بردهای توسعه به طراحی اینترنت اشیا کمک میکنند

طراحی اینترنت اشیا ، به معنای پیاده‌سازی راه حل های مبتنی بر میکروکنترلر با پروتکل ایده آل برای کاربرد خاصی است. شرکت Microchip Energy اخیراٌ راه حل هوشمند و نهفته ای را برای کمک به این کار اعلام کرده است.

خط تولید Microchip از میکروهای کوچک PIC و میکروکنترلر های AVR برای سنسورها و عملگرها شروع میشود تا دروازه های میکروکنترلری ۳۲ بیت و راه حل های مبتنی بر میکروکنترلر برای رایانش لبه، که قابلیت اتصال به هسته اصلی و هر فضای ابری بیرونی را با Wifi، بلوتوث یا ۵G میدهد و بصورت همزمان یک بنیاد امنیتی مستحکم را با حمایت از پلت فرم اعتماد Microchip برای خانواده CryptoAuthentication حفظ می‌کند.

طراحی اینترنت اشیا

شبکه‌های IoT متشکل از حسگرها و دستگاه‌های هوشمند قادر خواهند بود تا عملا هر جنبه از محیط – خانه، اشیا فیزیکی، حمل و نقل و ارتباطات، لباس و حتی بدن انسان را به هم متصل کنند – و ما را قادر می‌سازد تا بتوانیم داده‌ها را مبادله کنیم و اقدامات مناسب را انجام دهیم. اگر اینترنت اشیا فرصت‌های بیشتری را برای مخاطبان فن‌آوری فراهم کند، جریان کار ساده می‌شود، و استفاده بهتر از اجزای ماژولار برای پرداختن به چالش‌های فنی واقعی در پروژه‌های  IoT، از طراحی نرم‌افزار گرفته تا اجرای سخت‌افزار انجام شود.

سه نوع اصلی از این پروژه‌ها برای کاربردهای IoT وجود دارند. در پروژه‌های متصل به فضای ابری، سرورها از نرم‌افزارهای اختصاصی برای تحلیل و پردازش داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط سیستم‌ها استفاده می‌کنند. پروژه‌های متصل به یک شبکه محلی باید از شبکه اینترانت برای برقراری ارتباط استفاده ‌کنند. و در پروژه‌های مبتنی بر دروازه (gateway)، سیستم‌های دروازه‌ای برای تطبیق سیستم‌های موجود به اینترنت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

معمولا اولین قدم در هر پروژه انتخاب کیت توسعه ایده‌آل برای نمونه اولیه است. ایجاد یک سیستم اینترنت متصل به فضای ابری می‌تواند از بنیان یک فرآیند پرهزینه و زمان‌بر باشد که نیازمند تخصص در بسیاری از رشته‌های مهندسی است. توسعه دهندگان امروزه با چالش‌های بیشتری نسبت به همیشه در تصمیم‌گیری طراحی خود، از جمله زمان توسعه طولانی‌تر و تهدیدات امنیتی بالاتر مواجه هستند. کیت‌های توسعه و دیگر پلت فرم‌های نمونه‌سازی برای تلاش‌ها در سطح زنجیره تامین IoT، تسریع نوآوری، و توانمند سازی هر کسی که ایده‌ها و بلندپروازی برای طراحی و ایجاد سکوهای IoT موفق را دارد، حیاتی هستند.

راه‌حل های شرکت Microchip

این شرکت میگوید که با توجه به راه‌حل های این شرکت، توسعه دهندگان میتوانند به سرعت، به راحتی و با استفاده از تکنولوژی‌های wifi، بلوتوث و ۵G به هر فضای ابری‌ای متصل شوند، و به طور همزمان یک پایه امنیتی قوی را به کمک خانواده CryptoAuthentication داشته باشند.

Oyvind Strom، مدیر بخش بازاریابی Microchip Technology می‌گوید ما هنوز می‌بینیم که نرخ پذیرش IoT نسبتا کند است، راه‌حل‌های بسیار زیادی وجود دارند، اما ما جامعه کلی مشتریان را می‌بینیم که لزوما همه آن‌ها با تکنولوژی‌های IoT راحت نیستند. کاری که ما انجام می‌دادیم این است که گره‌های لبه و دروازه‌ها را راه‌اندازی کنیم که در آن سهولت استفاده تمرکز اصلی ما بود.

ترکیب راه‌حل‌های سخت‌افزاری ثابت شده و میزان بی‌سابقه‌ای از همکاری به حفاظت در برابر تهدیدات امنیتی کمک می‌کند، از حملات سایبری دوردست گرفته تا ایجاد محصولات تقلبی. این تهدیدها گسترده هستند و در تمام صنایع گسترش‌یافته است و می‌تواند منجر به خسارت‌های قابل‌توجهی از نظر استقرار و هزینه‌های بازیابی، درآمد حاصل از خدمات، و مهم‌تر از آن، ارزش ویژه برند شوند.

