Wenn Ihre IoT-Anwendung eine Vielzahl Sensoren und einen leistungsstarken IoT-vernetzten Prozessor benötigt und schnell ein funktionierender Prototyp erstellt werden muss, sind das TE Connectivity (TE) Sensor Mezzanine Board und SD 600eval die perfekten Lösungen.
Einführung
Sensoren sind die Augen und Ohren des Internet of Things (IoT). Wo kämen ohne Sensoren die Informationen her, die die für IoT-Anwendungen wichtigen Big Data-Analysen ermöglichen? Umgebungssensoren helfen bei der Förderung energieeffizienter Heizung und Kühlung in intelligenten Gebäuden, und Sensoren in großen landwirtschaftlichen Anwendungen auf Feuchtigkeit und Boden-Bedingungen testen und so effizient für den Schutz von Getreide sorgen, bei der Erkennung von Seuchen, bei der Ernte und selbst beim Transport helfen. Chancen zur Wandlung von Sensor-Daten in Wissen, aus dem sich neue Unternehmen und wachsende Geschäftsmodelle ableiten lassen. So kann es für den Erfolg eines neuen IoT-Produkts das Wichtigste sein, Ihre Idee als Erster in den Markt einzuführen.
Einer der besten Wege, die Markt-Einführung zu beschleunigen, ist die Nutzung vorhandener Entwicklungs-Hardware mit funktionierendem Code und leistungsfähigen Betriebssystemen sowie Unterstützung für Anwendungen. Für IoT-Anwendungen bedeutet das meist, ein Board mit Standard-Prozessor zu nutzen, auf dem bereits Android, Linux oder Windows IoT Core läuft. Ein Sensor-Erweiterungsboard mit einer Vielzahl an Sensor-Funktionen – Umgebung und Position –, das kompatibel mit dem Haupt-Prozessorboard ist, würde ein vollständiges System ergeben, mit dem sich Ihre Anwendungen entwickeln lassen. Die Nutzung des Arrow SD 600eval Prozessor-Boards und des TE Connectivity (TE) Sensor Mezzanine Boards könnte einfach die Lösung zur Entwicklung Ihrer IoT-Lösungen in Rekordzeit sein.
Nutzung eines Sensor-Entwicklungs-Boards zur Beschleunigung Ihres Designs
Einer der schnellsten Wege, wie Sie Ihr Design umsetzen können, ist, mit einem Entwicklungs-Board zu beginnen, das die Sensoren enthält, die Sie in Ihrem Design nutzen möchten. So können Sie schon früh mit der Entwicklung der Software bedienen, bereits bevor das endgültige Aussehen der Ziel-Hardware feststeht. Mit dem Aufkommen von Standard-Formfaktoren für Entwicklungskits, wie dem beliebten 96board-Standard, ist es viel einfacher geworden, Mainboards zu finden, wie das Arrow SD 600eval, die über die Leistung, den integrierten Speicher und die Anschlüsse verfügen, die bei den heutigen komplexen IoT-Anwendungen benötigt werden. Das TE Sensor Shield Entwicklung-Port, unten in Abbildung 1 dargestellt, enthält drei häufig benötigte Sensor-Geräte in einem Standard-Formfaktor, der mit dem 96board-Standard kompatibel ist.
Abbildung 1: TE Sensor Shield Entwicklungs-Board (Quelle: Mezzanine PDF)
Die auf dem TE Sensor Shield verfügbaren Sensoren umfassen den MS8607 Druck-, Temperatur- und Feuchtigkeits-Sensor, den TSYS01 Temperatur-Sensor und den KMA36- Dreh- und Linear-Positionssensor. Diese Sensoren nutzen serielle Standard-Schnittstellen, wodurch sie sich leicht an einen Mikrocontroller anschließen lassen, und verfügen über erweiterte Eigenschaften, die sich ideal für IoT-Anwendungen eignen.
Der kompakte MS8607 Kombinationssensor
In vielen IoT-Anwendungen sind geringe Größe und niedriger Energieverbrauch kritische Anforderungen. Ein Kombinationssensor, der Druck, Feuchtigkeit und Temperatur in einem kleinen Paket messen kann, eignet sich oft ausgezeichnet für Anwendungen mit beschränkter Größe und Energie. Der TE MS8607 ist nicht nur kompakt, da er ein äußerst kleines 5 x 3 x 1-mm-QFN-Paket nutzt, wie in Abbildung 2 zu sehen, sondern ermöglicht auch einen weiten Betriebsbereich von 10 bis 2.000 mbar Druck, 0 % RH bis 100 % RH Feuchtigkeit und einer Temperatur von –40 bis 85 oC. Der TE MS8607 bietet auch eine ausgezeichnete Auflösung für allgemeine IoT-Anwendungen mit 0,016 mbar, 0,04 % RH und 0,01 oC. Die Versorgungsspannung arbeitet über einen großen Bereich, von 1,5 V bis 3,6 V, und unterstützt dadurch den Betrieb mit niedriger Spannung. Dank der seriellen I2C-Schnittstelle kann der MS8607 leicht an einen Standard-Mikrocontroller angeschlossen werden.
