Zusammen beschleunigen SparkFun und Digi die Entwicklung und Einführung von LoRaWAN

Der Aufbau verteilter, batteriebetriebener Sensoranwendungen, die auf der Übertragung kleiner Datenmengen über große Entfernungen beruhen, erfordert Komponenten mit extrem geringem Stromverbrauch, Zuverlässigkeit in unkontrollierten Umgebungen und eine relativ einfache und skalierbare Architektur. Das macht LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) zu einer führenden Wahl für Anwendungen wie intelligente Gebäude, Campusumgebungen, Einzelhandel und industrielle Überwachung.

LoRaWAN-Anwendungen zeichnen sich durch eine Reichweite von mehreren Kilometern, eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren und Kosteneffizienz aus. Ohne Mobilfunk, WLAN oder Mesh-Routing kann die LoRaWAN-Kommunikation landwirtschaftliche Betriebe oder Fabriken über ein einziges Gateway abdecken.

LoRaWAN wurde 2015 unter der Schirmherrschaft der LoRa Alliance als offene MAC-Schicht und Netzwerkarchitektur formalisiert und ist ein offenes, energiesparendes drahtloses Netzwerkprotokoll und eine Architektur, die Alternativen wie Mobilfunk-IoT, Wi-Fi, BLE, Zigbee, Thread und proprietäre Sub-GHz-Funkgeräte in Bezug auf Skalierbarkeit, Einfachheit und Interoperabilität übertrifft.

Eine Allianz zwischen Digi und SparkFun verspricht, den Weg vom Konzept zur Umsetzung zu beschleunigen. Die Allianz integriert die Edge-to-Cloud-IoT-Plattform X-ON von Digi und die Hardware von SparkFun sowie die Mikrocontroller von Raspberry Pi.

Insbesondere können die Vorteile des 26060-IoT-Node-Entwicklungsboards von SparkFun (Abbildung 1) genutzt werden, das über ein integriertes XBee-LR-Funkmodul von Digi und den leistungsstarken Raspberry Pi 2350A verfügt.

Abbildung 1: Der 26060-IoT-Knoten von SparkFun verfügt über einen XBee-Transceiver von Digi für die Verbindung mit der X-On-Cloud-Plattform von Digi. (Bildquelle: SparkFun)

Das Modul verbindet sich automatisch über ein HX15-Gateway von Digi für LoRaWAN mit der Cloud-IoT-Plattform X‑ON von Digi (Abbildung 2). Das Gateway ist separat oder als Teil des SparkFun-Kits Digi X-ON 27213 (Nordamerika-Ausgabe) erhältlich.

Abbildung 2: Das HX15-Gateway von Digi stellt die Datenschnittstelle zwischen LoRaWAN-Sensoren und über Ethernet oder optional LTE zur Cloud-Plattform X-ON von Digi bereit. (Bildquelle: Digi International)

Das Qwiic-Connect-Ökosystem von SparkFun vereinfacht die Hardware-Erweiterung mit einer wachsenden Bibliothek von über 100 Plug&Play-Sensoren, Aktoren und Displays, die alle über eine gemeinsame I²C-Schnittstelle und einen standardisierten 4-poligen JST-Stecker verbunden sind. Der IoT-Knoten von SparkFun enthält vorinstallierte Firmware, die angeschlossene Qwiic-Sensoren von SparkFun automatisch erkennt und die Datenübertragung über LoRaWAN mithilfe des XBee-LR-Moduls von Digi startet, das mit dem HX15-Gateway verbunden ist, um die Daten über Ethernet oder optional LTE an die X-ON-Cloud-Plattform von Digi zu übertragen. Digi X-ON bietet verschlüsselte Übertragung vom Gateway zur Cloud, sichere Benutzerzugriffskontrollen und Metadaten auf Geräteebene.

Für Entwickler ist keine Gateway-Einrichtung oder LoRaWAN-Registrierung erforderlich. Sie können die Vorteile der konfigurationsfreien Sensor-Einbindung und der Cloud-fähigen Datenflüsse vom Knoten zur Cloud nutzen, ohne dass eine Benutzerbereitstellung, Codierung oder Einrichtung eines MQTT-Brokers erforderlich ist. Dies ermöglicht eine schnelle Prototypenerstellung, Konzeptnachweise oder Bereitstellungen, ohne dass (wenn überhaupt) LoRa- oder Cloud-Fachwissen erforderlich ist.

