Mit SoM-Starterkits die Entwicklung von IoT-Geräten vereinfachen

Bis 2025 sollen schätzungsweise 70 Milliarden vernetzte Geräte in Betrieb sein, darunter intelligente Beleuchtung, lernende Thermostate und Wearables. In einer aktuellen Studie geht McKinsey davon aus, dass diese Geräte in etwa 11 Billionen US-Dollar zur Weltwirtschaft beitragen, während Gartner schätzt, dass IoT-Technologie bis 2020 in 95 Prozent aller neuen Elektronikprodukte integriert sein wird.

Zu den gängigen Projektzielen bei der Entwicklung von IoT-Proof-of-Concepts zählen hohe Funktionalität, robuste Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit. Um diese ehrgeizigen Ziele zeitnah und kosteneffizient zu erreichen, sind Lösungen gefragt, die bei der Entwicklung professioneller Proof-of-Concepts auch Projekt-Zweckmäßigkeit bieten. Aktuelle System-on-Module-Starterkits (SoM) für das IoT helfen dabei, die Entwicklungsphase von Projekten zu beschleunigen. Der für die Leiterplatte ausgelegte Sensible-IoT-Sensorknoten von Sensi Edge ist ein Beispiel dafür.

Entwicklung mit dem Sensible-Sensorknoten

Bild 1: Das Sensible-IoT-SoM ist eine individuell anpassbare Lösung, ohne dass sich der Entwickler an der Hardwareentwicklung oder Fertigungslogistik beteiligen muss. Sensi Edge

Das Sensible-IoT-SoM (Bild 1) ist eine individuell anpassbare Lösung für Entwickler, die IoT-Produkte erstellen wollen, ohne sich an der Hardwareentwicklung oder Fertigungslogistik zu beteiligen. Entwickler können sich dabei auf ihre eigenen Anwendungen, ihr branchenbezogenes Know-how und ihre Kernkompetenzen konzentrieren anstatt sich mit der zugrunde liegenden Hardwareplattform oder Fertigungslogistik befassen zu müssen.

Bild 2: Die hardwarefertige Konfiguration des SoM umfasst zahlreiche Sensoren, ein MEMS-Mikrofon, eine 32-Bit-MCU und viele serielle Schnittstellen. Sensi Edge

Die hardwarefertige Konfiguration umfasst einen 3-Achsen-Beschleunigungssensor, ein 3-Achsen-Magnetometer, 3-Achsen-Gyroskop sowie Sensoren für Druck, relative Feuchtigkeit und Temperatur. Ebenfalls enthalten sind ein MEMS-Mikrofon und ein Umgebungslichtsensor, eine rot-grüne LED, ein Summer und ein Taster, Bluetooth LE (Low Energy) Version 4.1, Flash-Speicher und ein 32-Bit-Mikrocontroller mit ARM-Cortex-M4-CPU und FPU (Floating Point Unit, mathematischer Coprozessor). Das Modul enthält auch viele serielle Schnittstellen wie SPI, I²C, UART, ADC, SDIO, PWM, CAN, USB und GPIO (Bild 2).

Sensible ist durch Hardware-Link-Layer-AES-128-Verschlüsselung/Entschlüsselung vor Cyberattacken geschützt. Die Stromversorgung erfolgt direkt mit einer gängigen 3-V-Knopfzelle, zwei AAA-Batterien oder einer anderen Stromquelle von 2 bis 7 V. All dies vereinfacht die Proof-of-Concept-Prototypentwicklung für IoT-Anwendungen, die Voice-to-Text, Aktivitätserkennung, Wearable-Sensoren oder Umgebungsanwendungen umfassen können.

Bild 3: Trotz seiner hohen Funktionalität besitzt das SoM einen Formfaktor von nur 20 mm × 30 mm. Sensi Edge

Mit Sensible können Entwickler eine Funkanbindung ohne HF-Wissen umsetzen und eine vollständige Funkplattform bereitstellen, die Sensormesswerte über BLE (Bluetooth Low Energy) an eine Smartphone-App und in die Cloud liefert. Das Kit ist CE- und FCC-zertifiziert, die Firmware, der Bluetooth-Stack und die Protokolle sowie Profile lassen sich problemlos integrieren. Trotz seiner hohen Funktionalität kommt das Modul im kleinen Formfaktor von nur 20 mm × 30 mm auf den Markt (Bild 3).

Das SoM basiert auf Sensoren und Bauteilen von ST Microelectronics und bietet ähnliche Funktionen wie das STM32-Nucleo-Entwicklungsboards – jedoch in einem kleineren Formfaktor. Es ist außerdem vollständig kompatibel mit dem STM32-Nucleo- und X-Nucleo-Ökosystem.

Details zur schnellen Cloud-Anbindung mit Hilfe des Kits und welche Lösungen Arrow dabei bietet beschreibt der Beitrag auf der nächsten Seite.

Schnelle Cloud-Anbindung

Das Kit lässt sich schnell mit allen großen Cloud-Systemen verbinden, einschließlich IBM Cloud, AWS  (Amazon Web Services) und Microsoft Azure. Die Auswahl des verwendeten Dienstes hängt häufig von Projektspezifikationen und Entwicklerpräferenzen ab, wobei jede Plattform ihre eigenen Vorzüge hat.

