Az IoT-alkalmazások tervezésekor ne felejtkezzen meg a csatlakozókról

A hardver- és szoftvercsatlakozások rendkívül fontos tényezők az IoT területén

Az IoT egyes szakértői szerint csak akkor használható ki a világmegváltó technológiában rejlő összes lehetőség, ha a megoldások vezeték nélküli kommunikációs rendszereken alapulnak. Bár bizonyos, hogy számos IoT-csomópont akkumulátoros tápellátást fog kapni és vezeték nélkül lesz csatlakoztatva, az IoT-rendszerek számottevő része mégis a vezetékes csatlakozás előnyeit fogja kihasználni.

Az IoT-hálózatok tervezéséért és telepítéséért felelős szakemberekben mindig megfogalmazódik az a kérdés, hogy milyen típusú csatlakozót használjanak. Sok vállalat kínál az IoT-alkalmazásokhoz megfelelő, hardveralapú csatlakozókat, de azok, akik a legjobb terméket keresik, a megkülönböztető tényezőket is figyelembe veszik. A mérnökök mindig tudni akarják, hogy mi teszi egyedivé az adott terméket, milyen előnyöket kínál számukra, illetve a beszállító rendelkezik-e olyan átfogó ismeretekkel a termékről, hogy támogatást tudjon nyújtani az alkalmazásában.

Harting RJ45

Miért nem teljesen vezeték nélküli a jövő

Számos elektronikai hardvertervező-mérnöknek megbocsátható, ha nincs teljesen tisztában az IoT-alkalmazásokhoz elérhető modern kompakt csatlakozók választékával. Az utóbbi években a vezeték nélküli érzékelők kerültek a rivaldafénybe, de a valóság az, hogy a vezetékes csatlakozók létfontosságú alkatrészek sok IoT-rendszernél. Az olyan vállalatok, mint a Farnell, a különböző csatlakozómegoldások széles választékát kínálják az ilyen alkalmazásokhoz, különös tekintettel a kis méretű csatlakozókra, amelyek ideális választásnak bizonyulnak az IoT-érzékelőkre és -csomópontokra való felszereléshez.
Rengeteg dolog szól a vezetékes csatlakozók választása mellett. Remek példák erre a vezetékes hálózatok, amelyek sokkal rugalmasabb és robusztusabb teljesítményt kínálnak az elektromos szempontból zajos környezetekben, ahol az interferencia nélküli megbízható kommunikáció nélkülözhetetlen. Ehhez hasonlóan a szélsőséges környezeti körülmények között is észszerűbb ipari Ethernet-csatlakozókat használni, mivel ezek a vezeték nélküli technológiánál jobban teljesítenek, beleértve az olyan IP-besorolású csatlakozókat, amelyek a víz, por és egyéb elemek bejutása ellen is védelmet nyújtanak. Az ilyen alkalmazásoknál a csatlakozóknak kompakt méretűeknek kell lenniük az áramköri kártya területének minimalizálása érdekében – a szabványos RJ45-csatlakozók általában túl nagynak bizonyulnak.
Az IoT-vel kompatibilis, ma elérhető csatlakozók közé tartozik például a HARTING RJ45 ipari Ethernet-adatcsatlakozója, amelyet olyan funkciókkal láttak el, mint az intuitív zárómechanizmus, a szerszám nélküli, gyors csatlakoztathatóság, valamint a hőre lágyuló műanyagból vagy fémből készült burkolat. Ezek az akár 10 Gbit/s adatátviteli sebességet kínáló csatlakozók IP20, IP54, IP65 és IP67 besorolással is rendelkezhetnek, miközben némelyikük 4 × 48 V / 16 A vagy 3 × 300 V / 16 A teljesítményt nyújt a végfelhasználó igényeitől függően. A HARTING kínálatában az ix Ethernet-csatlakozóinak ipari családja is elérhető, amely az RJ45 miniatürizált változata (70%-kal kevesebb helyet igényel). Az IoT-alkalmazásoknál csak „kis óriásként” emlegetett ix ipari termékcsalád olyan robusztus csatlakozókból áll, amelyek Cat6a teljesítményt nyújtanak 1 Gbit/s és 10 Gbit/s közötti Ethernet esetében. Ezek a szélsőséges ipari környezeti körülmények között is ideális egységek a biztonságos adatátvitel mellett magas EMC-immunitást is kínálnak az interferenciára.
Bizonyos IoT-alkalmazásoknál (például a környezeti feltételek ellenőrzése a logisztikai szektorban) szükség lehet USB-csatlakozásokkal ellátott csatlakozókra.
A TE Connectivity IoT-hálózatokhoz ideális univerzális csatlakozói kétirányú, szimultán jeleket biztosítanak az USB-rendszerekben használt teljes sebességhez (12 Mb/s) vagy alacsony sebességhez (1,5 Mb/s). Ezek az egyszerűen telepíthető TE-rendszerek egy négypozíciós, kártyára szerelhető aljzatból (BMR), illetve a csatlakozókábelre szerelt, többkomponensű fröccsöntéssel készült csatlakozóból állnak. Az USB-alkalmazások minden típusánál rugalmasságot és sokoldalúságot kínáló BMR-ek normál, B-típusú, összekapcsolt és egymás melletti konfigurációval érhetők el. Míg a C-típusú USB-csatlakozók elég kis méretűek a mobiltelefonokban való használathoz, az osztályukban legkisebbnek mégis a microUSB 2.0-csatlakozók számítanak, amelyek megbízható és strapabíró módon biztosítják a nagy sebességű adatátvitelt. Ha a tervezőmérnökök az USB 2.0-nál 10-szer gyorsabb adatátvitelt szeretnének, számos USB 3.0-csatlakozó közül választhatnak, amelyek akár 5 Gbit/s adatátviteli sebességet is támogatnak.