شرکت Microchip طیف وسیعی از نمونه اولیه های دقیق، متصل و ایمن را اضافه کرده‌است. چهار پلتفرم توسعه اینترنت بی‌سیم جدید و دو برد آزمایشی مبتنی بر بلوتوث برای خطوط تولید PIC و AVR وجود دارد. یک راه‌حل جدید دروازه اینترنت اشیا با خدمات وب آمازون (AWS) بخش IoT Greengrass انجام شده است و Azure پورتفولیو را توسعه می‌دهد. و مشارکت Microchip با Sequans،  کیت‌های جدیدیی برای اتصال زیرساخت LTE-M و NB-IoT را فعال ساخته‌است.

Strom گفت:

” وقتی مشتری می‌خواهد یک راه‌حل اینترنت را توسعه دهد، شما می‌توانید IoT را بدون فضای ابری انجام دهید و یا می‌توانید IoT را با استفاده از فضای ابری انجام دهید و رایانش ابری قطعا یکی از سریع‌ترین زمینه‌های در حال رشد در دنیا است. سه شرکت ابری بزرگ وجود دارند: گوگل، آمازون، و مایکروسافت. ما با همه آنها همکار میکنیم. بردهای PIC-IoT WA و AVR-IoT در هم‌کاری با AWS توسعه داده شدند و به طراحان کمک کردند تا به صورت محلی گره‌های حسگر اینترنت را به هسته بخش اینترنت اشیای AWS از طریق Wi – Fi متصل کنند.

هر راه‌حل برای تمرکز بر سهولت استفاده و توسعه سریع برای کاربردهای صنعتی هوشمند، پزشکی، مصرف‌کننده، کشاورزی و ‌فروشگاهی، با در نظر داشتن امنیت طراحی شده‌است. انتخاب فن‌آوری‌های اتصال، همراه با نوع دقیق میکروکنترلر و عملکرد میکروپروسسور و مشخصه‌های محیطی، این راه‌حل‌ها را در طیف وسیعی از بازارها مقیاس پذیر می‌سازد.

Strom گفت: ” وقتی که شما این برد را می‌خرید، به طور ساده آن را با یک اتصال USB به کامپیوتر خود وصل می‌کنید، و در عرض ۳۰ ثانیه شما را به صفحه وب سایت خود ارسال می‌کند که در عرض آن ۳۰ ثانیه به فضای ابری آمازون وصل می‌شود و برای اولین بار بین رایانه شما و سرویس ارتباط برقرا می‌شود. از  آنجا، شما می‌توانید به توسعه برنامه خود با اکوسیستم جامع ما برای این برد ادامه دهید. این یک برد بسیار قدرتمند است که با به صرفه ترین میکروکنترلرهایی که در صنعت پیدا می‌کنید، ساخته می‌شوند.

دو تخته با سنسور حرارتی و یک سنسور نوری تنها برای اهداف نمایشی تامین می‌شوند. یک سوکت توسعه microbus اجازه افزودن بیش از ۳۰۰ سنسور مختلف را از روی تخته‌های انتخاب شده در اکوسیستم Microchip می‌دهد (شکل ۱).

شکل ۱: برد PIC / AVR – IoT WA

برد SAM – IoT WG هسته IoT فضای ابری گوگل را به دامنه میکروچیپ های SAM – D21 Arm Cortex – M0 + 32 بیت متصل می‌کند (‏شکل ۲)‏. ​

شکل ۲: برد WG SAM – IoT

پلتفرم Azure IoT SAM مبتنی بر میکروکنترلر، از خدمات Azure IoT SDK و Azure IoT Services در نرم‌افزار MPLAB X شرکت Microchip استفاده میکند. این سرویس‌ها عملکرد محاسباتی بسیار بیشتری نسبت به دیگر پلتفرم‌های موجود در بازار ارایه می‌دهد. علاوه بر انتقال داده‌های خود، می‌توانید با استفاده از هوش مصنوعی در طراحی اینترنت اشیا بر روی برد تحلیل انجام دهید. ​

Strom می‌گوید: “برای مثال انواع نگهداری پیشگیرانه می‌تواند یکی از [‏حوزه‌های کاربرد]‏ باشند؛ از این تخته هم می توان برای کاربردهای بینایی ماشین هم استفاده کرد. این نوع برنامه‌های کاربردی پیشرفته برای گره‌های IoT میتوانند هدف مناسبی برای این پلتفرم باشند.” ​

علاوه بر الزامات مورد نیاز برای بردهای Wi-Fi، تقاضای زیادی برای پیاده‌سازی بلوتوث در بخش صنعتی وجود دارد. امروزه تمام انواع تعمیر و نگهداری تجهیزات صنعتی با بلوتوث انجام می‌شود. تکنیسین سرویس می‌تواند کد خطا یا اطلاعات دیگر را از یک تبلت یا تلفن بخواند تا مجبور نباشد به طور مکانیکی مداخله کند. ​

شکل ۳: برد BLE PIC / AVR

بردهای PIC-BLE و AVR-BLE، برای دستگاه‌های حسگر مبتنی بر میکروکنترلر های PIC و AVR هستند که برای کاربردهای صنعتی، مصرف‌کننده، و امنیتی به دستگاه‌های تلفن همراه و همچنین فضای ابری از طریق دروازه‌های بلوتوث کم‌انرژی (BLE) متصل می‌شوند (‏شکل ۳)‏. ​

