Az Endrich IoT – Nemzetközi elektronika komponens disztribútor termékfejlesztő szerepkörben
Az Endrich GmbH Európa egyik vezető elektronikai alkatrész disztribútora elkötelezett az IoT fejlesztések támogatásában, elsősorban alkatrész és támogatás oldalról kíván részt venni a projektekben.
A saját fejlesztésű IoT alapú bemutató ökoszisztéma, – mely tartalmaz minden olyan hardver-szoftver és szolgáltatás elemet, ami ezen a területen szükséges – azt a célt szolgálja, hogy a partnerek számára egységes, könnyen hozzáférhető és átlátható minta rendszert tegyen elérhetővé. A megoldások hardver és szoftver elemei szabadon hozzáférhetők, az Endrich IoT ökoszisztéma egyes szolgáltatásai, mint például az Endrich Cloud Database vagy az Endrich Visual Gateway szolgáltatás bizonyos feltételekkel a fejlesztőmérnökök számára ingyenesen rendelkezésre áll. A teljes egészében magyar fejlesztésű rendszer bemutatására a müncheni Electronica, a nürnbergi EmbeddedWorld és a magyarországi TechFerence kiállításokon és ez utóbbi rendezvényhez kapcsolódó konferencián került sor, és az Endrich kiemelt témája volt az IOT Show 2020 és az Ipar Napjai kiállításokon is.
Az IoT rendszer elsődleges feladata, hogy a mesterséges intelligencia algoritmusok számára adatokat gyűjtsön szenzorok alkalmazásával, ezeket az adatokat egy távoli, jellemzően felhő alapú adatbázisba juttassa valamilyen kommunikációs eszköz segítségével és gondoskodjon ezek megjelenítéséről is. Megfelelő nagyságú adathalmaz statisztikai alapú kiértékelést tesz lehetővé, nincs szükség tudásalapú, előre programozott szabályrendszereket programozni az MI mikroprocesszoraiba, elegendő az adatokból nyert mintázatok feldolgozásán alapuló döntéseket hozni. Egy fontos alkalmazási terület lehet például a prediktív karbantartás, érzékelők megfigyelései és a bekövetkező különféle hibák összevetéséből kinyerhető minták időben jelezhetnek előre egyes karbantartási feladatokat, figyelembe véve az előrejelzésnél a cserélendő alkatrész szállítási idejét is.
Ezzel a kopó-fogyó anyagok raktárkészletértékeit lehet optimális szinten tartani, mely sokkal gazdaságosabb működést tesz lehetővé. Előre látható, hogy az elkövetkező évtized kiemelt feladata a szenzorok adataiból felépülő, az emberiség egyetemes tulajdonát képező „BIG DATA” analízise és az ebből származtatott következtetések levonása és beprogramozása az MI alapú rendszerekbe. A mesterséges intelligencia adatot igényel, az adatokat a szenzorok hálózata szolgáltatja és az ezt a komplett rendszert kiszolgáló infrastruktúra az IoT, a „Dolgok Internete”.
Az IoT rendszerekhez cégünk, mint Európa egyik vezető komponens disztribútora minden szakmai területen illeszkedik. A cég szenzorkínálata több mint 40 év munkájával alakult azzá a széleskörűen elismert portfolióvá, ami magában foglalja az optikai szenzoroktól, a mágneses térérzékelés, az akusztikai, ultrahangos és radar szenzorok területén át, a hőmérsékletmérésre, gázérzékelésre és jelenlétérzékelésre alkalmas eszközöket is. A mikrovezérlőktől az egylapos számítógépeken keresztül a panel PC-k és okos kijelzők kínálata biztosítja a vezérlést az IoT rendszer számára, ezek széles körét kínálja az Endrich partnereinek. A vezetéknélküli kommunikációs modulok kínálata magában foglalja a WiFi, Thread, BlueTooth LPLAN és a 2G/3G/4G/5G GSM és az NB-IoT & LTE-M LPWAN modulokat, a hozzájuk tartozó antennákkal és kiegészítőkkel egyetemben. A kijelzők az egyszerű LCD üvegektől a pmOLED és E-papír megoldásokon, a PCap érintésvezérlővel ellátott TFT modulokon keresztül egészen az okoskijelzőkig terjed, melyek közül a csúcsmodell a világ egyben legnagyobb érintő képernyője címmel is dicsekedhet.
