JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi. ECF

Esineiden internet perustuu usein paristokäyttöisiin laitteisiin, jotka osaavat kerätä tarvitsemansa energian ympäristöstään. Tähän on olemassa jo koko joukko pitkälle valmiita, modulaarisia alustoja, kuten ON Semiconductorin IDK.

Artikkelin on kirjoittanut ON Semiconductorilla IoT-strategian kehityksestä vastaava Pavan Mulabagal. 

Esineiden internetin toteuttaminen kasvattaa suosiotaan anturitekniikan uuden teknisen kehityksen ja nousevien tietoliikenneprotokollien ansiosta, jotka auttavat vauhdittamaan sen yleistymistä. IoT:n monialainen luonne vaatii laajaa osaamisvalikoimaa, joka voi olla haastavaa sellaisille organisaatioille, joilla on rajoittuneet resurssit tai kokemus laitteiden liittämisestä pilveen. Akunkesto ja laitteiden itsenäisyys voi olla toinen haaste, kun yritetään varmistaa IoT:n nopeaa käyttöönottoa eri liiketoiminta-alueilla.

IoT-solmut verkon reunalla, jossa datankeruu ja/tai aktuaattorien toiminta tapahtuu, ovat usein paristokäyttöisiä. Paristojen jatkuvan vaihtamisen epäkäytännöllisyys ja sen ylläpitokustannus estää monien IoT-sovellusten käytön. Etäisissä paikoissa sijaitsevat solmut entisestään pahentavat tätä ongelmaa.

IoT:n potentiaalisille käyttäjille ja ratkaisujen toimittajille onkin keskeistä ymmärtää liitäntätekniikat, jotka tuovat hyötysuhteeltaan tehokkaan toiminnan, kuten Bluetooth Low Energy eli BLE tai LWAN-tekniikat (Low Power Wide Area Network). Lisäksi innovatiiviset paristottomat anturit kuten ON Semiconductorin SPS-anturit (Smart Passive Sensors), jotka toimivat keräämällä UHF RF -energiaa, eliminoivat kaikki huolet paristojen elinkaaren hallinnan osalta. Ne mahdollistavat huoltovapaan toiminnan ja monitoroinnin myös hankalasti saavutettavissa kohteissa.

BLE-ekosysteemi

Bluetooth Low Energy -tekniikka on yksi suosituimpia tietoliikenneprotokollia älykodeissa, rakennusautomaatiossa, älykkäässä vähittäiskaupassa, digitaalisessa terveydenhuollossa ja muilla IoT-alueilla. Bluetooth on mukana lähes kaikissa älypuhelimissa ja tableteissa, ja protokollan parannukset tekevät siitä ihanteellisen käytettäväksi IoT-verkkojen reunalla.

BLE toi markkinoille idean pienten datapakettien lähettämisestä ja sen jälkeen unitilaan siirtymisestä, mikä pienentää dramaattisesti kokonaistehonkulutusta. Tämä toimintatapa on ihanteellinen anturisolmuissa, joissa jatkuvat datastriimit ovat tarpeettomia. Yhteydettömällä mallillaan, leveämpien kanavien, lyhyempien pakettien ja yksinkertaisemman ohjelmistopinon ansiosta BLE on saatu optimoitua energiatehokkuuden suhteen. IoT-paradigmaa edelleen auttaakseen tekniikkaan on tuotu uusia topologioita kuten broadcast, mesh ja vahvempia tietoturvaominaisuuksia kuten ”Man in the Middle” -suojaus ja AES-128 -salaus.

Viimeisin päivitys - Bluetooth 5 – oli iso askel eteenpäin IoT-toiminnallisuudessa ja suorituskyvyssä. Bluetooth 5 kasvattaa linkin huippudatanopeuden kahteen megabittiin sekunnissa ja kantaman 4-kertaiseksi, jolloin se yltää teoriassa jopa 300 metriin. IoT-sovellusten kannalta erityisen mielenkiintoista on kyky konfiguroida Bluetooth 5 -verkko mesh-tyyppiseksi sen sijaan, että verkossa tarvittaisiin keskeinen hubi tai reititin. Tämä kasvattaa mahdollista verkon kokoa ja peittoa dramaattisesti ja tekee verkosta paremmin pystyssä pysyvän.

