System komunikacji radiowej IQRF - przegląd technologii

Fot. 1. Moduł TR-52DAT ze zintegrowaną anteną

System IQRF składa się z rodziny modułów radiowych, które w zależności od potrzeb można podłączyć do urządzenia przez przylutowanie do PCB, złącze karty SIM czy nawet złącze RJ-45. Każdy moduł zawiera m.in. mikrokontroler (PIC16LF1938) oraz pamięci Flash, RAM, EEPROM, z wgranym systemem operacyjnym IQRF OS oraz dodatkowym miejscem na kod użytkownika w C.

Ponadto producent zapewnia darmowe IDE wyposażone w kompilator CC5X, które pomaga w przygotowaniu i wgraniu programu do pamięci modułów. Zupełną nowością jest ponadto nowa gama modułów Data Controlled (DC), które umożliwiają wykorzystanie znacznej części możliwości samego systemu nawet bez konieczności programowania (fot. 1).

Moduły nadają się też do urządzeń zasilanych z baterii - przykładowy moduł TR-54D w trakcie uśpienia pobiera jedynie 380 nA, natomiast w trybie odbioru 25-330 µA. Pozwala to na bardzo długi czas pracy bez konieczności wymiany baterii.

Zestawy ewaluacyjne

Fot. 2. Zestaw DS-Start-03 oraz rozszerzenia z rodziny DDC

Jednym z ważniejszych aspektów dotyczących możliwości wykorzystania systemów tego typu jest z pewnością dostępność zestawów ewaluacyjnych. Przykładowo jeden z oferowanych przez producenta zestawów - DS-Start-03 składa się z 3 modułów TR-52DAT (ze złączem SIM) oraz 3 podstawek ewaluacyjnych, z czego jedna służy również do wgrywania kodu na moduł przez podłączenie z komputerem i komunikację z IQRF IDE.

Dodatkowo są też dostępne specjalne rozszerzenia DDC - przekaźnikowe (DDC-RE-01), wyjść/wejść (DDC-IO-01), sensoryczne (DDC-SE-01), które po podłączeniu do podstawek pozwalają w praktyce przetestować komunikację modułów przez I²C, SPI, UART (fot. 2).

Moduły DCTR

Rys. 3. Moduł programowalny TR i moduł Data Controlled DCTR (po prawej)

Nowością w ofercie firmy Microrisc są moduły, których nazwa poprzedzona jest prefiksem DC, co oznacza Data Controlled. Wchodzą one w skład nowego zestawu ewaluacyjnego DS-DPA-01, który od niedawna jest dostępny w ofercie producenta.

Pozwala to na jeszcze szersze i łatwiejsze wykorzystanie możliwości systemu IQRF w praktyce. Różnice w schemacie działania obu klas modułów są widoczne na poniższym rysunku. W module TR znajduje się miejsce przeznaczone na aplikację użytkownika w języku C. Natomiast podobną funkcjonalność można też uzyskać za pomocą tzw. Hardware Profile (HWP), dostępnych w modułach DCTR.

Wszystkie zasoby urządzenia są wtedy łatwo dostępne poprzez wysyłanie i odbieranie odpowiednich pakietów danych. W związku z tym gotową aplikację można przygotować w kilka chwil, bez napisania ani jednej linijki kodu! Oczywiście wspólną częścią obu wersji modułów jest system operacyjny IQRF OS, który ma zbiór procedur obejmujący m.in. pełną kontrolę komunikacji radiowej, obsługę sieci MESH oraz współpracę z mikrokontrolerem (rys. 3).

Ponadto, moduły z rodziny DCTR dzięki zastosowaniu HWP wspierają opatentowany przez firmę Microrisc framework DPA (Direct Peripheral Access) - dzięki temu możliwe jest współdziałanie standardowych urządzeń różnych producentów w sposób bezpośredni - bez konieczności czasochłonnej implementacji poprzez programowanie. Do implementacji urządzeń niestandardowych jest z kolei przeznaczone Custom DPA Handler, które pozwala na stworzenie pluginu z zaimplementowanymi komendami sterującymi - do późniejszego wykorzystania w aplikacji oraz udostępnienia innym użytkownikom.

Środowisko IDE

Rys. 4. IQRF IDE - przykładowy wygląd okna

Opis środowiska najłatwiej omówić na bazie zestawu ewaluacyjnego DS-DPA-01, który w standardzie ma 1 moduł z wgranym profilem HWPCoordinator oraz 5 modułów z profilem HWP-Node. Rysunek 4 przedstawia wygląd okna programu po przeprowadzeniu procedury "Discovery", która nawiązuje komunikację pomiędzy koordynatorem a węzłami sieci.

