عند بناء تطبيقات أجهزة الاستشعار الموزعة التي تعمل بالبطاريات والتي تعتمد على نقل كميات صغيرة من البيانات لمسافات طويلة، يجب استيفاء ثلاثة متطلبات أساسية: مكونات طاقة منخفضة للغاية،موثوقية في بيئات غير خاضعة للرقابة، وهي بنية بسيطة نسبيا وقابلة للتوسع. وهذا يجعل LoRaWAN (شبكة المنطقة الواسعة الطول) خيارًا مثاليًا لسيناريوهات مثل المباني الذكية، وبيئات الحرم الجامعي، وتجارة التجزئة،ومراقبة الصناعة.
تطبيقات LoRaWAN لديها نطاقات نقل من عدة أميال ، عمر البطارية من عدة سنوات ، ومزايا فعالية التكلفة.يمكن أن تغطي الاتصالات LoRaWAN المزارع أو المصانع من خلال بوابة واحدة دون الحاجة إلى الهاتف الخلوي، واي فاي، أو شبكة شبكة التوجيه.
في عام 2015 ، بدعم من تحالف LoRa ، تم تأسيس LoRaWAN رسميًا كطبقة MAC مفتوحة وهندسة بناء شبكة.بروتوكول وشكل شبكة لاسلكية منخفضة الطاقة تفوق الحلول البديلة مثل إنترنت الأشياء الخلوي، Wi-Fi ، BLE ، Zigbee ، Thread ، وأجهزة الراديو الخاصة تحت GHz من حيث قابلية التوسع والبساطة والتشغيل المشترك.
من المتوقع أن يؤدي التحالف التعاوني بين Digi و SparkFun إلى تسريع العملية من الفكرة إلى التنفيذ الفعلي.يدمج التحالف منصة X-ON من Digi إلى منصة IoT السحابية مع أجهزة SparkFun، وكذلك وحدة التحكم الدقيقة Raspberry Pi.
على وجه التحديد ، يمكن للمصممين استخدام لوحة تطوير SparkFun 26060 IoT Node (الشكل 1) ، والتي تمتلك وحدات مستقبلات لاسلكية Digi XBee LR مدمجة و Raspberry Pi 2350A قوية.
الشكل 1: تم تجهيز SparkFun 26060 IoT Node بمستقبل Digi XBee مدمج ، مما يتيح الاتصال بمنصة Digi X-On السحابية. (مصدر الصورة: SparkFun)
يتم توصيل هذه الوحدة تلقائيًا إلى منصة IoT السحابية Digi X-ON من خلال بوابة Digi HX15 LoRaWAN (الشكل 2).هذه البوابة يمكن شراؤها بشكل منفصل أو توفيرها كجزء من مجموعة SparkFun 27213 Digi X-ON (النسخة الأمريكية الشمالية).
الشكل 2: توفر بوابة HX15 من Digi واجهة بيانات لأجهزة استشعار LoRaWAN ويمكن توصيلها بمنصة Digi X-ON السحابية عبر Ethernet أو شبكة LTE اختيارية. (مصدر الصورة:(ديجي الدولية)
يسهل نظام SparkFun Qwiic Connect بشكل كبير عملية توسيع الأجهزة مع مكتبته المتزايدة باستمرار من أكثر من 100 جهاز استشعار ، وجهاز تشغيل ، وشاشات العرض.يتم ربط جميع مكونات النظام من خلال واجهة I2C العالمية وموصولات JST قياسية ذات 4 نقاطتأتي عقدة إنترنت الأشياء من SparkFun مع برمجيات ثابتة تم تجميعها مسبقًا والتي تكتشف أوتوماتيكيًا أجهزة استشعار SparkFun Qwiic المتصلة وتبث البيانات عبر LoRaWAN باستخدام وحدة Digi XBee LR.يتم توصيل هذه الوحدة ببوابة HX15 وتدفع البيانات إلى منصة Digi X-ON السحابية عبر Ethernet أو LTE اختياريتمتلك Digi X-ON قدرات نقل مشفرة من البوابة إلى السحابة ، ومراقبة وصول المستخدم الآمنة ، وقدرات إدارة البيانات الوصفية على مستوى الجهاز.