Mit IBM Cloud können Entwickler beispielsweise eine breite Palette von SQL- oder No-SQL-Datenbanken, Watson-gestützte AI-Funktionen und Machine-Learning-APIs problemlos nutzen. Die ausgereifte Lösung von AWS bietet das vielleicht umfassendste Infrastruktur- und Service-Angebot. Nutzer können damit Daten einfach sammeln und zur Analyse in die Cloud senden. Außerdem lassen sich Systeme so verwalten, dass sich Entwickler auf ihre Anwendungen konzentrieren können, um die Benutzeranforderungen zu erfüllen. Für Unternehmen, die hybride öffentlich-private Clouds (insbesondere mit internen Microsoft-Netzwerken) erstellen möchten, bietet Azure integrierte Tools, Dev-Ops-Funktionen sowie ein Partner-Ökosystem und einen Marktplatz, damit sich einfache Apps als auch unternehmensweite Internet-Lösungen entwickeln lassen.

Cloud-Lösungen von Arrow

Für Benutzer vereinfachte Cloud-Lösungen ist Arrow Connect eine zentrale Anlaufstelle. Arrow Connect ist eine universelle Middleware-Ebene, mit der Entwickler jedes Gerät über jedes Protokoll mit jeder Cloud verbinden können. Die Lösung lässt sich nahtlos in Azure, IBM Cloud oder AWS integrieren oder kann mit der eigenen kundenspezifischen Datenerfassung und Private Cloud des Entwicklers arbeiten, während die Multi-Tenant-, hierarchische SaaS-Plattform des Systems weiterhin die Gerätebereitstellung und -verwaltung vereinfacht. Der Service bietet Sicherheit, Skalierbarkeit, Flexibilität, offene APIs und Erweiterbarkeit, wodurch sich Produkte schneller am Markt einführen lassen. Sensi Edge ist außerdem Teil von Arrows kürzlich eingeführtem SoM-Programm.

Auf der folgenden Seite erfahren Sie, warum es sich lohnt, die Nutzung des Sub-1-GHz-Spektrums in Erwägung zu ziehen.

Zusätzliche SoM-Optionen

Das wachsende Sensi Edge IoT-Angebot adressiert die Anforderungen in der Entwicklung, indem Hardware und Firmware sowie Entwicklungsdienstleistungen wie Gateway-Anbindung, Android/iOS SDK und Cloud-Analyse zur Verfügung stehen.

Sensible Version 2.0 fügt einen 100-mA-Akku hinzu, während die Sensoren, der Rechner, die Datenanbindung und der kleine Formfaktor von nur 17 mm × 40 mm beibehalten werden. In dieser Version vereint das Kit den Mikrocontroller und BLE auf einem einzigen Chip, was das Kit ideal für tragbare Anwendungen wie Aktivitäts-Tracker oder Umgebungsüberwachung macht.

Sensi Edge bietet auch eine Option für Funkkommunikation mit geringer Stromaufnahme unterhalb von 1 GHz mit dem kommenden Sensisub-SoM an, das Protokolle wie 6LoWPAN nutzt. 6LoWPAN ist ein von der IETF (Internet Engineering Task Force) ausgearbeitetes Kommunikationsprotokoll zur Übertragung von IPv6-Paketen über Funknetze mit geringem Stromverbrauch. Es bietet die Möglichkeit, einen WSN-Knoten (Wireless Sensor Network) in der Cloud anhand einer eindeutigen IP-Adresse zu identifizieren.

Sensisub verfügt über den gleichen Formfaktor wie Sensible und ermöglicht es, Prototypen und Proof-of-Concepts mit Sensible zu entwickeln und fertigzustellen, bevor sie für Anwendungen mit größerer Reichweite auf Sensisub übergehen. Dies trägt dazu bei, die Arbeit in der frühen Entwicklungsphase zu vereinfachen, indem sich Konzepte mittels Echtzeitübertragung von Daten direkt vom Sensor zur Smartphone-App demonstrieren lassen.

Warum Sub-1-GHz nutzen?

Da immer mehr IoT-Anwendungen und Gerätenummern zum Einsatz kommen, bietet das Sub-1-GHz-Spektrum drei wesentliche Vorteile gegenüber dem bereits überfüllten 2,4-GHz-Spektrum (mit Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee, DECT-Telefonen und Autoalarmanlagen):

• Interferenz: IoT-Sensoren, die das Sub-1-GHz-Spektrum nutzen, können Störungen besser handhaben. Sie arbeiten mit einer niedrigeren Frequenz und es sind weniger Anwendungen vorhanden, die dieses Spektrum nutzen. Außerdem ermöglichen ISM-Bänder mit niedrigerer Frequenz eine bessere Sub-1-GHz-Übertragung zwischen Gebäuden in einer städtischen Umgebung.
• Geringerer Stromverbrauch: Sub-1-GHz-Funktechnik benötigt weniger Strom als 2,4-GHz-Funktechnik, um die gleiche Ausgangsleistung am Empfänger zu erhalten. Dies macht Sub-1-GHz-Funk zu einer guten Wahl für batteriebetriebene IoT-Sensoren.
• Reichweite: Sub-1-GHz bietet eine 1,5- bis 2-mal höhere Reichweite als 2,4 GHz.

Zu den idealen IoT-Funkanwendungen für Sub-1-GHz zählen Smart Metering, industrielle Beleuchtung sowie Haus- und Gebäudeautomation. Die große Reichweite, die geringe Störanfälligkeit und der stromsparende Betrieb des Sub-1-GHz-Spektrums machen diese Funktechnik zu einer idealen Lösung für diese IoT-Anwendungen.

(na)