برای اطمینان از این که تنها دستگاه‌های مجاز می‌توانند به دستگاه نهفته متصل شوند، یک IC امن، ریشه اعتماد (root of trust) را از دستگاه نهفته تا فضای ابری کامل می‌کند. سنسورهای اصلی روی بورد دما، نور و یک شتاب‌سنج سه محوری هستند. پیاده‌سازی سنسورهای دیگر روی برد خارجی و ایجاد یک برنامه کاربردی سفارشی با استفاده از LightBlue امکان پذیر است، برنامه‌ای که می‌تواند از گوگل پلی یا اپ استور دانلود شود (‏شکل ۴)‏. ​

شکل ۴: برنامه LightBlue

تا زمانی که بتوانید از اینترنت بی‌سیم و BLE استفاده کنید، داشتن یک راه‌حل مبتنی بر دروازه همیشه مفید است. Wifi برای مودم‌های خانگی کفایت می‌کند، اما اگر یک شبکه بسته می‌خواهید، باید یک دروازه را هم در برنامه کاربردی خود معرفی کنید. راه‌حل دروازه با AWS IoT Greengrass مبتنی بر آخرین ماژول سیستم بی‌سیم (‏SoM)‏، ATSAMA5D27 – WLSOM1 است، که با استفاده از SAMA5D2 MPU، ماژول ترکیبی وای‌فای WILC3000، و بلوتوث، که با عملکرد بالای مدار مجتمع یکپارچه قدرت (PMIC) MCP16502 کار می‌کند، بنا شده است. ​

Strom می‌گوید: “این راه‌حل‌ها کاملا توسط راه حل AWS Greengrass تایید می‌شوند؛ Greengrass یک راه‌حل ساخت آمازون است، که در آن شما محاسبات محلی ابری روی گره خود دارید. ” این می‌تواند مزایای زیادی داشته باشد، از جمله واکنش‌های تقریبا بی‌درنگ و توانایی کار کردن حتی اگر ارتباط اینترنتی شما قطع باشد.”

شرکت Microchip همچنین کیت توسعه LTE-M یا NB-IoT را با هم‌کاری شرکت Sequans اعلام کرد. این کیت شامل ماژول‌های مبتنی بر تراشه‌های Monarch محصول Sequans است، که پوشش گره‌های IoT را ممکن می‌سازد و از آخرین تکنولوژی ۵G با مصرف توان پایین بهره می‌برد. در طراحی، دروازه‌های یک لایه اضافه می‌کنند که مانعی برای اتصال مستقیم است، بنابراین اگر شما می‌خواهید داده‌ها را مستقیما به فضای ابری انتقال دهید، یک راه‌حل LTE-M یا NB-IoT روش انجام آن است. ​

بیشتر بخوانید : تفاوت بین لبه و نقطه پایان (endpoint) چیست

ارایه دهندگان خدمات تلفن همراه شروع به گسترش شبکه‌های ۵G خود کرده‌اند که حجم عظیمی از ترافیک را برای گره IoT را بر روی شبکه‌های موبایل ممکن می‌سازد. استفاده از دو پروتکل غالب برای اتصال اینترنت اشیا، یعنی LTE-M و NB-IoT در سطح جهانی بین مناطق مختلف متفاوت است، و استانداردها یکسان نیستند (‏شکل ۵)‏. Sequans تکنولوژی ۵Gای دارد که می‌تواند در آمریکا، تمام کشورهای اروپایی، ژاپن و چین استفاده شود. با این راه‌حل، شرکت Microchip می‌تواند با تکنولوژی LTE-M / NB-IoT و تکنولوژی IoT به مشتریان سراسر جهان خدمت کند، و از تمام شبکه‌های اصلی در سراسر جهان پشتیبانی کند. با این راه‌حل، میکروچیپ می‌تواند با تکنولوژی LTE-M یا NB – IoT و تکنولوژی IoT به مشتریان سراسر جهان خدمت کند، و از تمام شبکه‌های اصلی در سراسر جهان پشتیبانی کند.

با این راه‌حل، شرکت Microchip می‌تواند با تکنولوژی LTE-M یا NB-IoT و تکنولوژی IoT به مشتریان سراسر جهان خدمت کند، و از تمام شبکه‌های اصلی در سراسر جهان پشتیبانی کند. ​

شکل ۵: کیت توسعه LTE-M یا کیت توسعه NB-IoT

راه حل های جدید اینترنت اشیای Microchip بر پایه اکوسیستم وسیع ابزارهای توسعه این شرکت هستند. ژنراتورهای کد مانند MPLAB X پیکربندی ایجاد کد را با سرعت و بصورت خودکار و سفارشی برای میکروکنترلر های کوچک تر PIC و AVR را انجام می‌دهند. بصورت همزمان، کتابخانه‌های نرم‌افزاری Harmony از تمام راه‌حل‌های ۳۲ بیتی برای میکروکنترلر و ریزپردازنده ها در طراحی اینترنت اشیا پشتیبانی می‌کنند.