Przeglądasz stronę dla klientów z: Poland. Sugerowana wersja serwisu dla Ciebie to USA / US
Panel klienta
W Twoim koszyku
Zarejestruj się

Moduły IoT od Microchip

2020-11-09

Moduły IoT od Microchip

Już od kilku lat jedną z najpopularniejszych fraz przewijających się w przemyśle elektronicznym jest IoT, czyli „Internet Rzeczy” (od ang. Internet of Things). Poniżej przedstawiamy kompaktowe moduły, które ułatwiają i przyspieszają produkcję i prototypowanie urządzeń IoT. Są to zestawy przygotowane przez firmę Microchip, komunikujące się poprzez Bluetooth lub w sieciach Wi-Fi, gotowe do współpracy z Amazon Web Services lub Google Cloud.

Nie tylko w przemyśle, ale i w życiu codziennym obserwujemy lawinowo rosnącą liczbę urządzeń, których funkcjonowanie wymaga stałego lub okresowego połączenia z Internetem, a przynajmniej z domową lub firmową siecią lokalną. Łączność tę wykorzystujemy niemal na każdym kroku: od obsługi telewizorów za pomocą smartfona, po kompleksową automatyzację fabryk.

Komunikacja z oraz między wszystkimi układami pracującymi w systemie pozwala scentralizować sterowanie (jak w przypadku linii produkcyjnej czy inteligentnego domu), ale też wiąże się z pobieraniem i przesyłaniem sporej ilości danych. Dane są pozyskiwane z różnych czujników, zazwyczaj za pomocą mikrokontrolerów, których moc obliczeniowa nie pozwala na kompleksową analizę informacji (nie mówiąc już o zaprezentowaniu ich w przystępny dla użytkownika sposób). Pomocny przy przetwarzaniu danych może być lokalny serwer – jednak koszt jego instalacji i utrzymania często okazuje się niewspółmierny do korzyści. Dlatego konstruktorzy najczęściej decydują się na usługi oferowane przez firmy zewnętrzne, jak Amazon czy Google, tj. na przechowywanie i przetwarzanie danych „w chmurze”.

Tutaj pojawia się kolejne wyzwanie, któremu musi sprostać każdy sprzęt IoT: bezpieczeństwo. Niestety, zbyt uproszczone urządzenie będzie w domowej czy firmowej sieci słabym punktem infrastruktury. Co więcej, nie zapewni właściwej ochrony danych. O tragicznych konsekwencjach, jakie niesie za sobą brak należytych zabezpieczeń, zwłaszcza w przypadku sieci połączonych z Internetem, nikomu nie trzeba przypominać.

Moduły IoT od Microchip

Do tworzenia urządzeń typu IoT często wykorzystuje się mikrokontrolery 32-bitowe. Dysponują one odpowiednią mocą obliczeniową i projektowane są z myślą o aplikacjach sieciowych. Ich zasoby pozwalają na umieszczenie kompleksowego oprogramowania odpowiadającego za obsługę aplikacji użytkownika, obsługę bezprzewodowego standardu transmisji oraz zapewnienie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa wymienianych danych pomiędzy urządzeniem, a chmurą (autentyfikacja i kryptografia). Z drugiej strony konieczność zbudowania tak rozbudowanego oprogramowania jest jednocześnie wadą. Opracowanie takiego rozwiązania jest czasochłonne, wymaga wiedzy na temat architektury wykorzystywanego układu, a także zaawansowanej znajomości bibliotek do obsługi stosu TCP/IP i protokołów w rodzaju MQTT albo kompatybilnego systemu operacyjnego. Dodatkowo musimy uwzględnić implementację rozwiązań odpowiedzialnych za bezpieczeństwo w zakresie przesyłanych informacji oraz możliwego update’u firmware’u naszego urządzenia. W wielu przypadkach może się okazać, że wykorzystanie 32-bitowego mikroprocesora niepotrzebnie komplikuje projekt. Zwłaszcza gdy projektujemy funkcjonalnie prostą aplikację (przykładowo realizującą odczyt danych z czujników środowiskowych i reagującą na ich zmianę na podstawie instrukcji przychodzącej z centrum zarządzającego via chmura).