TE Free Hight connectors

Egy másik ok is szól a vezetékes érzékelők mellett: a rádiófrekvenciás (RF) kihívásoknak való megfelelés például a rendkívül zajos ipari környezetekben. Bár sok IoT-alkalmazásnál nem használnak külső antennákat, ezek ideálisnak bizonyulnak a bonyolultabb RF környezetekben, ahol sokkal megbízhatóbb kommunikációra van szükség, mint amilyet a vezeték nélküli érzékelők nyújtani tudnának.
Annak ellenére, hogy a wifi, a Bluetooth és a Zigbee nem igazán tud problémamentes kapcsolatot nyújtani nagyobb távolságok esetén, ezek a technológiák az RF csatlakoztatott rendszerekbe való gyors és egyszerű integrálását teszik lehetővé, így tökéletesen alkalmasak arra, hogy segítsenek a kompakt eszközöknek nagy teljesítményű internet- és adatkapcsolatot biztosítani. A Molex például 2,4 GHz-es/5 GHz-es és 900 MHz-es, ultravékony kerámia és LDS/MID IoT-antennák választékát kínálja a hozzájuk tartozó csatlakozók mellett. A Molex teljes RF-megoldásokat is ajánl a nagyfrekvenciás teljesítményhez, miközben a jelintegritás a legnagyobb kihívást jelentő környezetekben is kimagasló marad. A Molex ultra-mikrominiatűr (mindössze 1,8 mm-es profilú) és nagyobb formátumban is elérhető koaxiális csatlakozói és kábelszerelvényei a frekvencia széles tartományában működőképesek – DC-től 65 GHz-ig.

Különféle csatlakozók a különböző igényekhez

Természetesen számtalan csatlakozó kínál az IoT-alkalmazásokhoz megfelelő funkciókat, a megfelelő csatlakozó kiválasztása nemcsak a kívánt teljesítményszint biztosítása, hanem az IoT-csomópontok és -érzékelők méretének abszolút minimális szinten tartása tekintetében is kritikus fontosságú.

