Combinaţia dintre 4G şi IPv6 va conduce la o nouă lume a comunicaţiei mai inteligente M2M, explică Ramanuja Konreddy, Senior Product Marketing Engineer la MCU32 Division of Microchip Technology Inc.
Internetul deja a revoluţionat calea prin care oamenii comunică unii cu alţii şi acum este gata de o nouă revoluţie: proliferarea comunicaţiei inteligente între maşini.
Tehnologiile care vor introduce comunicaţii inteligente maşină către măsină (M2M) sunt standardul wireless de mare viteză 4G şi protocolul internet versiunea 6 (IPv6). Împreună aceste tehnologii vor permite proiectanţilor să creeze o lume în care dispozitivele inteligente să ofere un nou nivel de comunicaţii M2M. Posibilităţile includ: un telefon inteligent care poate primi un mesaj de alertă şi locaţie când maşina proprietarului este furată; o cameră ce poate comunica cu un dispozitiv GPS sugerând puncte de interes; un frigider ce poate afişa un text ce aminteşte de necesitatea cumpărării de unt; încărcarea automată de date de la un dispozitiv de monitorizare a sănătăţii către un GP; o maşină ce poate trimite o alertă atunci când este necesar să fie reparată. Aceste aplicaţii şi multe altele pot fi activate prin comunicaţii inteligente M2M.
Figura 1 prezintă interacţiunea dintre elementele cheie ale tehnologiei M2M. Aceste elemente permit sistemului să recepţioneze date de la un dispozitiv final şi să transmită aceste date printr-o reţea de comunicaţie către software-ul de aplicaţie, care procesează şi converteşte aceste date în informaţii recunoscute pentru aplicaţie.
Tipic, reţelele M2M transmit date utilizând sistemul global pentru telefonie mobilă (GSM), GPRS (General Packet Radio Service), linie de putere sau comunicaţii prin satelit.
Proiectanţii de aplicaţii industriale au intuit rapid potenţialul comunicaţiei M2M. Combinaţia dintre senzori puternici, microcontrolere embedded avansate şi reţele wireless au permis noi nivele de control în aplicaţii precum monitorizarea de la distanţă a echipamentelor industriale şi managementul flotelor. Considerând aceste două aplicaţii într-o descriere mai detaliată se poate observa cum comunicaţia M2M poate transforma felul în care lumea se mişcă, reducând suplimentar costurile, îmbunătăţind eficienţa şi reducând sarcinile manuale.
Monitorizare de la distanţă
Un dispozitiv de monitorizare de la distanţă pentru echipamente industriale poate utiliza intrări combinate de la senzori pentru detecţia vibraţiilor, scurgerilor de fluide, temperaturii, uzurii mecanice şi zgomotului, pentru a cunoaşte starea echipamentului.
Figura 2a prezintă poziţia fiecărui senzor sau nod, reprezentat cu puncte galbene şi conectat în topologie stea la coordonatorul de reţea, prezentat cu puncte albastre. Împreună, aceste noduri şi coordonatorul de reţea formează zona de reţea personală (PAN). Coordonatorul PAN acţionează ca o poartă M2M între PAN şi reţeaua GPRS şi transmite datele către staţia de monitorizare de la distanţă. Dacă un senzor detectează un parametru în afara valorilor de prag pentru operare, staţia de monitorizare de la distanţă trimite o alertă, ce permite realizarea de operaţii preventive de întreţinere. Prin trimiterea de avertizări în avans asupra potenţialelor probleme de funcţionare a echipamentelor, comunicaţia M2M poate fi utilizată pentru a reduce costurile timpilor de oprire neplanificaţi şi pentru a creşte eficienţa programării operaţiilor preventive de întreţinere.
Noduri senzoriale şi coordonator PAN
Diagramele bloc pentru nodurile senzoriale şi un coordonator PAN sunt prezentate în figurile 2(b) şi 2(c).
Parametrii senzoriali ai echipamentului sunt transmişi printr-o buclă de curent de 4mA – 20mA, care este un senzor robust cu semnal standard pentru procese şi control industrial. Aceşti parametri sunt recepţionaţi de MCU prin convertorul său analog-digital (ADC) pe cip. Microcontrolerul utilizează o stivă de protocol PAN, precum MiWi™, pentru interfaţare cu un transceiver IEEE 802.15.4 care trimite datele senzoriale procesate către un coordonator PAN.