A vevők támogatására emellett az Endrich Budapesti Kompetencia Központ a StarsBridge Kft közreműködésével kifejlesztett egy IoT hardver eszközcsaládot is, ami alkalmas egy ilyen fent leírt rendszer minden adatgyűjtő, telekommunikációs és vezérlési feladatát ellátni. A hardver és a szoftver is nyílt forráskódú, szerződött partnereink számára hozzáférhető. Az alkalmazott kulcsalkatrészek a képviselt beszállítók által forgalmazott komponensek, ha valaki ezeket szeretné használni az Endrich konkrét felhasználási példával, áramköri rajzzal, beágyazott mintaszoftverrel, a szenzorok illesztésének módjával tudja segíteni a gyors termékfejlesztést. Ezen felül kidolgoztunk egy a szenzorok által mért értékek grafikus bemutatására szolgáló bizonyos mértékig skálázható internet alapú grafikus felületet, ami az Endrich Felhőalapú Adatbázisára épülve az oda beérkező adatok vizuális megjelenítésről gondoskodik az adott IoT eszköz számára.
A család egy alap IoT kártyából és hozzá kapcsolható külső mini szenzor áramköri lapkákból áll, melyek I2C, SPI vagy az Endrich által jegyzett, nagy távolság áthidalására képes EI2CTM interfészen keresztül kapcsolódnak az IoT alaplaphoz. Ezek részletes bemutatására a következő bekezdésekben kerül sor. Az eszközök kiértékelő szettként is megvásárolhatók, de elődlegesen arra hivatottak, hogy az alkalmazott alkatrészek működését, illesztését és programozását demonstrálni tudjuk. A koncepció kiterjesztéséhez az Endrich Európa szerte a magyarországi számítástechnikai partnerén, az eNet Kft-n keresztül igyekszik egyedi megoldást kínálni. Egy vezérlőtermi szoftver kialakításával, ahol a szenzor adatok azok fizikai elhelyezkedését grafikusan ábrázolva az értékek a mérés helyén jelennek meg, és a beavatkozó szervek is feltüntetésre kerülnek.
Az Endrich moduláris IoT áramkör-család különböző szintű szolgáltatásai
Az általános IoT eszközök három alapfeladatát, az érzékelést, az adatgyűjtés és az adattovábbítás vezérlését, valamint magát az adatkommunikációt az Endrich IoT kártya család modulárisan együttműködő elemei egyenként, vagy egymással kombinálva kínálják.
A szenzor adatgyűjtő kártyák
A legegyszerűbb építőelem a különböző szenzorokat felvonultató külső szenzor lap, mely valamilyen szabványos interfészen (I2C, SPI) kapcsolódik a felhasználó által preferált mikrokontrollerhez. Ezzel az eszközzel az Endrich saját szenzor kínálatát igyekszik támogatni. Tetszőleges egylapos számítógéphez (Ar-duino, Raspberry Pi, ARM, RISC-V stb.) illeszthető, de az erre kidolgozott speciális interfészen keresztül az Endrich IoT család magasabb szinten integrált tagjaihoz is kapcsolható. Az így létrejött külső szenzorkártya koncepció elemei I2C vagy SPI interfészen keresztül kapcsolódnak a fő IoT vezérlő áramkörhöz. Természetesen ugyanazok a szenzorok kaptak helyen ezeken a kis kártyákon is, mint a „nagytestvéreken”, de sem mikrovezérlőt, sem kommunikációs eszközt nem tartalmaznak, egészen olcsó néhány dolláros értéket képviselnek.
Minden szenzorkártya csatlakoztatható az Endrich IoT alapkártyákhoz is, ekkor SPI, hagyományos I2C vagy nagy távolságú speciális I2C interfész közül választhat a mérnök. Az utóbbi EI2CTM porton keresztül akár 50 méter áthidalására is lehetőség van, a kapcsolás az IoT lapon lévő I2C szenzoroktól való különválasztás érdekében a mikrokontroller egy másik I2C buszát használja. Így lehetőség nyílik nemcsak az eszköz közvetlen közelében, de attól viszonylag nagy távolságban is környezeti paramétereket mérni.
Az Endrich koncepciója szerint a mikrokontroller és kommunikációs kártya változatlanul tartása mellett egyedi igényekre alakított, választható érzékelőkkel szerelt szenzor adatgyűjtő kártyák rendelésére is lehetőség lesz. Az analóg szenzorok illesztését itt a HOLTEK BH45B1225 I2C buszos analóg-digitális konvertere, míg az SPI kártyán a NJRC NJU9103 front-end modulja biztosítja. Ami az érzékelni kívánt fi zikai jellemzőket illeti igyekeztünk alap- értelmezésben általános megoldásokat kínálni. Az ezekre a feladatokra szánt szenzorok mind helyet kaptak a család összes elemén, de természetesen vevői igények szerinti egyedi kivitelezésre is van lehetőség.
