Entwicklungskits beschleunigen das IoT-Design

Der Weg zur Produktentstehung für das Internet der Dinge ist mit Smartboards geebnet. In den letzten Jahren hat die Verwendung leicht verfügbarer, wirtschaftlicher Entwicklungsplattformen für das IoT-Produktdesign den Markt bereichert, da Entwickler die Kommunikationsfunktionen verschiedener Systeme und Protokolle genutzt haben.

Smart Boards – ob Mikrocontroller- oder SoC-basierte Boards oder Single Board Computer – ermöglichen ein kostengünstiges Prototyping und sind ein grundlegender Schritt in der Entwicklung vernetzter Objekte. Das Marktsegment für IoT-Entwicklungsboards wird sowohl von Elektronikgiganten als auch von Startups bevölkert, die teilweise über Crowdfunding-Initiativen finanziert werden. Die IoT-Entwicklungsaktivitäten konvergieren um eine Reihe dominanter Technologien.

DAS IOT-UNIVERSUM

Die Verbindung mit dem Internet der Dinge ist zu einem alltäglichen Aspekt des täglichen Lebens im privaten, beruflichen und öffentlichen Bereich geworden. IoT ist überall, ermöglicht durch immer komplexere Systeme, die kontrolliert werden müssen. Dieses komplexe Ökosystem vernetzter Objekte bietet Unternehmen die Möglichkeit, Anwendungen, Produkte und Dienstleistungen zu verfolgen, die sie von Mitbewerbern unterscheiden. Infolgedessen beschleunigt sich das Tempo der IoT-Innovation. Die Nutzung der kombinierten Fähigkeiten von Sensoren, Kommunikationsprotokollen und Algorithmen für maschinelles Lernen stellt das IoT an die Spitze der Entwicklungsherausforderungen. Für Unternehmen in einer Reihe von Branchen ist der Zugriff auf leicht verfügbare Hardware- und Softwareressourcen entscheidend für eine erfolgreiche Entwicklung und Prototypenerstellung.

SMARTBOARDS

Das Aconno ACD52832 IoT-Entwicklungsboard ist eine umfassende Lösung. Obwohl es für Anwendungsfälle mit extrem geringem Stromverbrauch entwickelt wurde, bietet es mit einem 32-Bit-Arm-Cortex-M4F mit 64 MHz eine ausreichende Leistung. Das Board ist mit einer Vielzahl von Sensoren wie Licht-, Temperatur-, Ton-, Bewegungs- und Vibrationsdetektoren ausgestattet, um die Anforderungen des IoT-Ökosystems zu erfüllen. Es verfügt außerdem über mehrere LEDs, Tasten, Relais, einen Summer, Servoanschlüsse, einen NFC-Adapter und mehr. Das Herzstück des Entwicklungsboards ist das Bluetooth-Smart-Modul ACN52832, das von einem Nordic Semiconductor System-on-Chip basierend auf dem Arm Cortex-M4F angetrieben wird.

Der Ultra-Low-Power-Logik folgend ist das Entwicklungsboard mit einem E-Paper-Display ausgestattet. E-Paper erfordert praktisch keinen Energieverbrauch, um ein projiziertes Bild anzuzeigen. Dank seines minimalen Energiebedarfs ist das Display mit einer Auflösung von 200 × 200 und einer Pixeldichte von 184 dpi auch bei Sonnenlicht mit unbegrenzten Blickwinkeln gut lesbar.

Diese Arten von Displays sind die beste Wahl für viele Industrie- und Verbraucheranwendungen. „E-Paper ist sehr wichtig, weil es extrem stromsparend ist“, sagt Thomas Hollwedel, Marketing- und Vertriebsleiter bei Aconno. „Für uns bedeutet ein IoT-Entwicklungsboard, dass es lange batteriebetrieben arbeitet und dabei eine ordentliche Leistung liefert. Aus diesem Grund haben wir uns für das E-Paper-Display GoodDisplay GDEP015OC1 entschieden und nicht für ein LCD- oder OLED-Display.“

Entwickler, die mit dem Smartboard ACD52832 arbeiten, können mit den Softwaretools mbed oder Keil uvision schnell, flexibel und wirtschaftlich Prototypen erstellen. Das Board kann den Übergang vom Prototyp zur Massenproduktion auf Basis der Aconno-Produktfamilie erleichtern. Abbildung 1 zeigt die Platine mit ihren Sensoren, einschließlich des STMicroelectronics iNEMO 9-Freiheitsgrad (9-DoF) Trägheitsmoduls (mit Beschleunigungsmesser, Gyroskop und Magnetometer) und dem Microchip MCP9700 Temperatursensor.

Das Herzstück des Boards ist Nordics nRF52 SoC, dessen einzigartige Softwarearchitektur eine klare Trennung zwischen Anwendungscode und Protokollen namens SoftDevices bietet. Es basiert auf einer Arm Cortex-M4-CPU mit 64-MHz-Gleitkommaeinheiten und verfügt über ein NFC-A-Nahfeldkommunikations-Tag zur Verwendung in vereinfachten Pairing- und Zahlungslösungen.

