Uno dei maggiori problemi che il mercato dei dispositivi legati all’Internet delle cose (IoT) deve affrontare, è la grande frammentazione.
La moltitudine di dispositivi e protocolli di comunicazione rende molto più difficile realizzare un sistema uniforme e funzionale, se scegliamo di utilizzare componenti di produttori diversi.
Vi sono molte ragioni per questa suddivisione e non sono sempre legate esclusivamente alla volontà dei progettisti di forzare proprie soluzioni.
L’idea dell’IoT include molti tipi di dispositivi. Questi possono includere, ad esempio, piccoli sensori di misura alimentati da fonti energetiche alternative e che richiedono lo scambio di piccole quantità di dati su lunghe distanze, ma anche telecamere remote che trasmettono immagini ad alta risoluzione in tempo reale.
Pertanto è la specificità del dispositivo progettato che costringe i progettisti a scegliere una tecnologia di comunicazione wireless appropriata, adeguata alle esigenze del dispositivo progettato. E’ necessario considerare l’autonomia della batteria, la portata della comunicazione o la quantità di dati trasferiti.
Rispondendo alle esigenze del mercato, i produttori di kit di sviluppo (incluse le piattaforme Arduino) hanno assicurato che il loro portafoglio coprisse pienamente le esigenze dei costruttori di dispositivi IoT.
In questo articolo presenteremo una breve descrizione di alcuni kit di sviluppo Arduino della famiglia MKR, distribuiti da TME, progettati per la prototipazione rapida di dispositivi IoT, che sfruttano la comunicazione wireless in standard come WiFi/Bluetooth, LoRaWAN/Sigfox, GSM/3G o NB-IoT.
Comunicazione WiFi/Bluetooth con Arduino MKR 1000/1010
La comunicazione nella banda di frequenza ISM 2,4 GHz, con l’utilizzo degli standard WiFi e Bluetooth, è presente sul mercato IoT da diversi anni.
Per la rapida implementazione di prototipi hardware/software che sfruttano la comunicazione WiFi, l’azienda Arduino ha sviluppato i kit di sviluppo Arduino MKR WiFi 1000 e MKR WiFi 1010.
Il primo di questi kit si basa sul modulo ATSAMW25, dotato di microcontroller SAMD21, modulo radio WINC1500 e circuito di autenticazione ECC508.
Il kit nella versione MKR 1010 è dotato di un modulo radio NINA-W102 dell’azienda u-blox che offre la comunicazione Bluetooth/BLE.
Dal lato software, Arduino per i moduli MKR WiFi 1000 mette a disposizione la libreria WiFi101, che supporta la crittografia WEP e WPA2 Personal.
Per il modulo MKR WiFi 1010 (e altri kit basati su moduli u-blox NINA-W102, tra cui Arduino NANO 33 IoT) il produttore ha preparato la libreria WiFiNINA, nonché una serie di applicazioni esemplificative che presentano l’integrazione con Android IoT Cloud e Azure, AWS IoT Core, Google Firebase o Blynk.
Comunicazione LoRaWAN e Sigfox – moduli Arduino MKR WAN 13×0 e FOX 1200
Lo sviluppo dinamico dei sistemi IoT ha portato ad un aumento dell’interessamento al tema delle città intelligenti. Sfortunatamente la connettività con l’utilizzo degli standard WiFi/Bluetooth/BLE è di natura locale e non soddisfa tutti i requisiti dei progetti del gruppo “Smart City” (che includono ad esempio, ampie reti di sensori di inquinamento, monitoraggio del livello dell’acqua o disponibilità dei parcheggi).
Oggi la soluzione ai problemi potrebbe essere uno dei due standard di comunicazione più comuni nell’area LPWAN (Low Power Wide Area Network) – LoRaWAN o Sigfox, che consentono la trasmissione di piccole quantità di dati su lunghe distanze.
Per la prototipazione rapida dei dispositivi LoRa/LoRaWAN, i progettisti dell’azienda Arduino hanno preparato i kit di sviluppo MKR WAN 1300, ed il suo successore MKR WAN 1310. Entrambi i moduli sono basati sul microcontroller Atmel SAMD21 utilizzato in altri moduli della serie Arduino MKR, così come nel modulo radio Murata CMWX1ZZABZ.
