6. Az E-IoT koncepció hardver- és szoftverelemei

Cikksorozatunk korábbi részeiben részletesen bemutattuk az Endrich IoT koncepciójának hardverelemeit és az azok által használt korszerű technológiákat, mint például a napjainkban használatos LPWA hálózatot megvalósító NB-IoT vagy LTE-M szolgáltatásokat. Beszéltünk a mikrokontrollerek területén az ARM és a RISC-V alkalmazásáról, illetve lokális szenzorhálózati megoldásunkról a Neo.Cortec Mesh hálózatról. Jelen írásunkban szeretnénk összefoglalni a teljes koncepciót mind hardveres, mind pedig szoftveres oldalról bemutatva azokat az eszközöket, amelyekhez az IoT területén tevékenykedő mérnök­kollégák hozzáférhetnek.

Az E-IoT hardvercsalád felépítése

A teljes család alapkoncepciója a 2020-as Ipar Napjai Nagydíj nyertes RISC-V-alapú ipari adatgyűjtő számítógép az E-IoT Board v052 köré szerveződik. Ennek az eszköznek a megszületésekor a legfontosabb szempont egy olyan ipari egylapos számítógép kifejlesztése volt, amely önmagában képes különféle környezeti paraméterek érzékelésére, mikrovezérlője segítségével az alkalmazott szenzorok adatainak a feldolgozására, és az elérhető LPWA (NB-IoT/ LTE-M) vagy ezek hiányában a GSM 2G hálózatán keresztül az Endrich IoT felhőjébe juttatására. Mindezt úgy, hogy a beépített elektronikai alkatrészek jelentős része a saját beszállítóink termékei közül kerüljenek ki, azaz az E-IoT Board legyen alkalmas egy mérnöki kiértékelőkészlet szerepét is ellátni az alkatrész-értékesítés támogatására.

