Küçük miktarlardaki verilerin uzun mesafeli aktarımına dayanan dağıtılmış, pille çalışan sensör uygulamaları oluştururken üç temel gereksinimin karşılanması gerekir: ultra düşük güçlü bileşenler, kontrolsüz ortamlarda güvenilirlik ve nispeten basit ve ölçeklenebilir bir mimari. Bu, LoRaWAN'ı (Uzun Menzilli Geniş Alan Ağı) akıllı binalar, kampüs ortamları, perakende ve endüstriyel izleme gibi senaryolar için ideal bir seçim haline getirir.
LoRaWAN uygulamaları birkaç mil iletim menziline, birkaç yıllık pil ömrüne ve maliyet etkinliği avantajlarına sahiptir. LoRaWAN iletişimi, hücresel, Wi-Fi veya örgü ağ yönlendirmesine ihtiyaç duymadan çiftlikleri veya fabrikaları tek bir ağ geçidi üzerinden kapsayabilir.
2015 yılında LoRa Alliance'ın desteğiyle LoRaWAN, açık bir MAC katmanı ve ağ mimarisi olarak resmi olarak kuruldu. Ölçeklenebilirlik, basitlik ve birlikte çalışabilirlik açısından hücresel IoT, Wi Fi, BLE, Zigbee, Thread ve tescilli alt GHz radyolar gibi alternatif çözümlerden daha iyi performans gösteren açık, düşük güçlü bir kablosuz ağ protokolü ve mimarisidir.
Digi ve SparkFun arasındaki iş birliği ittifakının, kavramsal tasarımdan fiili dağıtıma kadar olan süreci hızlandırması bekleniyor. Birlik, Digi'nin X-ON uçtan buluta IoT platformunu SparkFun donanımının yanı sıra Raspberry Pi mikrokontrolörleriyle entegre ediyor.
Özellikle tasarımcılar, yerleşik Digi XBee LR kablosuz alıcı-verici modüllerine ve güçlü bir Raspberry Pi 2350A'ya sahip olan SparkFun 26060 IoT Node geliştirme kartını (Şekil 1) kullanabilirler.
Şekil 1: SparkFun 26060 IoT Node, Digi X-On bulut platformuna bağlantı sağlayan yerleşik bir Digi XBee alıcı-verici ile donatılmıştır. (Resim kaynağı: SparkFun)
Bu modül, Digi HX15 LoRaWAN ağ geçidi aracılığıyla Digi X-ON bulut IoT platformuna otomatik olarak bağlanır (Şekil 2). Bu ağ geçidi ayrı olarak satın alınabilir veya SparkFun 27213 Digi X-ON kitinin (Kuzey Amerika versiyonu) bir parçası olarak sağlanabilir.
Şekil 2: Digi'nin HX15 ağ geçidi, LoRaWAN sensörleri için bir veri arayüzü sağlar ve Digi X-ON bulut platformuna Ethernet veya isteğe bağlı bir LTE ağı aracılığıyla bağlanabilir. (Resim kaynağı: Digi International)
SparkFun Qwiic Connect ekosistemi, 100'ün üzerinde tak ve çalıştır sensör, aktüatör ve ekrandan oluşan sürekli genişleyen kitaplığıyla donanım genişletme sürecini büyük ölçüde basitleştirir. Sistemin tüm bileşenleri evrensel bir I ² C arayüzü ve standartlaştırılmış 4 pinli JST konnektörleri aracılığıyla birbirine bağlanır. SparkFun'un IoT Node'u, bağlı SparkFun Qwiic sensörlerini otomatik olarak algılayan ve Digi XBee LR modülünü kullanarak LoRaWAN üzerinden veri yayınlayan, önceden derlenmiş donanım yazılımıyla birlikte gelir. Bu modül HX15 ağ geçidine bağlanır ve verileri Ethernet veya isteğe bağlı LTE aracılığıyla Digi X-ON bulut platformuna aktarır. Digi X-ON, ağ geçidinden buluta şifreli iletim yeteneklerine, güvenli kullanıcı erişim kontrolüne ve cihaz düzeyinde meta veri yönetimi yeteneklerine sahiptir.