Az Endrich külső Szenzor kártya
A Micronas Hall-szenzora mágneses tér jelenlétének érzékelésre teszi alkalmassá áramkörünket, mely alapelvárás például okos fogyasztásmérők területén, az Everlight ALS szenzora látható fény érzékelésére való, minden intelligens világításkapcsoló vezérlése ezzel a szenzorral oldható meg, de kiválóan alkalmazható például készülékburkolat megbontásának érzékelésére, kamionok raktérajtajának nyitásérzékelésére is. A Tateyama és a Semitec NTC termisztorai hőmérsékletmérésre és monitorozásra, a SENSOLUTE rezgés-szenzora pedig mozgatás, behatolás vagy gépcsoport indulásának érzékelésére teszi alkalmassá az IoT eszközt.
Egy a lapra integrált I2C digitális szenzor a légnyomás nagypontosságú mérésével beltéren is használható, ~deciméteres felbontású magasságmérést tesz lehetővé (például lépcsők mászásának követése), míg maga a kommunikációs eszköz, az MA510LPWA modem felruházza az áramkört a globális helymeghatározás képességével is. Legújabb fejlesztésként helyet kapott a felvonultatott „szenzor-arzenálban” a BSE MEMS alapú nagy érzékenységű mikrofonja is, melyre folyamatban van olyan beágyazott FFT minta-szoftverek kidolgozása, mellyel előre rögzített hangmintákkal való összevetés útján felismerhetők olyan jelenségek, mint például üvegtörés (betörésvédelem), láncfűrész hang (erdőgazdálkodás), de realizálható háttérzajszint mérése, tapskapcsoló és egyéb olyan fizikai jellemző mérése, melyre célszenzor nem elérhető vagy esetleg túl drága lenne.
A „három az egyben” IoT kártyacsalád
Természetesen a kínálatból nem hiányozhat a „zászlóshajó” sem, az IoT képességek teljes skáláját felvonultató független IoT csomópont. Ez a kártya egy adatgyűjtő-továbbító és vezérlőkártya is egyben, mely tartalmazza a szenzorokat, az adatgyűjtés „karmesterét”, a mikrokontrollert, valamint a kommunikációs csatornát biztosító GSM modemet is. A Gigadevice RISC-V processzor folyamatosan mintavételezi mind a fedélzeti szenzorokat, mind az egyes külső szenzorkártyák felől érkező adatokat is. Elkészíti az Endrich Cloud Database számára értelmezhető JSON datagrammot és automatikusan felveszi a kapcsolatot a szerverrel. Képes a keskenysávú IoT hálózaton, az LTE-M (CAT-M1) hálózaton, vagy ezek hiányában akár a GPRS (2G) hálózaton is kommunikálni.
Az Endrich „3In1” Szenzor, mikrovezérlő és kommunikációs kártya
Egy ebből a megoldásból iterált új családtag a szintén a fenti érzékelőkkel és kommunikációs képességekkel ellátott, azonban a kereskedelemben kapható és egyre népszerűbb Longan NANO mikroszámítógéphez illeszthető, azt fogadni képes alaplap. A Longan Nano az Endrich által is forgalmazott és az IoT koncepció alap mikrovezérlőjeként használt GigaDevice RISC-V kontrollere köré épül és egy mini SPI TFT kijelző is helyet kapott az alaplapon. A kártyacsalád minden tagja rendelkezik 3 külső GPIO kimenettel is, melyek 5V-os TTL szinttel vezérelhető relé modulok kapcsolására használhatók és a megfelelő védelemmel is el vannak látva. Így a szenzorok mérte adatok alapján közvetlen beavatkozásra is van lehetőség, mint például hőmérséklet emelkedés esetén nagyteljesítményű ventilátor indítása, sötétség leszálltakor világítás kapcsolása.
Az Endrich „3in1” LONGAN NANO kompatibilis szenzor és kommunikációs pajzsa
Az áramköri lapon a GSM modem AT parancsvezérlésre használható UART bemenete egy mini USB csatlakozón keresztül ki van vezetve, így ez a kártya használható a Fibocom próbapanel kiváltására is, ezen a porton keresztül PC-hez kapcsolva a GSM modem külön is működtethető. Hasonlóan a mikrokontroller „in-circuit” programozó UART bemenete is kivezetésre került, így egy külső GD-LINK eszköz használatával, vagy az USB-C csatlakozáson keresztül közvetlenül egy számítógéphez kapcsolva és a Windows/Linux által DFU eszközként felismerve a kezünkben van egy jól felszerelt GIGADEVICE RISK-V MCU próbapanel is. Minden egyes kártya egyedi azonosítóval van ellátva és a szenzorok adataihoz tartozó grafikus megjelenítést egy QR kódon keresztül az Interneten elérhető saját felület biztosítja. Az applikációban a GPS adatokra kattintva a Google Maps szolgáltatásban betöltődik a szenzorkártya pillanatnyi helye.
Minden kártya saját vizuális interfésszel rendelkezik
