci přes port USB probíhá programování modulu v prostředí Microchip MPLAB® X IDE velmi hladce. Software modul automaticky pozná, LEDky indikují aktuální stav zařízení a uživatel má k dispozici virtuální port COM a kanál logického analyzátoru (GDI GPIO). Navíc jsou výrobky postavené na bázi mikrokontrolérů AVR nadále kompatibilní s oblíbeným prostředím Atmel Studio a Atmel Start.

Za zmínku stojí, že díky technologii eXtreme Low Power (XLP) mohou být moduly Bluetooth napájeny „knoflíkovou“ baterií CR2032. Ostatní modely jsou vybaveny kontrolérem nabíjení a konektorem pro připojení lithium-iontového (Li-Ion) nebo lithium-polymerového (Li-Pol) článku.

Model Mikrokontrolér Konektivita Určen pro službu
AVR-BLE ATmega3208 Bluetooth n/d
AVR-IOT-WA ATmega4808 Wi-Fi Amazon Web Services
AVR-IOT ATmega4808 Wi-Fi Google Cloud
PIC-BLE PIC16LF18456 Bluetooth n/d
PIC-IOT-WA PIC24FJ128GA705 Wi-Fi Amazon Web Services
PIC-IOT PIC24FJ128GA705 Wi-Fi Google Cloud

Každý z modulů má doplňkové komponenty nainstalované na PCB. V závislosti na modelu to mohou být: konektor GPIO poskytující přímý přístup k funkcím mikrokontroléru, fyzická tlačítka, dodatečné LEDky, čidlo světla (TEMT6000, výlučně verze Wi-Fi), čidlo teploty (MCP9808 nebo MCP9844) nebo akcelerometr (BMA253, výlučně verze Bluetooth).

Konektivita a zabezpečení

Komunikace WiFi je realizovaná pomocí modulu ATWINC1510, který vyrábí Microchip. Pracuje v pásmu 2,4 GHz (b/g/n), podporuje TCP/IP ve verzi IPv4 a je kompatibilní se šifrovanými sítěmi prostřednictvím protokolů WPA/WPA2, TLS a SSL. Položky určené pro konektivitu Bluetooth jsou vybaveny modulem RN4870. Je to ověřené autorské řešení Microchipu. Umožňuje komunikaci ve standardu Bluetooth 5 a je obsluhované pomocí příkazů zadávaných přes rozhraní UART. Oba komunikační moduly (a proto také všechny představované výrobky) mají certifikaci pro provoz v klíčových regionech světa: Severní Americe, Evropě, Japonsku, Koreji, na Tchaj-wanu a také v Číně.

Data, který přenášejí moduly Microchipu, jsou navíc zabezpečena díky použití šifrovacího koprocesoru ATECC608A. Je to obvod využívající techniku ECC (kryptografie eliptických křivek). Jelikož autentizace (šifrování) probíhá ve vyhrazeném obvodu, probíhá rychle a spolehlivě a zajišťuje vysoké zabezpečení informace. Tato zařízení jsou již v úvodu zaregistrovaná v AWS nebo Google Cloudu, což znamená pro uživatele dodatečnou časovou úsporu.

Mikrokontroléry

Moduly, jejichž srdcem jsou mikrokontroléry AVR, mají instalovaný jeden ze dvou obvodů ATmega3208 nebo ATmega4808. Jsou to příbuzné osmibitové konstrukce, které se liší velikostí paměti programu (32 KB, resp. 48 KB) a operační paměti (4 KB a 8 KB). Mohou pracovat na kmitočtu 20 MHz. Mikrokontroléry jsou vybaveny 4 časovači s 16bitovými děličkami kmitočtu. Uživatel má k dispozici rovněž 12 kanálů A/D převodníku. Obvody mohou komunikovat s perifériemi pomocí protokolů SPI, I2C a USART.

Pokročilejším řešením je mikrokontrolér PIC16LF18456, použitý v modulech PIC-BLE. Byl navržen se záměrem energetické úspornosti (technologie eXtreme Low-Power) a práce s četnými čidly. Má 12bitový, 24kanálový analogově-číslicový převodník s výpočtovým modulem (ADC2). Může fungovat nezávisle na jádru a probouzet jádro ze stavu spánku – tímto způsobem šetří energii. V obvodu se našlo místo rovněž pro dva komparátory, dva 10bitové generátory PWM, 4 8bitové a 4 16bitové čítače a také 5bitový D/A převodník.

V modulech PIC-IoT jsou použity mikrokontroléry PIC24FJ128GA705. Jsou to 16bitové obvody, pracující na kmitočtu až 32 MHz. Jsou určeny pro mobilní aplikace (napájené z akumulátorů). Podobně jak v případu PIC16LF18456 je v nich použita technologie CIP, tj. periferie nezávislé na jádru, což dovoluje další úsporu energie. Na bázi mikrokontroléru lze postavit dotykovou klávesnici v kapacitní technologii. Má rovněž vestavěné hodiny reálného času a 3 analogové komparátory. Se součástkami přítomnými v modulech PIC-IoT tvoří tento obvod jednoduše programovatelný a současně účinný nástroj, který může posloužit ke stavbě pokročilých zařízení IoT.

V následujícím videu je představena jednoduchá aplikace, která využívá základní funkce modulů Microchip osazených mikrokontrolérem PIC. Obvod je spojen se službou Google Nest. Po obdržení výzvy se stáhne informace o počasí v dané lokalitě. Pomocí jedné z desek Click značky Mikroelektronika (v tomto případě je to řadič krokového motoru), nastaví modul ukazatel tak, aby ukazoval na ciferníku symbol aktuálních atmosférických podmínek v lokalitě požadované uživatelem.

Zde stojí za zmínku, že každý z představených výrobků Microchipu může spolupracovat s moduly Click značky Mikroelektronika. V našem katalogu máme stovky položek tohoto výrobce a srdečně vás zveme, abyste se seznámili s touto nabídkou.

Prohlédněte si nabídku

TAKÉ SI PŘEČTĚTE

Váš prohlížeč již není podporován, stáhněte si novou verzi