Die neueste Aconno-Innovation, die Bluetooth verwendet, ist das ACD52840-Board, das über ein Bluetooth 5 (BT5)-fähiges ACN52840-Modul verfügt, um den Langstreckenbetrieb bei sehr geringem Stromverbrauch zu unterstützen. Der Langstrecken-Freifeldbetrieb mit dem Modul wurde laut Aconno auf mehr als 1.300 Metern gemessen. Das ACN52840-Modul basiert auf dem SoC nRF52840 von Nordic mit einer Arm Cortex-M4F-CPU und einer Arm TrustZone CryptoCell. Es unterstützt Adaptive Network Topology (ANT), Thread, Thread Mesh und Zigbee und gewährleistet so eine lange Akkulaufzeit. Das neue Board verfügt über die meisten Sensorfunktionen des ACD52832 und bietet ein E-Paper-Display, NFC und andere Funktionen, um die IoT-Produktentwicklung zu ermöglichen (Abbildung 2).

Der Bluetooth 5-Standard erhöht die drahtlose Reichweite, Geschwindigkeit und Bandbreite, um die Übertragung an zwei drahtlose Geräte gleichzeitig zu ermöglichen. Benutzer gewinnen an Mobilität, weil Daten zwischen Geräten ausgetauscht werden, wenn sie sich beispielsweise vom Zuhause zum Auto bewegen.

Die Bluetooth Special Interest Group (SIG), zu der weltweit führende Marken von Industrieelektronik gehören, prognostiziert, dass in den nächsten Jahren mehr als ein Drittel aller IoT-Geräte den Bluetooth-5-Standard verwenden werden.

„Das neue Modul und das neue Board können mit +8 dB senden, und es hat auch die Hardware-Unterstützung für Bluetooth 5 Long Range. Ein entscheidender Vorteil ist also die Distanz“, sagte Hollwedel. „Mit dem 52832-Modul haben wir einen Außenabstand zwischen zwei Modulen im verbundenen Modus von 130 Metern erreicht. Mit dem 52840-Modul haben wir eine Außenreichweite von 1,3 Kilometern erreicht. Wir haben das gerade in Kroatien noch einmal gemessen, weil es viel Land gibt, auf dem man wirklich kilometerweit laufen und messen kann, und das ist eine erstaunliche Entfernung für Bluetooth.“

Der Versuch, ein IoT-verbundenes System von Grund auf neu aufzubauen, kann eine entmutigende Aufgabe sein. Dies kann teuer sein und erfordert Zeit und Know-how in vielen Ingenieurdisziplinen. Der Einsatz von Entwicklungskits auf Basis von Mikrocontrollern oder SoCs kann viele der sensorischen und anderen technischen Herausforderungen bewältigen.

Boards und Lösungen von Aconno und anderen, wie Sony und Cypress, kommen zusammen mit Arduino, Raspberry Pi und Beagle Bone, um die Markteinführungszeit für IoT-Einführungen zu verkürzen. Die Herausforderungen der IoT-Entwicklung werden über die Hardware hinaus mit Softwaretools angegangen, mit denen die verschiedenen Sensoren einfach programmiert werden können.

Viele von uns haben Arduino und Raspberry Pi traditionell als separate Einheiten betrachtet. Obwohl die beiden Boards in einigen Situationen unterschiedliche Eigenschaften mit unterschiedlichen Anwendungen aufweisen, können sie von einer einzigen Plattform aus verwaltet werden. Raspberry Pi ist ein Mini-Computer; Arduino benötigt zum Programmieren einen PC.

Sony ist mit seinem Spresense Main Board, einem sehr kompakten Entwicklungsboard auf Basis des Sony CXD5602 Multicore-Mikrocontrollers, in den IoT-Markt eingestiegen. Sein größtes Potenzial besteht darin, die Entwicklung von IoT-Anwendungen auf sehr einfache und schnelle Weise zu ermöglichen, einschließlich der Möglichkeit, die integrierten Entwicklungsumgebungen (IDEs) von Arduino oder Eclipse zu verwenden. Das Spresense-Board enthält die Sony-Prozessoren CXD5247GF und CXD5602GG, eine GPS-Antenne, eine grafische Benutzeroberfläche und eine Erweiterung für 26 externe Pins. Externe Add-Ons werden von Drittanbietern für Bluetooth (BLE), Wi-Fi und Bildsensoren erhältlich sein (Abbildung 3).

Das PSoC 6 BLE Pioneer Kit (CY8CKIT-062-BLE) von Cypress bietet eine hardwarebasierte Arbeitsumgebung, die keinen externen Speicher benötigt. Es unterstützt sichere Datenspeicherung und kryptografische Algorithmen. Das Kit enthält Bluetooth 5, einen 512-Mbit-Quad-SPI-NOR-Flash und einen Power-Delivery-USB-Typ-C-Controller.

Speziell für das Internet der Dinge entwickelte Entwicklungskits bieten die Hardware, Software, Firmware und Tools, die Ingenieure benötigen, um die Markteinführungszeit von IoT-Produkten zu verkürzen. Anbieter von Entwicklungskits werden das IoT-Ökosystem mit neuen, leicht zugänglichen Lösungen für Fachleute und Hersteller gleichermaßen unterstützen.