La versione più recente del modulo inoltre è dotata di 2 MB di memoria Flash, un nuovo sistema di ricarica a batteria e circuito di alimentazione ottimizzato per i sistemi a bassa potenza.
I moduli MKR WAN 13×0 supportano il cloud Arduino IoT Cloud, messo a disposizione del produttore. La completezza delle soluzioni fornite è completata dal gate di accesso ottimizzato per i moduli MKR WAN 1310 Arduino Pro Gateway LoRa Connectivity.
Un’interessante alternativa alla comunicazione LoRa/LoRaWAN è costituita dallo standard Sigfox, con particolare attenzione alla comunicazione dai nodi al gate di accesso.
L’offerta dell’azienda Arduino a disposizione dei costruttori, comprende il modulo MKR FOX 1200, costruito sfruttando un microcontroller Atmel SAMD21. La comunicazione radio è responsabilità del sistema Microchip Smart RF ATA8520, il cui modulo radio è stato sintonizzato sulla frequenza ISM 868 MHz.
Comunicazione GSM/3G – Modulo Arduino MKR GSM 1400
Anche una vasta rete Mesh nello standard LoRa/LoRaWAN non è attualmente in grado di assicurare una copertura globale. Per i progetti IoT che richiedono una comunicazione quasi illimitata, la soluzione migliore è l’utilizzo dello standard GSM/3G.
Per la comunicazione GSM/3G, l’azienda Arduino ha sviluppato il modulo MKR GSM 1400, dotato di modem SARA-U210 dell’azienda u-blox e circuito di autenticazione Microchip ECC508 per la realizzazione di meccanismi di sicurezza della comunicazione. Il modem GSM integrato assicura una copertura di comunicazione nelle bande GSM 850 MHz, E-GSM 1900 MHz, DCS 1800 MHz e PCS 1900 MHz.
Per migliorare il processo di preparazione del software, il produttore mette a disposizione la libreria MKRGSM (che esenta il programmatore dalla gestione del modulo con l’utilizzo di comandi AT di basso livello), insieme a un ricco set di esempi (tra cui: connettività GPRS, ricezione / trasmissione di messaggi di testo, gestione delle chiamate vocali).
Il modulo MKR GSM 1400 può funzionare sia con il software Arduino IoT Cloud, che con soluzioni cloud alternative: Google IoT Cloud, Blynk o SORACOM Air IoT, per i quali il produttore ha preparato un set di implementazioni esemplificative.
Comunicazione nella rete Narrowband IoT – modulo Arduino MKR NB 1500
Analizzando brevemente gli standard di comunicazione scelti all’interno dei dispositivi IoT, non è possibile trascurare le soluzioni IoT basate sulla banda Narrowband IoT (NB-IoT), che utilizzano la banda LTE 800 MHz con licenza per la comunicazione. Similmente alle soluzioni LoRaWAN e Sigfox, NB-IoT rientra nel gruppo delle reti LPWAN, pertanto assicura una comunicazione stabile su grandi aree, utilizzando moduli radio ad alta efficienza energetica che garantiscono un’elevata autonomia della batteria. Pertanto costituiscono un’ulteriore alternativa alla comunicazione LoRaWAN e Sigfox nelle soluzioni del segment “Smart City”.
Per una rapida prototipazione dei nodi finali che operano nello standard NB-IoT, l’azienda Arduino ha preparato il kit MKR NB 1500, equipaggiato con un modulo u-blox SARA-R410M-02B, che consente un collegamento LTE Cat M1/NB1 nelle bande 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 13, 18, 19, 20, 25, 26 e 28. Inoltre, il kit MKR NB 1500 è stato equipaggiato con un circuito di autenticazione ECC508 dell’azienda Microchip, slot per scheda MicroSIM, controller di ricarica della batteria Li-Po e connettore per batteria esterna.
Per informazioni clicca qui
Testo redatto dalla Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
The original source of text: https://www.tme.eu/it/news/library-articles/page/43574/Comunicazione-wireless-nei-sistemi-IoT-con-lutilizzo-dei-moduli-Arduino-MKR/
