M2.COM - nowy otwarty standard dla IoT

Często przytaczanym przykładem urządzenia IoT jest inteligentna lodówka informująca, że nie ma już mleka do kawy oraz ostrzegająca przed spożyciem przeterminowanego produktu. Niestety, aż tak sprytnych lodówek jeszcze nie ma i najprawdopodobniej jeszcze długo nie będzie. Są jednak rozwiązania IoT, które dotyczą zwykłego Kowalskiego i które od kilku lat są stosowane na masową skalę.

Przykładowo w wielu warszawskich blokach stosowane są liczniki wody z odczytem radiowym. Działają one w ten sposób, że sygnały radiowe z wodomierzy przechwytywane są przez odpowiednio rozmieszczone retransmitery, które przesyłają zebrane dane do koncentratora. Koncentrator wyposażony w dostęp do Internetu przesyła zbiorczą informację o zużyciu wody przez poszczególne lokale. Cały proces odbywa się automatycznie i co najważniejsze, nie ma potrzeby wchodzenia do lokali mieszkalnych w celu odczytu stanu licznika.

Urządzenia IoT oraz IIoT

Fot. 1. Przykład przemysłowego modułu IIoT - Advantech WISE-4060 z czterema wejściami cyfrowymi i wyjściami przekaźnikowymi

Urządzenia IoT (Internet of Things) to przede wszystkim inteligentne budynki, monitoring (np. monitoring pojazdów) oraz systemy bezpieczeństwa, akcesoria typu wearable, inteligentne RTV oraz AGD. Natomiast coraz częściej z IoT wydzielane są urządzenia o identycznej funkcjonalności, ale do zastosowań profesjonalnych (przemysłowych), w których priorytetem jest niezawodna praca nawet w niesprzyjających warunkach (np. duże zaburzenia elektromagnetyczne, ujemna temperatura, duża wilgotność itd).

Określane są one jako IIoT, czyli Industrial Internet of Things. Są to głównie niewielkie moduły wyposażone w wejścia/wyjścia cyfrowe, przetworniki DAC/ADC, wejścia termoparowe, wyjścia przekaźnikowe itd. Bardzo dobrym przykładem przemysłowego modułu IIoT jest Advantech WISE-4060 wyposażony w cztery wejścia cyfrowe oraz cztery wyjścia przekaźnikowe (fot. 1). Do komunikacji ze światem zewnętrznym WISE-4060 wykorzystuje WLAN IEEE 802.11b/g/n.

W praktycznym zastosowaniu moduły IIoT mają za zadanie zbieranie danych z czujników np. temperatury, ciśnienia, wilgotności, poziomu, przepływu, ruchu itd. lub prostego wysterowania za pomocą odpowiedniego napięcia, prądu lub sygnału np. PWM. Oczywiście możliwe są różne zestawienia we/wy, więc liczba możliwych kombinacji jest wręcz nieskończona.

Standaryzacja dla IoT

Na rynku jest wiele urządzeń do zastosowań w IoT. W większości przypadków są to gotowe, wyspecjalizowane rozwiązania. Problem w tym, że nie ma rozwiązania idealnego. W realnym życiu użytkownik niemal zawsze potrzebuje dodatkowych wejść lub wyjść, a te dostępne w urządzeniu będą niewystarczające lub zbędne.

Idąc tym tokiem myślenia, od razu stawiamy w myśli pytanie, czy nie da się w prosty sposób zbudować modułu IoT dopasowanego do wymagań konkretnej aplikacji. W celu stworzenia takiego rozwiązania firma Advantech wraz z ARM, Bosch Sensortec, Sensirion oraz Texas Instruments (TI) podjęły współpracę mającą na celu stworzenie nowego otwartego standardu nazwanego M2.COM (www.m2com-standard.org). Został on publicznie przedstawiony na targach Embedded World 2016.

M2.COM

Rys. 2. Koncepcja modułów M2.COM

W wyniku przeprowadzonych prac powstał nowy otwarty standard dla IoT. Założeniem współpracujących firm było stworzenie miniaturowych rozmiarów, a zarazem uniwersalnego modułu wyposażonego w mikroprocesor ARM Cortex-M, moduł łączności bezprzewodowej, porty we/wy oraz system operacyjny czasu rzeczywistego mbed OS.

W celu minimalizacji kosztów do budowy modułów M2.COM wykorzystany został laminat zgodny z popularnym standardem M.2 (stosowany między innymi w dyskach SSD). Uściślając, jest to M.2 typ 2230-D3-E, czyli płytka PCB o wymiarach 22×30 mm, grubości 0,8 mm, wyposażona w 75-pinowe złącze krawędziowe.

Jakie jest przeznaczenie modułów M2.COM?

Moduł M2.COM dzięki wysokiej integracji, niewielkim rozmiarom oraz bogatemu zestawu interfejsów jest niemal idealną bazą do budowy rozwiązań IIoT typu bezprzewodowe czujniki, rejestratory czy też zdalne moduły I/O. Konstruktor tworzący nowe urządzenie IIoT nie musi od podstaw projektować całej elektroniki, lecz może się skupić nad budową pytki bazowej wyposażonej w odpowiednie czujniki oraz ewentualne inne peryferie.

W ten sposób w krótkim czasie może dostarczyć niemal gotowy produkt. Dzięki takiemu podejściu czas potrzebny do wprowadzenia nowego rozwiązania na rynek (time-to-market) ulega drastycznemu skróceniu, a jak powszechnie wiadomo czas to pieniądz. Nie jest również tajemnicą, że sukces osiągają producenci, którzy potrafią w krótkim czasie dostosowywać swoją ofertę do potrzeb rynku.

Tu również z pomocą przychodzi standard M2.COM. Przykładowo, jeżeli konieczna będzie zmiana czujnika np. na model o szerszym zakresie pomiarowym lub o większej czułości, wystarczy tylko przeprojektować płytkę bazową, natomiast "serce i mózg", czyli moduł M2.COM, pozostaje bez zmian.

Czy moduły są już dostępne?

Rys. 3. Schemat poglądowy aplikacji z wykorzystaniem modułów

M2.COM to otwarty standard, więc każdy producent może wprowadzić do swojej oferty moduły zgodnie z ogólnie dostępną specyfikacją (jest ona dostępna na stronie www.m2com-standard. org). Niemniej jednak jest to nowy standard, który miał swoją oficjalną premierę w lutym 2016 r. Na rynku są jednak producenci, którzy mają już gotowe płytki. Przykładem jest firma Advantech (jeden ze współtwórców M2.COM) wraz z modułem WISE-1520.

Advantech WISE-1520 oparty został na procesorze Texas Instruments Cortex-M4 CC3200MOD, 256 KB pamięci RAM oraz 1 MB pamięci Flash. Użytkownik ma do wykorzystania następujące peryferia: UART, I²C, SPI, GPIO, PWM oraz przetwornik analogowo-cyfrowy. Do komunikacji ze światem zewnętrznym korzysta z Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n). Co ciekawe, Advantech nie zapomniał o przygotowaniu płytki ewaluacyjnej i opracował WISE-DB1500.

Kamil Grzeszczak
Elmark Automatyka
www.elmark.com.pl