Vítejte, dnes je
sobota 20.
duben
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Objevte plný potenciál energeticky úsporné bezdrátové komunikace.
Slovní spojení „Internet věcí” (Internet of Things) je dnes nesmírně populární, ačkoli je mylně spojováno především se zařízeními, jako jsou např. Smart Home a technologiemi Bluetooth nebo WiFi. Tato značka přitom Digi International již před 20 lety uvedla na trh energeticky úsporné RF moduly pro bezdrátovou komunikaci. Pracují v pásmu 2,4 GHz, přenášejí data prostřednictvím sítě s topologií mesh a jsou schopny ovládat různé přijímače. Tento standard se nazývá Digi XBee a nabízí pokročilé možnosti.
Dodávané značkou Digi produkty XBee 3 představují hotový základ pro budování komplexních systémů IoT. Moduly této řady:
Níže uvádíme základní informace o těchto produktech a příklady jejich použití v komplexních a nepřetržitě fungujících systémech. Zároveň bychom vás rádi upozornili, že tento článek se týká pouze části sortimentu Digi, který zahrnuje také RF moduly pracující v nižších ISM pásmech (Industrial, Scientific, Medical).
V tomto článku se věnujeme tématům, jako jsou:
Platforma Digi XBee představuje kompletní a škálovatelný systém. Zahrnuje hardwarová řešení i softwarové nástroje.
Hlavní výhodou prostředí Xbee3 je snadná konfigurace parametrů vytvářené sítě. Programování modulu vyžaduje použití autorské aplikace XCTU® – vyvinuté společností Digi a dostupné zdarma. Pomocí grafického rozhraní se aktualizuje a přednastavuje firmware modulu.
V první fází konfigurace se zvolí provozní protokol modulu (např. ZigBee, 802.15.4, DigiMesh). Pokud se rozhodnete pro klasickou síť ZigBee, dalším krokem je výběr funkce, kterou bude jednotka vykonávat: koordinátora (Coordinator), routeru (Router) nebo koncového zařízení (End device).
Pozor! Toto rozdělení a podobná omezení se na síť DigiMesh nevztahují! Každé zařízení zde pracuje nezávisle, může přijímat / vysílat data do jiných modulů a je také schopné šetřit energii.
Další konfigurace zařízení se provádí také pomocí XCTU®, i když to není jediná možnost. Modul lze naprogramovat pomocí AT příkazů, jazyka MicroPython nebo vzdáleného API (ve vybraných případech také přes Bluetooth a speciální aplikaci v telefonu nebo tabletu). Vzhledem k tomu, že zařízení jsou vybavena piny GPIO a rozhraními UART, I2C a SPI, prakticky není potřeba dalších mikrokontrolérů – v takovém případě bude deska XBee přímo ovládat komponenty.
Modul XBee 3 ve formátu micro (13×19 mm).
Jinými slovy: každý modul Digi je hotovou platformou, na které lze postavit projekt IoT. Pro odběratele zavádějící řešení XBee 3 to znamená dalekosáhlé úspory a urychlení vývoje a prototypování nových produktů. Zákazníci si mohou být navíc jistí, že komunikace mezi zařízeními probíhá v souladu s platnými předpisy a jejich produkt nezpůsobuje nežádoucí rušení v rádiovém pásmu.
Charakteristika a provozní parametry
Moduly XBee 3 dostupné v katalogu TME mohou vysílat na úrovni 8 dBm (řada XBee 3) a 19 dBm (řada XBee 3 PRO). Jsou k dispozici v několika velikostech, včetně nového formátu „micro” (13×19 mm), jak je ukázáno na videu níže. V naší nabídce najdete prvky pro povrchovou montáž (SMD) nebo s kolíkovými konektory pro pájení (THT) nebo osazení v zásuvkách. Všechny výrobky pracují při teplotách v rozmezí od -40 °C do 85 °C.
V závislosti na modelu jsou výrobky napájeny napětím v rozsahu 1,71...3,8 V nebo 2,1...3,6 V. Při výběru výrobku stojí za to věnovat pozornost způsobu připojení antény. Některé moduly mají konektory SMA nebo u.FL – jiné používají vestavěnou anténu v podobě cesty na PCB. Čtvrtou možností je vyvedení RF signálu do pole „RF PAD“. Pro optimální provoz (citlivost přijímače -103 dBm) vyžadují moduly připojení antény určené pro provoz v pásmu 2,4 GHz.
Produkty XBee 3 nativně podporují šifrování dat ve standardech AES128 a AES256, což zajišťuje vysokou bezpečnost přenášených informací a ochranu zařízení před neoprávněným přístupem.
Značka Digi je na trhu dostatečně dlouho na to, aby se mohla pochlubit četnými úspěchy, kterých její zákazníci dosáhli díky technologii XBee. Podívejme se zde na dva případy vyznačující se velkou škálou projektů realizovaných díky technologiím vyvinutým společností Digi.