Memóriacsatlakozók

Noha a memória közvetlenül kártyára történő forrasztása minimalizálja az elfoglalt helyet, a rugalmasságot korlátozza. Ezt szem előtt tartva sok mérnök választja a memóriamodulokat, amellyel könnyedén bővíthetik a rendelkezésre álló memóriát, ha további feldolgozásra vagy egyéb lehetőségekre van szükségük. A Molex és a TE Connectivity kiváló megoldásokat kínál erre a problémára a kiszolgálókhoz, illetve tárolási és kommunikációs alkalmazásokhoz szánt memóriacsatlakozóik és egyéni memóriamoduljaik széles választékával – ismételten kielégítve az ügyfelek különféle igényeit.

Board-to-board csatlakozók

Az IoT-rendszerek tervezői gyakran kötik össze a kártyákat, hogy nagyobb rugalmasságot tegyenek lehetővé (mint például különféle érzékelők egy szabványos kommunikációs kártyához csatlakoztatása), a TE Connectivity által gyártott, szabad magasságú board-to-board csatlakozókat pedig éppen olyan alkalmazásokhoz tervezték, ahol a kártyákat párhuzamosan kötik össze. Ezek a méretcsökkentő alkalmazásokhoz ideális, sokoldalú egységek szubminiatűr csatlakozókat használnak, és az összekapcsolási alkalmazások széles köréhez megfelelők.
A szabad magasságú csatlakozók 40 és 440 pozíció közötti pozícióméretet kínálnak 0,5 mm-es, 0,6 mm-es, 0,8 mm-es és 1 mm-es érintkezőtérközzel. A függőleges csatlakozó- és aljzat-házmagasságok különböző kombinációinak párosításával 4–20 mm-es board-to-board csatlakozómagasság érhető el 1 mm-es léptékkel. Amennyiben további helytakarékosság szükséges, a rugalmas board-to-board csatlakozások lehetővé teszik, hogy a kártyát az alkalmazáshoz legjobb pozícióban helyezzék el az eszköz méretének minimalizálása érdekében.
Ugyanakkor a rugalmas kábelcsatlakozók rendkívül magas csatlakozási sűrűséget tudnak biztosítani kis térközmérettel. A kisebb és megbízhatóbb csatlakozások iránti egyre növekvő igénynek eleget téve a Molex az alacsony profilú / magas sűrűségű összekötő-csatlakozók olyan termékcsaládját fejlesztette ki, amelyek térköze 0,2 mm és 2 mm közötti, kétérintkezős kialakításuk pedig növeli a csatlakozás megbízhatóságát.

Molex Fine pitch connectors

Táp- és adatcsatlakozók

Míg néhány vezeték nélküli érzékelő képes akár 20 évig is működni akkumulátorról, számos olyan IoT-alkalmazás van (különösen az ipari dolgok internete [IIoT] területén), ahol az eszközök vezetékes tápellátása kiküszöböli az akkumulátorcserével járó nehézségeket. A vezetékes megoldásnak köszönhetően a tervezők nagyobb teljesítményű processzorokat és perifériákat is használhatnak terveikben.
Ahol a tápellátásra és az adattovábbításra egyszerre van szükség, ott a 2 mm-es csatlakozók számítanak szabványos opciónak – ilyen csatlakozók a Samtec kínálatában is elérhetők. A vállalat osztásaljzatai, csatlakozói, érintkezői és kártyaillesztői alacsony profilú, emelt és nagy sűrűségű kialakítással is kaphatók több kártya összekapcsolásához. Az elérhető opciók közé tartoznak a függőleges és derékszögű/vízszintes tájolású, valamint a furatszerelt, a felületszerelt, a sajtolással illesztett (Press Fit) és a kártyán áthaladó érintkezők.
Ha egy IoT-tervezőmérnök kompaktabb méretet szeretne elérni a hagyományosabb 2 mm-es csatlakozóknál, a TE kínálatában lévő, miniatűr wire-to-board összeköttetési megoldást kínáló, 1,5 mm-es AMP CT-csatlakozókat is használhatja, vagy választhatja a Samtec 1,27 mm-es térközű kártyaillesztő aljzatait és sorkapcsait. Ezek a robusztus, olcsó termékek alacsony profillal, illetve nagy sűrűséggel rendelkeznek, és számos tájolással és érintkezőtípussal kaphatók.