W zakładce "Project" po lewej stronie widać panel pozwalający na zarządzanie projektami, pluginami oraz konfiguracją modułów. W przypadku pracy z modułami programowalnymi w języku C, tam też znajdują się pliki źródłowe, które po konwersji w pliki "Output HEX" można wgrać w pamięć modułów.

W widocznym panelu IQMESH Network Manager można podejrzeć topologię sieci i sprawdzić siłę sygnału oraz wszelkie informacje o modułach. Jest też log informujący o ważnych wydarzeniach, w szczególności o komunikacji między koordynatorem a węzłem i wysłanych między nimi pakietami danych.

Rys. 5. Widok w zmienionej topologii

Istotne jest to, że procedura "Discovery" bada również topologię i pozwala określić strukturę sieci MESH, w przypadku kiedy koordynator nie widzi wszystkich modułów bezpośrednio (rys. 5).

Przełączając zakładkę, można wejść do panelu "Terminal" a następnie przygotować i przesłać przez koordynator paczkę danych, która ma zostać odebrana przez jeden z węzłów (lub nawet przez wszystkie naraz). Do wyboru są gotowe makra, które pozwalają nam na sterowanie (oraz odbieranie informacji) dostępnymi interfejsami czy peryferiami - jak diody LED, czujnik temperatury itp. Wśród makr znajdują się też takie, które pozwalają na pełną obsługę opisanych wcześniej podstawek ewaluacyjnych - co skraca testy ze strony konstruktora (rys. 6).

Przykładowa komenda służąca do zapalenia diody na wszystkich modułach wchodzących w skład sieci ma następującą postać: FF.FF.06.01.FF.FF, gdzie środkowe liczby oznaczają odpowiednio numer urządzenia peryferyjnego określającego diodę LED (06) oraz komendę do jej ustawienia w tryb ON (01). Inne urządzenia oraz interfejsy można sterować, zmieniając poszczególne części pakietu.

Na rysunku 7 widać możliwości dotyczące zmiany konfiguracji modułów radiowych dostępne z poziomu IDE IQRF. Możemy tam zmienić między innymi dostępne w module urządzenia peryferyjne oraz parametry mocy nadawczej i filtrowanie, co pozwala na odpowiednie dostrojenie zestawu do konkretnej aplikacji.

Aplikacje i możliwości systemu

Rys. 6. Terminal służący do obsługi modułów DCTR

Od początku producent promuje markę IQRF jako system unikalny o wyjątkowo szybkim możliwym czasie do wprowadzenia na rynek, przeznaczonym do całej gamy różnych aplikacji, których lista wciąż intensywnie rośnie. Do głównych aplikacji opisywanych przez producenta można zaliczyć:

• sterowanie oświetleniem ulicznym, budynkowym a nawet oświetleniem pasów startowych na lądowiskach,
• zarządzanie miejscami postojowymi na parkingu,
• zarządzanie ogrzewaniem (sterowanie kotłami oraz grzejnikami),
• automatyka budynkowa,
• system kontroli i zarządzania magazynem,
• szeroko pojęta telemetria,
• systemy przemysłowe, w tym kontrolowanie turbin w elektrowniach oraz aplikację pomocną przy produkcji samochodów w fabryce Škody.
• systemy dotyczące rolnictwa/hodowli.

Wszystkie powyższe rozwiązania są opisane na stronie producenta i wypróbowane.

IQRF Alliance

Rys. 7. Panel obrazujący opcje konfiguracyjne modułów radiowych

Producent rozwija też w ramach swojej działalności IQRF Alliance, które zrzesza firmy produkcyjne, oferujące m.in. rozwiązania z zakresu programowania oraz nawet wyższe uczelnie techniczne. Taki model współpracy usprawnia komunikację między firmami i jeszcze bardziej skraca czas potrzebny na przygotowanie gotowego rozwiązania. Warto przy okazji wspomnieć, że urządzenia produkowane przez innych producentów mogą być niemal bez żadnych modyfikacji używane w ramach platformy IQRF, co zdecydowanie ułatwia wprowadzenie ich na rynek oraz sprzedaż klientom i innym członkom Porozumienia IQRF.

Podsumowanie

IQRF jest systemem, którym warto się zainteresować, biorąc pod uwagę ciągły rozwój firmy oraz stale wprowadzane nowości - głównie opisaną powyżej funkcjonalność modułów Data Controlled. Duża funkcjonalność oraz możliwości tworzenia aplikacji typu IoT połączona została z prostotą, co jest niełatwe.

Więcej informacji na temat produktów i rozwiązań z oferty IQRF można znaleźć na stronie internetowej producenta: www.iqrf.org lub kontaktując się z firmą Elhurt, która jest oficjalnym dystrybutorem tej marki.

Elhurt sp. z o.o.
www.elhurt.com.pl