STMicroelectronics IoT Gate: cała komunikacja bezprzewodowa w jednym zestawie

Rys. 1. Zestawienie najważniejszych cech interfejsów radiowych stosowanych m.in. w aplikacjach IoT

Czasy mamy takie, że na pytanie: "jak jest zbudowana typowa platforma IoT", każdy konstruktor udzieli własnej odpowiedzi, ale wspólną częścią wszystkich będzie zintegrowanie w niej interfejsu radiowego, który zapewni dwukierunkową komunikację urządzenia z "chmurą". W zależności od wyobrażeń, przekonań, możliwości i potrzeb, komunikacja radiowa może być realizowana za pomocą któregoś z zestandaryzowanych interfejsów radiowych, np. Wi-Fi, Bluetooth, NFC lub toru radiowego działającego w paśmie radiowym ISM 868.

Każde z wymienionych rozwiązań ma specyficzne cechy, które - w zależności od wymogów aplikacji - są zaletami lub wadami, pozwalającymi lub uniemożliwiającymi ich stosowanie w praktyce. Poglądowe zestawienie najważniejszych różnych cech interfejsów radiowych pokazano na rysunku 1.

Jak widać - i jest to zgodne z intuicją - żadne z nich nie zapewnia jednocześnie: dużej prędkości transmisji danych, dużego zasięgu, małego poboru mocy i efektywnego stanu uśpienia. Dlatego, w zależności od potrzeb aplikacji, warto uważnie dobierać cechy interfejsu radiowego do indywidualnych potrzeb aplikacji.

Rys. 2. Przykładowe okna aplikacji STSW-IDIAPK (w wersji dla Androida)

Opracowany przez STMicroelectronics zestaw STEVAL-IDI004V2 doskonale nadaje się do celów ewaluacyjnych w aplikacjach IoT, ponieważ zintegrowano w nim 4 nowoczesne interfejsy radiowe, których działanie można weryfikować jednocześnie w ramach jednego rozwiązania sprzętowego i jednej aplikacji. Są to:

• interfejs Wi-Fi 2,4 GHz IEEE 802.11 b/g/n wykonany na module SPWF01SA. 11, wyposażony w stos TCP/IP z obsługą protokołu bezpieczeństwa TLS/SSL i możliwość bezprzewodowej wymiany firmware,
• interfejs Bluetooth 4.0 (BLE) wykonany na module SPBT2932DM,
• interfejs ISM 868 MHz wykonany na module SP1ML-868 (wbudowany transceiver SPIRIT1),
• interfejs NFC wykonany na transceiverze HFC CR95HF, działającym w paśmie 13,56 MHz.

Wszystkie moduły radiowe użyte w prezentowanym zestawie wyposażono w zintegrowane anteny, przy czym moduły BT/ISM/Wi-Fi korzystają z miniaturowych anten ceramicznych montowanych na płytkach modułów, transceiver NFC współpracuje z anteną o większych wymiarach, wykonaną na płytce drukowanej zestawu.

Wszystkie moduły radiowe są obsługiwane za pomocą poleceń AT+, komunikują się one z otoczeniem za pośrednictwem interfejsów UART. Transceiver NFC wykorzystuje do komunikacji z otoczeniem interfejs SPI. "Otoczeniem" modułów radiowych w prezentowanym zestawie jest mikrokontroler STM32F103RE, który domyślnie spełnia rolę mostka komunikacyjnego, który współpracuje z aplikacją konfiguracyjną z funkcjami użytkowymi dla Androida/iPhone (rys. 2) oraz aplikacją konfiguracyjną przygotowaną dla PC, która komunikuje się z mikrokontrolerem za pomocą USB wbudowanego w zestaw.

Konstruktorzy zestawu wyprowadzili interfejs SWD tego mikrokontrolera, co pozwala użytkownikowi na zapisanie w pamięci Flash i użycie własnego firmware. Podobny zabieg zastosowano w przypadku modułów Wi-Fi i ISM - każdy z nich ma wbudowany własny mikrokontroler z rodziny STM32, w którym użytkownik może wymienić firmware, dostosowując funkcjonalność modułów do własnych potrzeb.

Fot. 3. Wygląd shielda KAmodNFC z systemem pozyskiwania energii z toru NFC

Ze względu na dobrą jakość stosów komunikacyjnych zaimplementowanych w modułach radiowych potrzebę ich wymiany lub modyfikacji będzie miało niewielu konstruktorów, ale cenne jest to, że pomimo prostoty zestawu taka możliwość jest dostępna.

Prezentowana platforma nie jest jedyną w ofercie STMicroelectronics, umożliwiającą wygodną ewaluację interfejsów radiowych m.in. dla aplikacji IoT. Wszystkie interfejsy radiowe zastosowane w zestawie STEVAL-IDI004V2 są dostępne pojedynczo także w postaci shieldów zgodnych z Arduino/NUCLEO, produkowanych przez STMicroelectronics.

Także polski producent zestawów ewaluacyjnych - firma KAMAMI.pl - opracowała i oferuje shield NFC o nazwie KAmodNFC (fot. 3), który - poza funkcjami czysto komunikacyjnymi NFC - umożliwia także bezprzewodowe zasilanie systemu cyfrowego energią pobieraną z toru NFC (energy harvesting). Tego typu rozwiązania są atrakcyjnym pomysłem dla aplikacji IoT, dzięki którym można budować urządzenia zasilane bezprzewodowo, zasilane okazjonalnie podczas komunikacji ze smartfonem lub tabletem.

Piotr Zbysiński