Behatolásbiztos csatlakozók

Mint azt korábban is említettük, egyes alkalmazásoknál olyan IoT-eszközökre van szükség, amelyek ellenállnak a víz vagy a por behatolásának – ez a követelmény könnyen teljesíthető az olyan termékekkel, mint a HARTING ultrakönnyű Han^® iparicsatlakozó-családja. Ezek a termékek tápellátást és adatokat is tudnak továbbítani, így tökéletes választásnak bizonyulnak a fűtő- vagy hűtőegységek, ventilátorok, vezérlőcsatlakozók, világítási rendszerek, meghajtók és rezgő szállítószalagok csatlakoztatásához. Ez a termékcsalád akár IP65-ös védettséget is képes biztosítani a por és a folyadékok ellen a kültéri telepítéseknél.

Harting HAN^®

Konfigurálható csatlakozók

Természetesen az IoT- és IIoT-alkalmazások döntő többségénél a hely mindig kulcsfontosságú tényező. Éppen ezért a normál, azonnal használható, a kelleténél több érintkezőt tartalmazó – és így szükségtelenül több helyet foglaló – termékek használata helyett gyakran érdemes lehet konfigurálható csatlakozókat használni a telepítés pontos igényeinek kiszolgálásához. A Samtec például ezért kínál lehetőséget a tervezőmérnökök számára, hogy – a valódi, egyszerű konfigurálhatóságnak köszönhetően – pontosan olyan csatlakozóopciókat hozzanak létre, amilyenre szükségük van.

A megbízhatóság és a költség kulcsfontosságú

Ugyanakkor az adott alkalmazáshoz legjobban illő csatlakozó kiválasztásakor a legfontosabb kritériumok között van a megbízhatóság és a költség. Ezt szem előtt tartva a TE Connectivity kifejlesztette FASTON gyorscsatlakozó érintkezőinek termékcsaládját, amelyben kis erővel beilleszthető csatlakozók, magas hőmérsékleten használható egységek és alacsony profilú érintkezők találhatók. Ezek a szigetelt és szigetelés nélküli változatban, egyenes és derékszögű konfigurációval, illetve különféle bevonatokkal kapható érintkezők nyomásmentes aljzatokkal és pozitív zárral rendelkeznek az egyszerű telepítés és biztonságos tartás érdekében.

Összegzés

Az egyértelmű, hogy bár számtalan előnye van a vezeték nélküli csatlakoztathatóságnak az IoT-rendszerek tervezésekor és a telepítéskor, a kis energiaigényű, nagy távolságú adatrögzítési és -megosztási képességük révén még mindig jelentős részt képviselnek a piacon a vezetékes csatlakozók, és számos korszerű modult ezeket az alkalmazásokat figyelembe véve terveznek meg.
A piacvezető specialisták hatalmas portfóliót hoztak létre az IoT-alkalmazásokhoz szánt különféle csatlakozómegoldásokból, és ezek mindegyikét biztosítja, illetve támogatja a Farnell a telepítési követelményektől és az egyéni ügyféligényektől függetlenül. Kis méretű, megbízható, nagy teljesítményű, robusztus és akkumulátor nélküli – ezeket az előnyöket kínálják a hardveralapú csatlakoztatási rendszerek, és ezeket kell figyelembe venniük az IoT-tervezőknek, amikor a mai és jövőbeli projektjeiken dolgoznak.

Szerző: Cliff Ortmeyer – a Farnell műszaki marketing globális vezetője

Farnell
Ingyenesen hívható telefonszám:
06 80 016 413
Műszaki támogatás e-mailben: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://hu.farnell.com

még több Farnell