Motorul care comandă comunicaţia pentru întregul PAN este integrarea MCU cu coordonatorul PAN. Acest MCU se interfaţează atât cu transceiverul IEEE 802.15.4 cât şi cu modulul GPRS prin port serial. Memoria flash a microcontrolerului este utilizată pentru a stoca harta întregii reţele PAN MiWi, pentru a aloca adresele de reţea şi pentru a stabili legăturile pentru noile noduri senzoriale. Ea translatează de asemenea datele protocolului PAN în format GPRS pentru a le trimite în reţeaua GPRS. MCU controlează modulul GPRS utilizând comenzile AT (Attention) pentru transmisia de date. Factorii cheie pentru selectarea MCU-ului embedded ar trebui să fie o viteză ridicată, memorie suficientă şi o gamă largă de periferice cu suport pentru acces direct la memorie (DMA). Pentru a asigura o conexiune stabilă între PAN şi reţeaua GPRS sunt utile un protocol wireless robust şi dovedit precum Microchip MiWi şi acces la biblioteca GPRS. Utilizând o placă de dezvoltare precum Microchip PIC32 Wi-Fi®Comm Board prezentată în figura 3(a), se poate dezvolta rapid o aplicaţie wireless.
Managementul flotelor cu M2M
Managementul flotelor a devenit o aplicaţie populară pentru tehnologia M2M. Vehiculele înzestrate cu dispozitive GPS sunt urmărite, iar poziţiile lor sunt comunicate către sistemul de monitorizare utilizând module GPRS sau GSM.
PIC32 Wi-Fi® Comm Demo Board
Caracteristici cheie
• Soluţie Wi-Fi compatibilă cu puncte de acces IEEE 802.11 b/g/n
• Suportă reţele de infrastructură sau ad hoc
• Modulul MRF24WB0MA este certificate FCC, IC, Wi-Fi® şi conform ETSI
• Alimentare de la 2 baterii AAA
• Suportă protocoalele de securitate WEP, WPA şi WPA2
• Placa are interfaţă de I/O pentru senzor permiţând demonstraţii specifice aplicaţiilor
M2M Pictail™ Daughter Board
Caracteristici cheie
• Suport pentru 4 benzi GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800 MHz şi PCS 1900 MHz
• Clasă de putere 4 (putere maximă nominală de ieşire 33dBm) pentru benzile GSM/EGSM
• Clasă de putere 1 (putere maximă nominală de ieşire 30dBm) pentru benzile DCS/PCS
• GPRS multislot clasă 10
• Sunt suportate toate schemele de codare GPRS de la CS1 la CS4
• Viteză GPRS: 53,6 kbps
Modulul GPS este utilizat pentru a furniza coordonatele poziţiei vehiculului, în vreme ce magistrala CAN este utilizată pentru a colecta datele de la diferite module din vehicul, precum ABS (Antilock Brake System), unitatea de control a motorului (ECU) şi airbag-uri. Un microcontroler pe 32 de biţi reprezintă poarta CAN/GPRS care se interfaţează la magistrala CAN, precum şi la modulele GPRS şi GPS, şi translatează datele CAN în format GPRS înainte de a le trimite prin reţeaua GPRS către staţia de management a flotei. Placa Microchip M2M PICtail™ daughter board conţine module GPS şi GSM/GPRS care sunt echipate cu multe comenzi AT suplimentar gamei largi de caracteristici prezentate în figura 3(b).
Placa M2M PICtail oferă toate informaţiile hardware, software, inclusiv programe, certificări, training şi documentaţie pentru a permite un timp scurt până la apariţia pe piaţă a produsului. Ea permite o soluţie de comunicaţie wireless, ultra-compactă, cu consum energetic redus pentru o integrare uşoară în proiectele de mare volum industriale, auto şi electrocasnice.
O lume mai inteligentă a maşinilor
Apariţia comunicaţiei 4G de mare viteză şi protocolul internet versiunea 6 (IPv6) permit comunicaţiei dintre maşini să devină un lucru uzual precum comunicaţia dintre oameni. Proliferarea reţelelor de comunicaţie şi flexibilitatea soluţiilor pe siliciu înseamnă că lumea se apropie de un punct de cotitură, în care numărul de persoane conectate prin internet va fi depășit de numărul de dispozitive şi maşini conectate prin internet. Pentru proiectanţi, aceasta înseamnă existenţa unei presiuni crescute pentru câştigarea competiţiei produselor echipate pentru a furniza posibilităţile complete ale comunicaţiei M2M.
www.microchip.com
Numele şi logo-ul Microchip sunt mărci înregistrate ale Microchip Technology Inc. în SUA şi alte ţări. mTouch, PICtail şi MiWi sunt mărci ale Microchip Technology Inc. în SUA şi alte ţări. Toate celelalte mărci menţionate aici sunt proprietatea companiilor lor.