Dlatego Microchip, za pośrednictwem TME, oferuje kompaktowe moduły IoT wyposażone w mikrokontrolery 8- i 16-bitowe – AVR lub PIC, w zależności od potrzeb i preferencji.

Poszczególne funkcjonalności SMART/CONNECTED/SECURE są realizowane przez dedykowane bloki (mikrokontroler/moduł komunikacyjny/układ autoryzujący)

Kluczowe dane o sześciu dostępnych w ofercie TME modułach zamieszczamy w tabeli widocznej poniżej. Ich podstawowy podział to rozróżnienie na mikrokontrolery AVR i PIC. W każdej z tych grup nasi klienci mogą wybrać jeden z trzech modeli: energooszczędny moduł przystosowany do komunikacji Bluetooth; moduł Wi-Fi przeznaczony do pracy z Amazon Web Services (AWS); lub moduł Wi-Fi dedykowany usłudze Google Cloud. Wszystkie płytki wyposażono w debugger, który usprawnia współpracę z IDE oraz przyspiesza etap prototypowania. Dzięki niemu oraz komunikacji przez port USB, programowanie modułu w środowisku Microchip MPLAB® X IDE przebiega bardzo sprawnie. Moduł rozpoznawany jest przez oprogramowanie automatycznie, LED-y wskazują aktualny status urządzenia, a użytkownik ma do dyspozycji wirtualny port COM oraz kanał analizatora logicznego (GDI GPIO). Co więcej, produkty zbudowane na bazie mikrokontrolerów AVR pozostają kompatybilne z popularnym środowiskiem Atmel Studio i Atmel Start.

Warto zaznaczyć, że dzięki technologii eXtreme Low Power (XLP) moduły Bluetooth mogą być zasilane „pastylkową” baterią CR2032. Pozostałe modele wyposażono w kontroler ładowania oraz złącze do podłączenia ogniwa litowo-jonowego (Li-Ion) lub litowo-polimerowego (Li-Pol).

Model Mikrokontroler Łączność Dedykowany usłudze
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

Każdy z modułów posiada dodatkowe, zainstalowane na PCB komponenty. W zależności od modelu, mogą to być: złącze GPIO dające bezpośredni dostęp do funkcji mikrokontrolera, fizyczne przyciski, dodatkowe LED-y, czujnik światła (TEMT6000, wyłącznie wersje Wi-Fi), czujnik temperatury (MCP9808 lub MCP9844) lub akcelerometr (BMA253, wyłącznie wersje Bluetooth).

Łączność i bezpieczeństwo

Komunikację WiFi zrealizowano za pomocą produkowanego przez Microchip modułu ATWINC1510. Pracuje on w paśmie 2.4GHz (b/g/n), obsługuje TCP/IP w wersji IPv4 i jest kompatybilny z sieciami szyfrowanymi za pośrednictwem protokołów WPA/WPA2, TLS oraz SSL. Artykuły przeznaczone do łączności Bluetooth wyposażono w moduł RN4870. Jest to sprawdzone, autorskie rozwiązanie Microchip. Umożliwia komunikację w standardzie Bluetooth 5 i obsługiwane jest za pomocą komend przesyłanych przez interfejs UART. Obydwa moduły komunikacyjne (a co za tym idzie: wszystkie prezentowane produkty) posiadają certyfikację do pracy w kluczowych regionach świata: Ameryce Północnej, Europie, Japonii, Korei, na Tajwanie, a także w Chinach.