On Semiconductorin Bluetooth 5 -sertifioidun SoC-moniprotokollapiirin RSL10:n unitilan ja vastaanoton tehonkulutus ovat alan alhaisimmat, joten se on ihanteellinen paristokäyttöisiin BLE-sovelluksiin. Sulautettujen laitteiden standardissa ULPMark-testissä (https://www.eembc.org/ulpmark/index.php) piiri kirjasi vaikuttavasti yli 1000 pisteen lukeman. Cortex-M3 -ydin yhdessä 32-bittisen vähävirtaisen DSP-ytimen kanssa, laajalla syöttöjännitealueella, sulautetulla Flash-muistilla ja ultrapienellä koteloinnilla RSL10 tuo suunnittelijan käyttöön joustavuutta.

Älykkäät passiiviset anturit avaavat uusia IoT-mahdollisuuksia

On Semiconductorin SPS-tekniikka on täysin langaton sekä datan että minimaalisen tarvittavan virrantarpeen suhteen, joten se laajentaa edelleen ultravähävirtaisen toiminnan ja käyttömukavuuden konseptia.

Kuva 1: SPS-teknologia on täysin paristototon ja langaton.

SPS-tagit voivat monitoroida ympäristöparametreja kuten lämpötilaa, painetta ja kosteutta, jotka ovat tärkeitä monissa IoT-sovelluksissa. Ne sisältävät ultraohuen IC-piirin, joka hallitsee virransyöttöä, RF-liitäntää ja anturitoimintoja ilman, että näihin tarvitaan mikro-ohjainta. Nämä laitteet keräävät tarvitsemansa virran UHF-alueen RF-signaaleista, joten niiden toiminta edellyttää vain sitä, että RF-lukija tuodaan tagin lähelle.

Pienen kokonsa ansiosta edulliset SPS-tagit lupaavat mullistaa koko IoT:n mahdollistamalla anturoinnin aiemmin vaikeapääsyisillä alueilla. Ne ovat erityisen käyttökelpoisia alueilla, joilla paristokäyttö ja niiden vaihtaminen on epäkäytännöllistä, kuten esimerkiksi seiniin tai lattioihin integroituina.

Kuva 2: SPS-teknologia mahdollistaa aivan uuden lähestymistavan IoT-anturointiin.

SPS-tagit ovat täysin turvallisia käytettäviksi potilaaseen kiinnitettävissä lääketieteen sovelluksissa ja niiden alhainen hinta takaa sen, että niitä voidaan käyttää suuren skaalan kertakäyttöisissä sovelluksissa, kuten ruokakuljetusten monitoroinnissa. Kertakäyttöisissä sovelluksissa se, etteivät SPS-tagit tarvitse paristoa säästää sekä kustannuksia että ympäristöä, kun paristoista ei tarvitse hankkiutua eroon.

Auttava käsi IoT-kehitykseen

Parempi energiatehokkuus, kustannussäästöt ja kasvava liikevaihto toteutuvat niillä aloilla, jotka ottavat IoT:n omakseen. Monet organisaatiot, jotka näkevät IoT:n potentiaalin, odottavat kuitenkin yhä kentän laidalla. Tämä johtuu osin jyrkästä oppimiskäyrästä, joka tulee toimivan IoT-ratkaisun rakentamisen vaatimien tekniikoiden laajuudesta.

