Ao construir aplicações de sensores distribuídos alimentados por bateria que dependem da transmissão de longa distância de pequenas quantidades de dados, três requisitos principais devem ser atendidos: componentes de consumo de energia ultrabaixo, confiabilidade em ambientes não controlados e uma arquitetura relativamente simples e escalável. Isso torna LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) uma escolha ideal para cenários como edifícios inteligentes, ambientes de campus, varejo e monitoramento industrial.
As aplicações LoRaWAN têm alcance de transmissão de vários quilômetros, vida útil da bateria de vários anos e vantagens de custo-benefício. A comunicação LoRaWAN pode cobrir fazendas ou fábricas por meio de um único gateway, sem a necessidade de roteamento de rede celular, Wi-Fi ou mesh.
Em 2015, com o apoio da LoRa Alliance, LoRaWAN foi oficialmente estabelecida como uma camada MAC aberta e arquitetura de rede. É um protocolo e arquitetura de rede sem fio aberta e de baixo consumo de energia que supera soluções alternativas, como IoT celular, Wi Fi, BLE, Zigbee, Thread e rádios sub GHz proprietários em termos de escalabilidade, simplicidade e interoperabilidade.
Espera-se que a aliança de colaboração entre Digi e SparkFun acelere o processo desde a concepção conceitual até a implantação real. A aliança integra a plataforma X-ON edge to cloud IoT da Digi com o hardware da SparkFun, bem como microcontroladores Raspberry Pi.
Especificamente, os designers podem utilizar a placa de desenvolvimento SparkFun 26060 IoT Node (Figura 1), que possui módulos transceptores sem fio Digi XBee LR integrados e um poderoso Raspberry Pi 2350A.
Figura 1: O SparkFun 26060 IoT Node está equipado com um transceptor Digi XBee integrado, que permite a conexão com a plataforma de nuvem Digi X-On. (Fonte da imagem: SparkFun)
Este módulo é conectado automaticamente à plataforma IoT em nuvem Digi X-ON por meio do gateway Digi HX15 LoRaWAN (Figura 2). Este gateway pode ser adquirido separadamente ou fornecido como parte do kit SparkFun 27213 Digi X-ON (versão norte-americana).
Figura 2: O gateway HX15 da Digi fornece uma interface de dados para sensores LoRaWAN e pode ser conectado à plataforma de nuvem Digi X-ON via Ethernet ou uma rede LTE opcional. (Fonte da imagem: Digi International)
O ecossistema SparkFun Qwiic Connect simplifica muito o processo de expansão de hardware com sua biblioteca em constante expansão de mais de 100 sensores, atuadores e monitores plug and play. Todos os componentes do sistema são interligados através de uma interface I²C universal e conectores JST padronizados de 4 pinos. O IoT Node do SparkFun vem com firmware pré-compilado que detecta automaticamente sensores SparkFun Qwiic conectados e transmite dados através de LoRaWAN usando o módulo Digi XBee LR. Este módulo é conectado ao gateway HX15 e envia dados para a plataforma em nuvem Digi X-ON via Ethernet ou LTE opcional. Digi X-ON possui recursos de transmissão criptografada do gateway para a nuvem, controle seguro de acesso do usuário e recursos de gerenciamento de metadados no nível do dispositivo.
Para designers, não há necessidade de configurar gateways ou registrar LoRaWAN. Eles podem utilizar a função de acesso do sensor de configuração zero para obter fluxo de dados pronto para nuvem dos nós para a nuvem, sem a necessidade de configuração do usuário, codificação ou configurações de proxy MQTT durante todo o processo. Isso faz com que a prototipagem rápida, a validação de conceito ou a implantação funcionem quase sem (se necessário) depender de LoRa ou de experiência em tecnologia de nuvem.
Os designers podem ajustar as taxas de amostragem, adicionar suporte para mais sensores Qwiic ou ajustar formatos de carga útil sem começar do zero. A plataforma Digi X-ON fornece uma visão centralizada de todos os nós implantados, rastreando o tempo de execução, a vida útil da bateria, a qualidade do sinal e o histórico de conexão – todos indicadores-chave para solucionar problemas e otimizar redes de sensores distribuídos.
Flexibilidade de fluxo de trabalho
O RP2350 oferece flexibilidade de fluxo de trabalho exclusiva para designers de produtos, suportando o desenvolvimento de aplicativos baseados em Arduino, MicroPython e C/C++ (usando Pico SDK). Devido à sua compatibilidade com todos os três ambientes de desenvolvimento, o SparkFun IoT Node oferece aos designers ampla escolha e flexibilidade, permitindo que os fluxos de trabalho correspondam às suas habilidades profissionais - desde arrastar e soltar scripts em Python até desenvolvimento otimizado de código C usando aceleração de hardware.
Os designers podem desenvolver rapidamente protótipos de aplicativos em MicroPython, testar sensores compatíveis com Qwiic em ambientes em tempo real ou ajustar intervalos de amostragem. À medida que o projeto avança, eles podem fazer uma transição perfeita para ambientes Arduino ou C++ puro para otimizar o consumo de energia, o uso de memória ou o desempenho de E/S. SparkFun também oferece imagens MicroPython pré-compiladas e personalizadas especificamente para seus módulos IoT.
Assim que os dispositivos IoT começarem a enviar dados, o X-ON fornecerá um painel para monitorar leituras de sensores, verificar o status do dispositivo e até enviar atualizações de firmware remotamente. Os designers de produtos podem melhorar continuamente seus projetos sem contato real com o equipamento.
Esta solução colaborativa fornece uma solução ideal para testes de aplicações no local ou dimensionamento de projetos piloto de sistemas de sensores distribuídos alimentados por bateria. O design de reforço do gateway HX15, a arquitetura de nuvem segura do Digi X-ON e a pilha de firmware configurada automaticamente podem reduzir a dificuldade de implementação desde o laboratório até a implantação no local. Os projetistas podem conduzir pilotos de aplicativos com base em dados reais de sensores em ambientes reais e, em seguida, simplesmente replicar configurações de nós e gateways para obter escalabilidade sem a necessidade de desenvolvimento de firmware ou integração na nuvem.
O módulo IoT da SparkFun baseado em RP2350, a plataforma X-ON da Digi e o ecossistema flexível de microcontroladores do Raspberry Pi fornecem um caminho simplificado exclusivo do protótipo à implantação. Seja testando novos sensores, verificando o alcance de transmissão LoRaWAN ou otimizando o consumo de energia, esta combinação pode apoiar a exploração experimental e, ao mesmo tempo, atender aos rigorosos requisitos do projeto pronto para produção.
Ao utilizar hardware aberto e conexões padronizadas, os projetistas podem garantir que seus projetos de IoT tenham boa adaptabilidade e durabilidade durante o processo de desenvolvimento. À medida que os requisitos do projeto evoluem, os aplicativos criados nesta plataforma também podem manter maior portabilidade e flexibilidade.