Entwickler können Abtastraten feinabstimmen, Unterstützung für zusätzliche Qwiic-Sensoren hinzufügen oder die Nutzlastformatierung anpassen, ohne von Grund auf neu beginnen zu müssen. Die X-ON-Plattform von Digi bietet eine zentrale Übersicht über alle eingesetzten Knoten und verfolgt die Betriebszeit, den Akkustand, die Signalqualität und den Verbindungsverlauf – allesamt wichtige Kennzahlen für die Fehlerbehebung und Optimierung verteilter Sensornetzwerke.

Flexibilität des Arbeitsablaufs

Der RP2350 bietet Produktdesignern einzigartige Flexibilität beim Arbeitsablauf und ermöglicht die Entwicklung von Anwendungen für Arduino, MicroPython und C/C++ unter Verwendung des Pico SDK. Durch die Unterstützung aller drei Umgebungen bietet der IoT-Knoten von SparkFun Entwicklern Auswahl und Flexibilität und ermöglicht Arbeitsabläufe, die ihrem Fachwissen entsprechen – vom Drag-and-Drop-Scripting in Python bis hin zu optimiertem C-Code unter Verwendung von Hardwarebeschleunigung.

Entwickler können in MicroPython schnell Prototypen von Anwendungen erstellen, Qwiic-kompatible Sensoren testen oder Abtastintervalle in Echtzeitumgebungen anpassen. Im Laufe der Projektentwicklung können Projekte nahtlos auf Arduino oder vollständiges C++ umgestellt werden, um den Stromverbrauch, die Speichernutzung oder die I/O-Performance zu optimieren. SparkFun bietet vorgefertigte MicroPython-Images an, die speziell auf das SparkFun-IoT-Modul zugeschnitten sind.

Sobald ein IoT-Gerät mit der Datenübertragung beginnt, stellt X-ON ein Dashboard zur Verfügung, über das Sie Sensorwerte überwachen, den Gerätezustand überprüfen und sogar Firmware-Updates aus der Ferne durchführen können. Produktdesigner können ihre Entwürfe kontinuierlich verbessern, ohne jemals physischen Zugriff auf die Geräte zu benötigen.

Diese Zusammenarbeit bietet eine ideale Lösung für das Testen von Anwendungen im Feld oder die Skalierung eines Pilotprojekts für verteilte, batteriebetriebene Sensorsysteme. Die robuste Bauweise des HX15-Gateways, die sichere Cloud-Architektur von Digi-X-ON und der automatisch bereitgestellte Firmware-Stack reduzieren den Aufwand für den Übergang vom Labor zum Einsatz vor Ort. Entwickler können Anwendungen unter realen Bedingungen mit echten Sensordaten testen und anschließend skalieren, indem sie einfach die Knoten- und Gateway-Konfigurationen replizieren, ohne die Firmware oder die Cloud-Integration neu erstellen zu müssen.

Die Kombination aus dem RP2350-basierten IoT-Modul von SparkFun, der X-ON-Plattform von Digi und dem flexiblen Mikrocontroller-Ökosystem von Raspberry Pi bietet einen einzigartig optimierten Weg vom Prototyp bis zur Bereitstellung. Ob Sie einen neuen Sensor testen, die LoRaWAN-Reichweite validieren oder den Stromverbrauch optimieren möchten – diese Kombination unterstützt Sie bei Ihren Experimenten und bei der Entwicklung eines produktionsreifen Designs.

Dank offener Hardware und standardisierter Vernetzung können Designer auf Anpassungsfähigkeit und Langlebigkeit zählen, während ihre IoT-Projekte wachsen und sich weiterentwickeln. Auf dieser Plattform entwickelte Anwendungen sind portabler und flexibler, wenn sich die Projektanforderungen weiterentwickeln.

Fazit

Das IoT-Modul und das Qwiic-Connect-Ökosystem von SparkFun, die sichere Cloud-Plattform X-ON von Digi und die Entwicklungsvielfalt von Raspberry Pi gewährleisten einen robusten, reibungslosen Weg vom Konzept bis zur Bereitstellung für verteilte Sensoranwendungen. Durch die Minimierung von Konfigurationshürden, die Optimierung der Einarbeitung und die Bereitstellung einer zentralisierten Geräteverwaltung ermöglicht diese Lösung Entwicklern schnelle Innovationen, effiziente Iterationen und eine zuverlässige Skalierung – egal, ob für Prototypen oder groß angelegte Feldimplementierungen.