Vaikka erityishaasteet riippuvat kulloisestakin sovelluksesta, niihin sisältyvät luultavasti oikean verkkoyhteyden valinta, anturointi, aktuaattorit, tehonhallinta sekä pilvipalvelujen ja datan turvallisuuden ratkaisut. Eri vaihtoehtojen nopean kokeilun mahdollistama alusta on korvaamaton, kun halutaan saavuttaa erilaisten toiminnallisten lohkojen optimaalinen valikoima. Näin voidaan saavuttaa sovelluksen tavoitteet.

Jo luonteensa takia IoT on joustava ja jokaisen menestyksekkään kehitystyökalun täytyy vastata tähän joustavuuteen, jotta suunnittelijat voivat räätälöidä suunnittelunsa ja yhdistää laitteiston ja ohjelmiston siten, että sovelluksen tavoitteet täytetään yhdessä integroidussa kehitysympäristössä.

ON Semiconductorin palkittu, modulaarinen, solmusta-pilveen -protoalusta IoT Development Kit (IDK) on erittäin joustava ja mahdollistaa erilaisten IoT-käyttötapausten helpon kehittämisen. IDK tarjoaa monta tapaa liittää sovellus verkkoon sekä erilaisia anturi- ja aktuaattorivaihtoehtoja, jotka tuovat käyttäjälle joustavuuden räätälöidä ratkaisu oman liiketoiminta-alueen vaatimusten mukaisesti. Kattava alusta mahdollistaa laitteiden kehityksen ”laitteesta pilveen” suoraan paketista ja se pitää sisällään IDE-ympäristön, useita pilviliitäntävaihtoehtoja ja yli 40 erilaista käyttötapausta, joiden pohjalta asiakkaat voivat rakentaa omat ratkaisunsa.

Kuva 3. ON Semiconductorin IDK on monipuolinen ja modulaarinen alusta.

IDK:n pääprosessointielementti on ON Semiconductorin NCS36510, joka on vähävirtainen, täysin integroitu SoC-järjestelmäpiiri, joka pitää sisällään tehokkaan 32-bittisen Arm Cortex-M3 -prosessorin, ja siihen liittyvät muistit ja oheislaitteet.

Pääkantakorttiin voidaan liittää laaja valikoima tytärkortteja (shields) toiminnallisuuden laajentamiseksi. Verkkoliitäntään suunnittelijat voivat valita tytärkortteja erilaisille langattomille ja kiinteille protokollille, kuten BLE, Wi-Fi, 802.15.4 (ZigBee, Thread), Sigfox, CAN-väylä ja ethernet. Antureille on lisäkortteja, joiden mukana tulee anturit lämpötilalle, liikkeelle, kosteudelle, ympäröivälle valolle, paineelle ja erilaisille biomuuttujille. Lisäksi aktuaattoritoiminta voidaan lisätä harjattomilla askelmoottoreilla, ja lediajurikorteilla.

SPS-lisäkortti nostaa IDK:n arvoa, sillä se mahdollistaa datankeruun paristottomilla langattomilla antureilla. Näin voidaan mitata lämpötilaa, kosteutta ja painetta verkon reunalla hyvin vaivattomasti. Alustaa laajennettiin vähän aikaa sitten uudella monianturikortilla ja mobiilisovelluksella. Uusi tytärkortti yhdisti aiemmin lanseeratut IDK-tytärkortit, mikä mahdollistaa useiden IoT-sovellusten nopean prototypoinnin, oli kyse sitten hyvinvointi-, teollisuus-, älykoti- tai logistiikkasovelluksesta.

IDK-dokumentaatio on kattava ja pitää sisällään piirikaaviot, PCB-sijoittelu- ja Gerber-tiedostot, joiden avulla suunnittelu voidaan nopeasti viedä konseptista tuotantoon.

Yhteenveto

IoT tarjoaa huikeita mahdollisuuksia, joiden avulla organisaatiot voivat nostaa tuotteidensa arvoa ja kykyjä. Menestyksekkäät IoT-toteutukset perustuvat laajaan valikoimaan joskus tuntemattomia tekniikoita, mikä voi osoittautua haastavaksi erityisesti uusille markkinoille yrittäville yrityksille.