1. ábra Az E-IoT hardvercsalád felépítése

Értékesítő mérnökkollégáink ma egyetlen eszköz bemutatásával sikeresen képesek demonstrálni hét különböző szenzor, valamint antennák, DC/DC átalakítók, MEMS oszcillátorok működését, nincs szükség külön GigDevice GD32 RISC-V és Fibocom MA510 kiértékelőkészletet telepíteni. Partnereink sokkal kedvezőbb feltételekkel juthatnak egy szélesebb feladatkörre is alkalmazható kombinált tesztpanelhez. A https://E-IoT.info tudásbázis portálon ráadásul ingyenesen közzétettük a kisszámítógép teljes hardverleírását és az alkalmazható (szabad felhasználású) szoftverekből álló eszközkészletet, továbbá a vonatkozó mintakódokat is. További kiértékelőkészletként forgalomba került az Endrich által tervezett és értékesített CE-RED tanúsítvánnyal rendelkező 3BIG-MOD LPWA modem tesztelésére alkalmas komplett demócsomag is. Az E-IoT alapkoncepció hármas feladatkörrel bír, első az imént említett alkatrész-értékesítés támogatására szolgáló kiértékelő­eszközként való használat, azonban a fejlesztés igazi célja a további két szegmens. Az E-IoT alkalmas arra, hogy tetszőleges hagyományos eszközöket „okos” eszközzé alakítson „retrofit” módon, a hardver megfelelő illesztése útján az eredeti eszközbe – a funkciók változatlanul hagyása mellett – egy IoT számítógép került beépítésre. A jól megválasztott külső vagy fedélzeti szenzorok alkalmassá teszik a hagyományos készüléket arra, hogy észlelt működési paramétereit (vagy az esetleges anomáliákat) folyamatosan a felhőbe juttassa, kétirányú adatkapcsolat esetén (pl. MQTT protokoll alkalmazásakor) onnan parancsokat kapjon. Az idei vásárokban, kiállításokon számos ilyen „okosított” eszközt mutattunk be, ilyen volt az okosutcalámpa, amely a fényerő és a hőmérsékleti viszonyok érzékelése mellett esetlegesen fellépő vibráció vagy hanghatások detektálására is képes. Másik példa az okoshűtőszekrény-koncepció, amely nemcsak a belső és külső hőmérsékletet figyeli és naplózza, hanem az ajtónyitások számát és azok időtartamát is. Sokkal bonyolultabb és összetetteb feladatot lát el az E-IoT koncepció a testvér­cégünk, az euroLighting GmbH által forgalmazott UVC lég­szűrőkben való alkalmazásakor, hiszen a működési paraméterek folyamatos naplózásával a megelőző karbantartás (javítás, illetve kopó-fogyó alkatrészek cseréjének szükségessége) támogatása mellett felhasználói kényelmi funkciót, nevezetesen légminőség-figyelést is megvalósít. Ez a termékváltozat előrevetíti az E-IoT harmadik, számunkra legfontosabb célját is, kiértékelő platformot biztosít saját IoT-alapú termékfejlesztésre is. Az E-IoT Board és a hozzá illesztett külső szenzorok segítségével a majdan megvalósítani kívánt termék „deszkamodellje” készíthető el, amellyel a kipróbálás, tesztelés és akár a teljes szoftverfejlesztés azonnal elvégezhető, ezáltal idő nyerhető a méretben és funkcionalitásban optimalizált végtermék létrehozásához. Mi magunk is számos ilyen származtatott PoC (proof of concept) koncepcionális vagy végterméket készítettünk. Ilyen volt a már fent említett UVC légtisztítókhoz fejlesztett – azóta díjnyertes – telemetriai eszköz, illetve az ennek továbbfejlesztéseként készült – a cikksorozat előző részében részletesen bemutatott – MESH vezetéknélküli szenzorokat is illeszteni képes „Smart Board”. A vezetékmentes szenzorok a szub-gigahertz tartományban működő Neo.Mesh protokollt használva ipari környezetben is gond nélkül el tudják juttatni adataikat a Smart Boardhoz, ami pedig Neo.Mesh-LPWA gateway-ként funkcionál és gondoskodik a lokális szenzorhálózat egyes elemei által szolgáltatott adatok felhőbe juttatásáról.
A korábbiakban mutattuk be a másik LPWA gateway-ként működő eszközünket is, a városi levegőminőség monitorozására kifejlesztett cityBox-ot, ami szintén az E-IoT egyik leszármaztatott variánsa. Az elérhető vezetékes perifériák közül kiemelendők az I²C és SPI buszon keresztül illeszthető olcsó egyedi szenzorok, illetve a pmOLED kijelzővel rendelkező „mini monitor” is.
A más MCU platformokon dolgozó mérnökkollégák számára pedig kifejlesztettünk egy olyan szenzor- és kommunikációs pajzscsaládot (ez egy 2in1 megoldás), ami egy Arduino Leonardo vagy Raspberry Pi kompatibilis egylapos számítógépből csinál önálló IoT csomópontot.

Az E-IoT szoftverszolgáltatások

A hardver nem sokat ér szoftveres komponensek nélkül. Teljesen nyilvánvaló, hogy az E-IoT koncepció is komoly szoftver­eszközkészletet vonultat fel. Az első csoportja ezen szolgáltatásoknak a beágyazott szoftverek rétege, ezek a C/C++ nyelven íródott firmware-változatok ARM / RISC-V-alapú mikrokontrollerek számára készültek. Az E-IoT Board-hoz tartozó UDP és MQTT kommunikációra, emberi és gépi olvasásra alkalmas változatok forráskódja és mintakódjai részletes magyarázatokkal ellátva szabadon elérhetők. Az E-IoT eddig tárgyalt hardverelemei a GigaDevice GD32 (ARM és RISC-V), a Microchip SAMD21 és SAMD51, illetve az RP2040 MCU-családokra épülnek, így ebben a szoftverrétegben is az ezekhez tartozó firmware-változatok találhatók meg.
A következő fontos szolgáltatáscsomag a webes alapú Endrich Cloud Database, amelyet egy Linux operációs rendszer alatt futó Apache Web Szerver szolgáltat MySQL relációs adatbázissal kombinálva. Itt valósul meg az ECDB felhasználó adminisztrációja és az engedélyezett eszközöket is itt lehet menedzselni. 7/24-ben futó UDP portfigyelő szolgáltatás és a közeljövőben induló MQTT-bróker biztosítja, hogy ne maradjon el egyik okosszenzorról érkező adathalmaz regisztrálása és DB-be mentése sem. Az eszközmenedzsmenthez webalapú adminisztrációs portál áll rendelkezésre, ahol a hozzáféréssel rendelkező partnereink szabadon regisztrálhatják saját E-IoT vagy egyéb IoT eszközeiket is.