Abbildung 2: Der kompakte TE MS8607 Kombinationssensor in einem 5 x 3 x 1-mm-QFN-Paket
Dank der hochauflösenden Druckfunktion kombiniert mit einer hohen Linearität bei Druck, Feuchtigkeit und Temperatur (PHT) ist der MS8607 ein idealer Kandidat zur Umgebungsüberwachung, wie etwa als Höhenmesser in Smartphones, Tablets und PCs sowie bei PHT-Anwendungen wie in Heizungen, Lüftungen und Klimaanlagen (HVAC), Wetterstationen, Präzisions-3D-Druckern, Heimgeräten und Befeuchtern. Der MS8607 wird mit einer bewährten MEMS-Technologie gefertigt, die schon seit mehr als einem Jahrzehnt häufig zum Einsatz kommt.
Der hochpräzise KMA36 Dreh- und Linear-Positions-IC
Die Bestimmung der Position kann bei industriellen IoT-Anwendungen ein wichtiger Faktor sein, bei denen die Position eines mechanischen Elements, etwa eines Motors, Ventils oder Roboter-Arms einen komplexen Prozess steuert. Oft sind bei derartigen Anwendungen der kontaktlose Betrieb, hohe Genauigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Toleranz gegenüber Änderungen in der Umgebung ebenfalls wichtige Anforderungen. Der TE KMA36 ist ein sehr zuverlässiger, hochpräziser, universeller magnetischer Positionssensor-IC. Er bietet genaue Dreh- oder Linear-Messungen mit einer Auflösung von bis zu 0,04 Grad bei 13 Bits. Wie in Abbildung 3 unten gezeigt, kombiniert er ein magnetoresistives Element mit einem Analog-/Digital-Wandler und Funktionen zur Signal-Verarbeitung, voll integriert in einem Standard- und Klein-Formfaktor-TSSOP-Paket.
Abbildung 3: Der TE KMA36 Precision KMA36 Dreh- und Linear-Positions-PC – Blockdiagramm
Bei Anwendungen, in denen Präzision wichtig ist, kann die Anisotropic Magneto Resistive (AMR)-Technologie, die im TE KMA36 zum Einsatz kommt, den Winkel eines externen Magneten ohne mechanischen Kontakt über einen vollen 360°-Bereich bestimmen sowie die inkrementelle Position eines magnetischen Bandes mit 5 mm-Pollänge. Dank des Ruhezustands und Standby-Modus sowie einer automatischen Reaktivierung über I2C ist der KMA36 eine exzellente Wahl für batteriebetriebene Anwendungen. Positionsdaten können über einen PWM- oder digitalen I2C-Kommunikationsbus entweder zum eigenständigen Betrieb oder bei auf Mikrocontrollern basierenden Anwendungen übermittelt werden. Programmierbare Parameter bieten dem Benutzer eine große Auswahl an Konfigurationsoptionen für einfachere Datenverarbeitung. Der KMA36 ist fast unempfindlich gegenüber magnetischer Abweichung wegen mechanischer Toleranzen, Änderungen bei der Temperatur oder einer Wärmebelastung. Der wartungsfreie Betrieb und die hohe Bandbreite sorgen für robuste Implementierungen selbst in rauen Industrie-Umgebungen.
Der hochauflösende TSYS01 Temperatursensor
Bei vielen industriellen Anwendungen für IoT-Verarbeitung ist eine präzise Temperaturmessung unverzichtbar. Nur ein kleiner Temperatur-Unterschied kann bei einigen industriellen Prozessen schon zwischen einem erfolgreichen Ergebnis und einem Scheitern entscheiden. Bei einigen industriellen Prozessen hängt die Sicherheit des Bedieners von solchen präzisen Messungen ab, wodurch Genauigkeit und robuster Betrieb noch wichtiger werden. Der TE TSYS01 ist ein hochauflösender Temperatur-Sensor in einem einzigen Chip. Er enthält einen Temperaturerfassungs-Chip und einen Delta Sigma 24-Bit Analog-/Digital-Wandler. Durch die Kombination des digitalen 24-Bit-Temperaturwerts und der internen werksseitigen Präzisions-Kalibrierung wird nicht nur eine sehr genaue Temperaturmessung ermöglicht, sondern auch eine hohe Mess-Auflösung. Der TSYS01 lässt sich an jeden Mikrocontroller mit einer I2C- oder SPI-Schnittstelle anschließen. Der Mikrocontroller wird typischerweise zur Berechnung des Temperatur-Ergebnisses genutzt, basierend auf den A/D-W-Ergebnissen und den Kalibrierungs-Parametern.