بالنسبة للمصممين ، لا توجد حاجة إلى إعداد بوابات أو تسجيل LoRaWAN. يمكنهم الاستفادة من وظيفة الوصول إلى مستشعر التكوين الصفر لتحقيق تدفق بيانات جاهزة للسحابة من العقد إلى السحابة ،بدون الحاجة إلى تكوين المستخدم، تشفير، أو إعدادات وكيل MQTT طوال العملية. وهذا يجعل النماذج الأولية السريعة،أو العمل على نشر تقريبا دون (إن لزم الأمر) الاعتماد على LoRa أو خبرة تكنولوجيا السحابة.
يمكن للمصممين تحسين معدلات أخذ العينات، وإضافة دعم لمزيد من أجهزة استشعار Qwiic، أو ضبط تنسيقات الحمولة المفيدة دون البدء من الصفر.توفر منصة Digi X-ON عرضًا مركزيًا لجميع العقد المنتشرة، تتبع وقت التشغيل ، عمر البطارية ، جودة الإشارة ، وتاريخ الاتصال - جميع المؤشرات الرئيسية لحل المشكلات وتحسين شبكات المستشعرات الموزعة.
مرونة سير العمل
يوفر RP2350 مرونة فريدة في سير العمل لمصممي المنتجات ، ويدعم تطوير التطبيقات على أساس Arduino و MicroPython و C / C ++ ((باستخدام Pico SDK).بسبب توافقها مع كل بيئات التطوير الثلاثة، SparkFun IoT Node يوفر للمصممين خيارات ومرونة واسعة،السماح لتدفقات العمل بمطابقة مهاراتهم المهنية - من سحب وإسقاط البرامج النصية في بايثون إلى تطوير رمز C الأمثل باستخدام تسريع الأجهزة.
يمكن للمصممين تطوير نماذج تطبيقية بسرعة في MicroPython، واختبار أجهزة استشعار متوافقة مع Qwiic في بيئات في الوقت الحقيقي، أو ضبط فترات أخذ العينات.يمكنهم الانتقال بسلاسة إلى Arduino أو بيئات C++ نقية لتحسين استهلاك الطاقة، استخدام الذاكرة، أو أداء الإدخال / الإخراج. تقدم SparkFun أيضًا صور MicroPython المجمعة مسبقًا مخصصة خصيصًا لوحدات IoT الخاصة بها.
بمجرد أن تبدأ أجهزة إنترنت الأشياء في إرسال البيانات، ستوفر X-ON لوحة تحكم لمراقبة قراءات أجهزة الاستشعار، والتحقق من حالة الجهاز، وحتى دفع تحديثات البرمجيات الثابتة عن بعد.يمكن لمصممي المنتجات تحسين تصاميمهم باستمرار دون اتصال فعلي مع المعدات.
هذا الحل التعاوني يوفر حلًا مثاليًا لاختبار التطبيقات في الموقع أو توسيع نطاق المشروع التجريبي لأنظمة أجهزة الاستشعار الموزعة بالبطاريات.,معمارية السحابة الآمنة لـ Digi X-ON ، ومجموعة البرمجيات الثابتة التي يتم تكوينها تلقائيًا يمكن أن تقلل جميعها من صعوبة التنفيذ من المختبر إلى الانتشار في الموقع.يمكن للمصممين إجراء تجارب التطبيقات على أساس بيانات المستشعرات الفعلية في البيئات الحقيقية، ومن ثم ببساطة تكرار عقدة وبوابة التكوين لتحقيق قابلية التوسع دون الحاجة إلى تطوير البرمجيات الثابتة أو تكامل السحابة.
توفر وحدة إنترنت الأشياء الخاصة بـ SparkFun على أساس RP2350 ، ومنصة X-ON الخاصة بـ Digi ، ونظام الحاسب الدقيق المرن لـ Raspberry Pi مسارًا بسيطًا فريدًا من نوعه من النموذج الأولي إلى النشر.سواء اختبار أجهزة استشعار جديدةأو تحسين استهلاك الطاقة، يمكن لهذا المزيج دعم الاستكشاف التجريبي مع تلبية المتطلبات الصارمة للتصميم جاهز للإنتاج.
من خلال استخدام الأجهزة المفتوحة والاتصالات الموحدة، يمكن للمصممين ضمان أن مشاريع إنترنت الأشياء لديهم قابلية تكييف جيدة ومتانة خلال عملية التطوير.مع تطور متطلبات المشروع، التطبيقات المبنية على هذه المنصة يمكن أيضا الحفاظ على القدرة على النقل والمرونة.