2. ábra Az E-IoT szoftveres eszközkészlete

A felhőalapú adatbázis egyszerre gondoskodik az adminisztrációs feladatokról, teszi lehetővé a szenzorok adatainak letöltését, valamint kiszolgálja az Endrich Visualization Gateway szolgáltatást, valamint azt a webalapú grafikus adatmegjelenítést, amely lehetővé teszi hordozható eszközeinken a világ bármely pontján figyelemmel kísérni az eszközeink által szolgáltatott okosszenzoradatokat. Az adminisztrációs réteg felhasználói felülete a webalapú „Admin Tool”. A vizualizációs réteget a fent említett Endrich Visual Gateway és az újonnan fejlesztett Apple eszközökre telepíthető IoS App alkotja.

3. ábra Az E-IoT IoS App felhasználói felülete 

Az applikáció specialitása, hogy nemcsak a szenzoradatok megjelenítésére alkalmas, hanem tartalmazza az Endrich által integrált teljes tudásbázist is. Megtalálhatók az E-IoT-vel kapcsolatos technikai információk, hardver- és szoftverútmutatók, az E-IoT-vel kapcsolatos videók, előadások, TV-szereplések, valamint a cikk szerzőjének korábbi írásai is gyűjteményes formában.
Adatokat azonban nemcsak egyszerű vizuális megjelenítés útján dolgozhat fel a felhasználó, hanem saját eszközeire vonatkoztatva azok nyers adataihoz is hozzáférhet (adatelérési réteg). Teheti ezt az Admin Tool-on keresztül, ahol Excel formátumban nyerhető ki az adat, de lekérdezhetők az értékek valós időben a vadonatúj E-IoT Sensor API-n keresztül is. Ilyenkor egy speciális webhívásra van szükség, amely során paraméterként az eszköz IMEI számát és a lekérdezés időintervallumát megadva a szenzorok mérései JSON formátumban érkeznek meg. Ez utóbbi módszerrel a partnereink az Endrich felhőben tárolt adataikat saját rendszerükben képesek valós időben feldolgozni.
Reméljük, hogy cikksorozatunkkal kicsit részletesebb képet tudtunk adni az Ipar 4.0, az IoT és az AI világában kevésbé jártas kollégák számára is, nekünk ez az utazás alkatrész-disztribútorként és újdonsült termékfejlesztőként nagyon izgalmas. Szerencsére a nemzetközi mérnöktársadalom is jól fogadja az E-IoT platformot, a korábban már említett magyar díjak és a Német Innovációs Nagydíj elnyerése után most a plovdivi Nemzetközi Technikai Vásár aranyérmét is odaítélte a zsűri az Endrichnek. Nyugat-európai porondon a párizsi SIDO és a müncheni Electronica kiállításokon találkozhatnak a termékeinkkel, a társkonferenciákon pedig előadóként is ezekről fogok beszélni. Magyarországon az idén utoljára a Telkiben novemberben megrendezésre kerülő TECHFerence konferencián lesz szó az E-IoT-ról.

Szerző: Kiss Zoltán, Export Igazgató – Head of R&D – Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH

Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH
Sales Office Budapest
1191 Budapest, Corvin krt. 7–13.
Tel.: + 36 1 297 4191
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.endrich.com