Vernetzung mit der Cloud über das SD 600eval-Board
Nachdem die Daten vom Sensor erfasst wurden, müssen Sie sie eventuell weiter verarbeiten, die Ergebnisse mit Zielwerten vergleichen und die Daten zur Verarbeitung durch Big-Data-Analysen an Cloud-basierten Speicher übertragen. Beispielsweise lassen sich von allen Motoren in einer industriellen Fertigungsstraße erfasste Sensordaten zur Prognose des mechanischen Verschleißes und zur aktiven Verhinderung von Produktionsausfällen nutzen. Wenn dem Motoren-Hersteller Daten für sämtliche Motoren aus allen Kundenfabriken zur Verfügung stehen, kann der Hersteller alle diese Daten für eine noch detailliertere Analyse kombinieren. Vielleicht kann der Motor-Hersteller die Analyse-Ergebnisse sogar als Service an die Fabrik-Inhaber verkaufen und ihnen dadurch bei Wartung und Reparaturen helfen. Die Nutzung von Daten-Analysen von Sensoren eröffnet ganz neue Geschäftsmodelle und Umsatzquellen für Unternehmen, die bisher nur Produkte und kein Wissen verkauft haben.
Zur Vernetzung der durch das TE Sensor Board erfassten Daten mit der Cloud wird ein Prozessor-Basisboard benötigt. Zur schnellen Erstellung eines Prototypen und zum Testen des designs ist ein Basisboard mit dem gleichen 96board-Konnektivitäts-Formfaktor ideal. Das Arrow SD 600eval-Board nutzt, wie unten in Abbildung 4 zu sehen, den äußerst kompakten 96board-Standard, bietet aber auch beträchtliche Verarbeitungsleistung, Interkonnektivitäts-Optionen (einschließlich WLAN) und nützlichen Onboard-Speicher – alles, was Sie für eine robuste Sensor-Verarbeitungsplattform mit Cloud-Konnektivität benötigen.
Abbildung 4: SD 600eval unterstützt Android und Linux in einem kleinen Formfaktor – zirka die Größe eines Kartenspiels (Abbildung mit freundlicher Genehmigung von Arrow) <Vom Benutzerhandbuch Seite 6>
Die Verarbeitungsleistung des SD 600eval basiert auf dem beliebten Snapdragon-Prozessor, der in vielen Handys und vernetzten Anwendungen zum Einsatz kommt. Die Nutzung des Snapdragon Quadcore-Prozessors ermöglicht es dem SD 600eval, Android und Linux auszuführen, und unterstützt so die bestmögliche Konnektivität. Der 2 GB große Onboard-LPDRAM und 16 GB eMMC-Speicher ermöglichen einen effizienten Betrieb dieser Betriebssysteme. Die Konnektivität, selbst in einem solch kleinen Formfaktor, ist beeindruckend: Dualband-WLAN im 2,4- und 5-GHz-Bereich (802.11a/b/g/n/ac), Bluetooth 4.x + BR/EDR + BLE und GPS sind entweder mit einer externen oder integrierten Antenne möglich. Gigabit-Ethernet und SATA-Konnektivität werden ebenfalls unterstützt.
Die Multimedia-Funktionen sind genauso beeindruckend: eine 4-polige serielle MIPI-Kamera-Schnittstelle (CSI), eine 2-polige MIPI-CSI sowie die Wiedergabe von HD-Videos in 1080p. In Sachen Audio-Verarbeitung sind PCM/AAC und MP3/WMA mit ECNS und Audio+-Nachbearbeitung möglich. Zwei USB 2.0 Typ A-Anschlüsse (nur Hostmodus) und ein OTG USB 2.0 über Micro AB bieten weitere Konnektivitätsoptionen. Durch einen 60-poligen Hochgeschwindigkeits-Anschluss und einen 40-poligen Anschluss mit niedriger Geschwindigkeit ist die Lösung leicht erweiterbar.
Schon die Hardware-Funktionen sind beeindruckend, doch mit der verfügbaren Software lassen sich alle diese Hardware-Funktionen direkt aus einem Anwendungs-Programm heraus nutzen. Die Entwicklung ist bei Verwendung von Android oder Linux und den verfügbaren Treibern, Frameworks und APIs (Application Programming Interfaces) ein Leichtes. Ausführliche Benutzerhandbücher, Board-Supportpakete (Quellen und binär), Bootloader und Installer geben Ihrer Entwicklung einen leichten Start.
Fazit
Wenn Ihre IoT-Anwendung eine Vielzahl Sensoren und einen leistungsstarken IoT-vernetzten Prozessor benötigt und schnell ein funktionierender Prototyp erstellt werden muss, sind das TE Sensor Mezzanine Board und der SD 600eval die perfekten Lösungen. Bestellen Sie den SD 600eval und die benötigten TE-Sensoren bei Arrow über die unten im Bereich „Referenzen“ bereitgestellten Links. Zögern Sie nicht, beginnen Sie heute!
TE Connectivity und TE sind eingetragene Warenzeichen.