Městské osvětlení a Owlet Nightshift
Prvním příkladem je systém Owlet Nightshift vyvinutý německou společností Schréder z Mohuče. Zrodil se z potřeby úspor, když tvůrci projektu narazili na statistiky, které ukazují, že pouliční osvětlení spotřebovává až 40 % městských výdajů na energii. Tento rozpočet byl výsledkem neekonomických a zastaralých metod řízení osvětlení. Příliš zjednodušený způsob kontroly také znamenal, že k údržbě veřejného osvětlení docházelo hlavně tehdy, když městští úředníci dostávali hlášení občanů o poruchách lamp.
Příklad síťového připojení DigiMesh k ústředně pomocí hradla.
Systém Owlet Nightshift byl vyvinut tak, aby umožnil vzdálené programování a monitorování osvětlení, avšak s využitím stávající infrastruktury. Do stávajících stínidel jsou instalovány LED panely, napájené stejným vedením, které dříve napájelo klasické žárovky. Každý panel (a tedy i každá lucerna) má vlastní XBee komunikační modul a ovladatelný napájecí zdroj. Lampy jsou seskupeny do segmentů a bezdrátově připojeny ke kontroléru (Owlet Segment Controller) vyvinutému společností Schréder. OSC je vybaveno 2G/3G modemem a prostřednictvím GSM sítě jsou části sítě centralizovány tak, aby bylo možné dálkově aktualizovat program každé lampy. Tím se eliminuje potřeba přímého ovládání jednotlivých lamp a zároveň umožňuje udržovat plnou kontrolu nad jejich provozem.
Takto postavena síť je levná na implementaci. Navíc umožňuje přesné nastavení osvětlení tak, aby bylo dosaženo optimálních parametrů jeho provozu. To je spojeno s obrovskými úsporami (podle odhadů Schrédera dosahujících až 90 %). Za prvé, intenzita světla může být nastavována v závislosti na potřebách: nejen podle denní a roční doby, ale také podle povětrnostních podmínek. Lampy se zapínají mimo standardní plán během bouřlivých dnů a při husté oblačnosti. Případně: osvětlení funguje v omezené míře za jasných nocí způsobených albedo efektem (během sněžení). Ústředna obdrží okamžitý signál při poruše lampy (modul XBee zaznamenává abnormální provozní parametry nebo se nehlásí kvůli výpadku napájení) – a když jedna z lamp nefunguje, ostatní mohou dočasně zvýšit intenzitu vyzařovaného světla, aby kompenzovaly a udržovaly bezpečné podmínky na silnicích.
Adaptér USB umožňuje připojit notebook přímo k XBee síti.
Monitorování podmínek skladování a přepravy potravin
Druhým příkladem široké implementace XBee modulů je systém belgické společnosti RMONI. Jejím úkolem je zaznamenávat / sledovat kontrolní parametry při skladování a přepravě potravin (ale i léčiv). V této oblasti jsou ze zákona vyžadovány informace o podmínkách, za kterých se zboží nacházelo v jednotlivých fázích distribuce. To se týká především léků, čerstvého ovoce, zeleniny, mléčných výrobků, masa a ryb. Teplota a vlhkost vzduchu přímo ovlivňují jejich vhodnost ke spotřebě / použití. Tam, kde proces dohledu není automatizovaný, jsou výrobci, distributoři a prodejci nuceni věnovat čas svých zaměstnanců pravidelnému zaznamenávání údajů z teploměrů a vlhkoměrů. S tím pomůže systém značky RMONI.
Vybrané moduly XBee 3 nevyžadují pro přenos více než 40 mA proudu.
Řešení vyvinuté belgickým výrobcem kombinuje tři prvky: senzory připojené k bezdrátovým komunikačním modulům, přenosovým hradlům a softwaru pro záznam dat na bázi cloudu. Senzory jsou umístěny na všech místech, kde je vyžadována kontrola podmínek prostředí. Vzhledem k tomu, že moduly XBee jsou energeticky úsporné, mohou být tyto rekordéry instalovány v kontejnerech, nákladních automobilech a dalších místech bez trvalého přístupu k elektrické síti. Distribuční uzly (mezi něž patří i sklady) jsou vybaveny hradly bezdrátové sítě, díky kterým každý senzor odesílá shromážděné informace do centrální databáze. Tento proces může samozřejmě probíhat v reálném čase, např. v nemocnici, kde jsou monitorovány doslova stovky bodů, v nichž jsou uloženy léky, krev, potraviny atd. V případě obchodních řetězců umožňuje dohled nad dobou a podmínkami skladování potravinářských výrobků lepší řízení distribuce a prodeje zboží. Podle statistik společnosti RMONI (mimo jiné na příkladu supermarketů SPAR Lambrechts) zavedení systému snížilo ztráty způsobené zkažením potravin o 10 %.
Text připravila společnost Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
