Quando si creano applicazioni di sensori distribuiti alimentati a batteria che si basano sulla trasmissione a lunga distanza di piccole quantità di dati, è necessario soddisfare tre requisiti fondamentali: componenti a bassissimo consumo, affidabilità in ambienti non controllati e un'architettura relativamente semplice e scalabile. Ciò rende LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) una scelta ideale per scenari come edifici intelligenti, ambienti universitari, vendita al dettaglio e monitoraggio industriale.
Le applicazioni LoRaWAN hanno portate di trasmissione di diversi chilometri, durata della batteria di diversi anni e vantaggi in termini di costi. La comunicazione LoRaWAN può coprire aziende agricole o fabbriche attraverso un singolo gateway senza la necessità di routing di rete cellulare, Wi-Fi o mesh.
Nel 2015, con il supporto della LoRa Alliance, LoRaWAN è stata ufficialmente istituita come livello MAC aperto e architettura di rete. Si tratta di un protocollo e di un'architettura di rete wireless aperti e a basso consumo che surclassano soluzioni alternative come IoT cellulare, Wi-Fi, BLE, Zigbee, Thread e radio sub GHz proprietarie in termini di scalabilità, semplicità e interoperabilità.
Si prevede che l'alleanza di collaborazione tra Digi e SparkFun accelererà il processo dalla concezione concettuale all'implementazione effettiva. L'alleanza integra la piattaforma X-ON edge to cloud IoT di Digi con l'hardware di SparkFun e i microcontrollori Raspberry Pi.
Nello specifico, i progettisti possono utilizzare la scheda di sviluppo SparkFun 26060 IoT Node (Figura 1), che dispone di moduli ricetrasmettitori wireless Digi XBee LR integrati e di un potente Raspberry Pi 2350A.
Figura 1: Il nodo IoT SparkFun 26060 è dotato di un ricetrasmettitore Digi XBee integrato, che consente la connessione alla piattaforma cloud Digi X-On. (Fonte immagine: SparkFun)
Questo modulo è automaticamente connesso alla piattaforma IoT cloud Digi X-ON tramite il gateway LoRaWAN Digi HX15 (Figura 2). Questo gateway può essere acquistato separatamente o fornito come parte del kit SparkFun 27213 Digi X-ON (versione nordamericana).
Figura 2: Il gateway HX15 di Digi fornisce un'interfaccia dati per i sensori LoRaWAN e può essere collegato alla piattaforma cloud Digi X-ON tramite Ethernet o una rete LTE opzionale. (Fonte immagine: Digi International)
L'ecosistema SparkFun Qwiic Connect semplifica notevolmente il processo di espansione hardware con la sua libreria in continua espansione di oltre 100 sensori, attuatori e display plug and play. Tutti i componenti del sistema sono interconnessi tramite un'interfaccia universale I²C e connettori JST a 4 pin standardizzati. Il nodo IoT di SparkFun viene fornito con firmware precompilato che rileva automaticamente i sensori SparkFun Qwiic collegati e trasmette i dati tramite LoRaWAN utilizzando il modulo Digi XBee LR. Questo modulo è collegato al gateway HX15 e invia i dati alla piattaforma cloud Digi X-ON tramite Ethernet o LTE opzionale. Digi X-ON dispone di funzionalità di trasmissione crittografata dal gateway al cloud, controllo sicuro dell'accesso degli utenti e funzionalità di gestione dei metadati a livello di dispositivo.
Per i progettisti non è necessario configurare gateway o registrare LoRaWAN. Possono utilizzare la funzione di accesso al sensore a configurazione zero per ottenere un flusso di dati pronto per il cloud dai nodi al cloud, senza la necessità di configurazione utente, codifica o impostazioni proxy MQTT durante tutto il processo. Ciò fa sì che la prototipazione rapida, la convalida dei concetti o l'implementazione funzionino quasi senza (se necessario) fare affidamento su LoRa o sull'esperienza nella tecnologia cloud.
I progettisti possono ottimizzare le frequenze di campionamento, aggiungere il supporto per più sensori Qwiic o regolare i formati del carico utile senza iniziare da zero. La piattaforma Digi X-ON fornisce una visione centralizzata di tutti i nodi distribuiti, monitorando l'autonomia, la durata della batteria, la qualità del segnale e la cronologia delle connessioni: tutti indicatori chiave per la risoluzione dei problemi e l'ottimizzazione delle reti di sensori distribuite.
Flessibilità del flusso di lavoro
RP2350 offre una flessibilità unica del flusso di lavoro per i progettisti di prodotti, supportando lo sviluppo di applicazioni basate su Arduino, MicroPython e C/C++ (utilizzando Pico SDK). Grazie alla sua compatibilità con tutti e tre gli ambienti di sviluppo, SparkFun IoT Node offre ai progettisti ampia scelta e flessibilità, consentendo ai flussi di lavoro di soddisfare le loro competenze professionali, dallo scripting drag and drop in Python allo sviluppo di codice C ottimizzato utilizzando l'accelerazione hardware.
I progettisti possono sviluppare rapidamente prototipi di applicazioni in MicroPython, testare sensori compatibili con Qwiic in ambienti in tempo reale o regolare gli intervalli di campionamento. Man mano che il progetto avanza, possono passare senza problemi ad ambienti Arduino o C++ puri per ottimizzare il consumo energetico, l'utilizzo della memoria o le prestazioni I/O. SparkFun offre anche immagini MicroPython precompilate personalizzate appositamente per i suoi moduli IoT.
Una volta che i dispositivi IoT inizieranno a inviare dati, X-ON fornirà un dashboard per monitorare le letture dei sensori, controllare lo stato del dispositivo e persino inviare in remoto gli aggiornamenti del firmware. I progettisti dei prodotti possono migliorare continuamente i propri progetti senza alcun contatto effettivo con l'apparecchiatura.
Questa soluzione collaborativa fornisce una soluzione ideale per test applicativi in loco o per il dimensionamento di progetti pilota di sistemi di sensori distribuiti alimentati a batteria. Il design rinforzato del gateway HX15, l'architettura cloud sicura di Digi X-ON e lo stack firmware configurato automaticamente possono ridurre le difficoltà di implementazione dal laboratorio alla distribuzione in loco. I progettisti possono condurre applicazioni pilota basate sui dati reali dei sensori in ambienti reali, quindi replicare semplicemente le configurazioni di nodi e gateway per ottenere scalabilità senza la necessità di sviluppo firmware o integrazione cloud.
Il modulo IoT di SparkFun basato su RP2350, la piattaforma X-ON di Digi e l'ecosistema flessibile di microcontrollori di Raspberry Pi forniscono un percorso semplificato unico dal prototipo alla distribuzione. Che si tratti di testare nuovi sensori, verificare la portata di trasmissione LoRaWAN o ottimizzare il consumo energetico, questa combinazione può supportare l'esplorazione sperimentale soddisfacendo al contempo i rigorosi requisiti della progettazione pronta per la produzione.
Utilizzando hardware aperto e connessioni standardizzate, i progettisti possono garantire che i loro progetti IoT abbiano una buona adattabilità e durabilità durante il processo di sviluppo. Man mano che i requisiti del progetto evolvono, le applicazioni create su questa piattaforma possono anche mantenere una maggiore portabilità e flessibilità.