Tasarımcılar için ağ geçitleri kurmaya veya LoRaWAN'ı kaydetmeye gerek yoktur. Süreç boyunca kullanıcı yapılandırmasına, kodlamaya veya MQTT proxy ayarlarına ihtiyaç duymadan, düğümlerden buluta buluta hazır veri akışını sağlamak için sıfır yapılandırmalı sensör erişim işlevini kullanabilirler. Bu, hızlı prototip oluşturma, konsept doğrulama veya devreye alma çalışmalarının neredeyse (gerekirse) LoRa'ya veya bulut teknolojisi uzmanlığına güvenmeden yapılmasını sağlar.
Tasarımcılar, sıfırdan başlamaya gerek kalmadan örnekleme oranlarında ince ayar yapabilir, daha fazla Qwiic sensörü için destek ekleyebilir veya yük formatlarını ayarlayabilir. Digi X-ON platformu, dağıtılan tüm düğümlerin merkezi bir görünümünü, izleme çalışma süresini, pil ömrünü, sinyal kalitesini ve bağlantı geçmişini sağlar; bunların tümü, dağıtılmış sensör ağlarında sorun giderme ve optimizasyona yönelik temel göstergelerdir.
İş akışı esnekliği
RP2350, Arduino, MicroPython ve C/C++ (Pico SDK kullanarak) tabanlı uygulama geliştirmeyi destekleyerek ürün tasarımcılarına benzersiz iş akışı esnekliği sağlar. SparkFun IoT Node, her üç geliştirme ortamıyla uyumluluğu nedeniyle tasarımcılara geniş seçenek ve esneklik sunarak Python'da sürükle ve bırak komut dosyası oluşturmadan donanım hızlandırmayı kullanarak optimize edilmiş C kodu geliştirmeye kadar iş akışlarının profesyonel becerilerine uygun olmasına olanak tanır.
Tasarımcılar MicroPython'da hızla uygulama prototipleri geliştirebilir, Qwiic uyumlu sensörleri gerçek zamanlı ortamlarda test edebilir veya örnekleme aralıklarını ayarlayabilir. Proje ilerledikçe güç tüketimini, bellek kullanımını veya I/O performansını optimize etmek için Arduino'ya veya saf C++ ortamlarına sorunsuz bir şekilde geçiş yapabilirler. SparkFun ayrıca IoT modülleri için özel olarak özelleştirilmiş, önceden derlenmiş MicroPython görüntüleri de sunar.
IoT cihazları veri göndermeye başladığında X-ON, sensör okumalarını izlemek, cihaz durumunu kontrol etmek ve hatta cihaz yazılımı güncellemelerini uzaktan göndermek için bir kontrol paneli sağlayacak. Ürün tasarımcıları, ekipmanla gerçek bir temas kurmadan tasarımlarını sürekli olarak geliştirebilirler.
Bu işbirliğine dayalı çözüm, dağıtılmış pille çalışan sensör sistemlerinin yerinde uygulama testi veya pilot proje ölçeklendirmesi için ideal bir çözüm sağlar. HX15 ağ geçidinin güçlendirilmiş tasarımı, Digi X-ON'un güvenli bulut mimarisi ve otomatik olarak yapılandırılan ürün yazılımı yığını, laboratuvardan saha dağıtıma kadar uygulama zorluğunu azaltabilir. Tasarımcılar, gerçek ortamlardaki gerçek sensör verilerine dayalı olarak uygulama pilot uygulamaları gerçekleştirebilir ve ardından aygıt yazılımı geliştirmeye veya bulut entegrasyonuna ihtiyaç duymadan ölçeklenebilirlik elde etmek için düğüm ve ağ geçidi yapılandırmalarını kolayca kopyalayabilir.
SparkFun'un RP2350 tabanlı IoT modülü, Digi'nin X-ON platformu ve Raspberry Pi'nin esnek mikro denetleyici ekosistemi, prototipten dağıtıma kadar benzersiz, basitleştirilmiş bir yol sağlar. İster yeni sensörleri test edin, ister LoRaWAN aktarım aralığını doğrulayın, ister güç tüketimini optimize edin, bu kombinasyon, üretime hazır tasarımın zorlu gereksinimlerini karşılarken deneysel araştırmayı da destekleyebilir.
Tasarımcılar, açık donanım ve standartlaştırılmış bağlantılardan yararlanarak, IoT projelerinin geliştirme süreci sırasında iyi bir uyarlanabilirliğe ve dayanıklılığa sahip olmasını sağlayabilirler. Proje gereksinimleri geliştikçe, bu platform üzerinde oluşturulan uygulamalar da daha güçlü taşınabilirlik ve esneklik sağlayabilir.