Kehitysalustat ja -työkalut voivat tarjota äärettömästi laajennettavan, pitkälle joustavan kehitysekosysteemin, joka auttaa sekä uusia että kokeneita suunnittelijoita. Yhdistämällä monia edistyneitä vähävirtaisia tekniikoita, kuten BLE:n ja SPS:n intuitiiviseksi paketiksi kuten IDK voi tuottaa riskittömän tavan, jolla kehittää nopeasti IoT-ratkaisun laitteisto ja ohjelmisto solmusta pilveen.

ON Semiconductor on sitoutunut tarjoamaan laajan valikoiman alhaisen tehonkulutuksen antureita sekä tehonhallinnan, ohjauksen ja verkkoliitännän ratkaisuja. Kattaviin kehitysalustoihin kuuluu vähävirtaisia ratkaisuja, jotka auttavat asiakkaita protoamaan relevantteja IoT-käyttötapoja nopeasti, lyhentämään markkinoille tuontiin kuluvaa aikaa ja julkaisemaan pitkällä akkukestolla varustettuja tuotteita.

 

Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus

Teknologia19 – Aalto-yliopiston kyberturvallisuusprofessori Jarno Limnéll uskoo, että luotettavuudesta voi tulla suomalaisten yritysten suurin myyntivaltti tulevaisuudessa. – Tärkein kysymys on tulevaisuudessa, kehen ja mihin voimme luottaa. Luottamuksesta on tulossa hyvin arvokas aineeton pääoma yrityksille, Limnéll sanoi eilen messukeskuksessa.

Lue lisää...

Korteilla vauhtia IoT-kehitykseen

Sulautetun laitteen kehitys onnistuu useimmiten helpoiten valmiiden moduulien avulla. Nykyään niitä saa myös tehokkailla Apollo Lake -sarjan prosessoreilla varustettuna.

Lue lisää...
 
 
ETN_fi Finnish led tube manufacturer Valtavalo appoints new managing director. Valtavalolle uusi toimitusjohtaja https://t.co/Z0zCCKbUrt
ETN_fi Do you feel secure? https://t.co/vBQmI7oFKO
ETN_fi Lenovo introduces the 1st ever laptop with 5G connectivity embedded inside at CES: Maailman ensimmäinen 5G-läppäri https://t.co/fdW5qtqMso
ETN_fi Etteplan aims to become a 500M euros company in 5 yrs. https://t.co/BUv7kx3lbZ
ETN_fi First ever demo on shipping food by drones in Sweden: https://t.co/cbd7cP73Su

Sponsors



congatec is a leading supplier of industrial computer modules using the standard form factors COM Express, Qseven and SMARC as well as single board computers and EDM services. congatec’s products can be used in a variety of industries and applications, such as industrial automation, medical, entertainment, transportation, telecommunication, test & measurement and point-of-sale.


Presentors


AFRY (previous ÅF Pöyry) offers customized SW, HW and mechatronics services to the embedded and industrial IoT-markets. Based on your needs we deliver requirement specification, design, implementation, manufactured product and maintenance for your intelligent and connected systems. AFRY has many years' experience in providing air-born products with high demands on quality and traceability, robust end-to-cloud solutions as well as cost-efficient end user products. We also provide expert consultants.


Kontron is a global leader in embedded computing technology (ECT). As a part of technology group S&T, Kontron offers a combined portfolio of secure hardware, middleware and services for Internet of Things (IoT) and Industry 4.0 applications. With its standard products and tailor-made solutions based on highly reliable state-of-the-art embedded technologies, Kontron provides secure and innovative applications for a variety of industries.




Rutronik has developed from a “one-man-company” into one of the worldwide leading broadline distributors, employing more than 1,600. In the electronic components market, Rutronik currently ranks 11th worldwide and is the third largest European distributor. The product range includes semiconductors, passive and electromechanical components as well as embedded boards, storage technologies, displays and wireless products.





ECF template