Dane przesyłane przez moduły Microchip zostają dodatkowo zabezpieczone dzięki użyciu koprocesora szyfrującego ATECC608A. Jest to układ wykorzystujący technikę ECC (kryptografia krzywych eliptycznych). Ponieważ uwierzytelnianie (szyfrowanie) odbywa się w dedykowanym układzie, odbywa się szybko i niezawodnie, zapewniając wysokie bezpieczeństwo informacji. Urządzenia te są już wstępnie zarejestrowane w AWS lub Google Cloud, co dla użytkownika oznacza dodatkową oszczędność czasu.

Mikrokontrolery

Moduły, których sercem są mikrokontrolery AVR, posiadają zainstalowany jeden z dwóch układów, ATmega3208 lub ATmega4808. Są to pokrewne, 8-bitowe konstrukcje, różniące się ilością pamięci dla programu (odpowiednio: 32KB i 48KB) oraz pamięci operacyjnej (4KB i 8KB). Mogą pracować z częstotliwością 20MHz. Mikrokontrolery wyposażono w 4 timery o 16-bitowych dzielnikach częstotliwości. Do dyspozycji użytkownika jest również 12 kanałów przetwornika A/C. Układy mogą komunikować się z peryferiami za pomocą protokołów SPI I2C oraz USART.

Bardziej zaawansowanym rozwiązaniem jest mikrokontroler PIC16LF18456, obecny w modułach PIC-BLE. Został zaprojektowany z myślą o energooszczędności (technologia eXtreme Low-Power) i pracy z licznymi czujnikami. Posiada 12-bitowy, 24 kanałowy przetwornik analogowo-cyfrowy z funkcją przeliczania (ADC2). Może działać niezależnie od rdzenia i wybudzać rdzeń ze stanu uśpienia – tym sposobem oszczędzając zużycie energii. W układzie znalazło się również miejsce dla dwóch komparatorów, dwóch 10-bitowych generatorów PWM, 4 liczników 8-bitowych oraz 4 16-bitowych, a także 5-bitowego przetwornika C/A.

W modułach PIC-IoT zastosowano mikrokontrolery PIC24FJ128GA705. Są to układy 16-bitowe, działające z częstotliwością do 32MHz. Przeznaczone do aplikacji mobilnych (zasilanych z akumulatorów). Podobnie jak w przypadku PIC16LF18456 zastosowano w nich technologię CIP, tj. peryferiów niezależnych od rdzenia, co pozwala na dalszą oszczędność energii. Na bazie mikrokontrolera można zbudować klawiaturę dotykową w technologii pojemnościowej. Posiada również zbudowany zegar czasu rzeczywistego oraz 3 komparatory analogowe. Z komponentami obecnymi w modułach PIC-IoT układ ten stanowi proste do zaprogramowania, a zarazem wydajne narzędzie, które może posłużyć do budowy zaawansowanych urządzeń IoT.

W poniższym filmie pokazano prostą aplikację, która wykorzystuje podstawowe funkcjonalności modułów Microchip wyposażonych w mikrokontroler PIC. Układ połączony jest z usługą Google Nest. Po otrzymaniu wezwania, zostaje pobrana informacje o pogodzie w danej lokalizacji. Za pomocą jednej z płytek Click marki Mikroelektronika (w tym przypadku jest to sterownik silnika krokowego), moduł ustawia wskazówkę tak, by pokazywała na cyferblacie symbol aktualnych warunków atmosferycznych w żądanej przez użytkownika lokalizacji.

W tym miejscu warto zaznaczyć, że każdy z przedstawionych produktów Microchip może współpracować z modułami Click marki Mikroelektronika. W naszym katalogu posiadamy setki artykułów tego producenta i serdecznie zapraszamy do zapoznania się z tą ofertą.

Sprawdź ofertę

PRZECZYTAJ TAKŻE

Twoja przeglądarka nie jest już wspierana, pobierz nową wersję.

Chrome Chrome Pobierz
Firefox Firefox Pobierz
Opera Opera Pobierz
Internet explorer Internet Explorer Pobierz