Lors de la création d'applications de capteurs distribués alimentés par batterie qui reposent sur la transmission longue distance de petites quantités de données, trois exigences fondamentales doivent être remplies : des composants à très faible consommation, la fiabilité dans des environnements non contrôlés et une architecture relativement simple et évolutive. Cela fait de LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) un choix idéal pour des scénarios tels que les bâtiments intelligents, les environnements de campus, la vente au détail et la surveillance industrielle.
Les applications LoRaWAN ont des portées de transmission de plusieurs kilomètres, une durée de vie de la batterie de plusieurs années et des avantages en termes de rentabilité. La communication LoRaWAN peut couvrir les fermes ou les usines via une passerelle unique sans avoir besoin d'un routage de réseau cellulaire, Wi-Fi ou maillé.
En 2015, avec le soutien de l'Alliance LoRa, LoRaWAN a été officiellement créé en tant que couche MAC et architecture réseau ouvertes. Il s'agit d'un protocole et d'une architecture de réseau sans fil ouverts à faible consommation qui surpassent les solutions alternatives telles que l'IoT cellulaire, le Wi-Fi, le BLE, Zigbee, Thread et les radios propriétaires sub GHz en termes d'évolutivité, de simplicité et d'interopérabilité.
L'alliance de collaboration entre Digi et SparkFun devrait accélérer le processus depuis la conception conceptuelle jusqu'au déploiement réel. L'alliance intègre la plate-forme IoT X-ON Edge de Digi dans le cloud avec le matériel SparkFun, ainsi que les microcontrôleurs Raspberry Pi.
Plus précisément, les concepteurs peuvent utiliser la carte de développement SparkFun 26060 IoT Node (Figure 1), qui intègre des modules émetteurs-récepteurs sans fil Digi XBee LR et un puissant Raspberry Pi 2350A.
Figure 1 : Le nœud IoT SparkFun 26060 est équipé d'un émetteur-récepteur Digi XBee intégré, qui permet la connexion à la plate-forme cloud Digi X-On. (Source de l'image : SparkFun)
Ce module est automatiquement connecté à la plateforme IoT cloud Digi X-ON via la passerelle Digi HX15 LoRaWAN (Figure 2). Cette passerelle peut être achetée séparément ou fournie dans le cadre du kit SparkFun 27213 Digi X-ON (version nord-américaine).
Figure 2 : La passerelle HX15 de Digi fournit une interface de données pour les capteurs LoRaWAN et peut être connectée à la plate-forme cloud Digi X-ON via Ethernet ou un réseau LTE en option. (Source de l'image : Digi International)
L'écosystème SparkFun Qwiic Connect simplifie considérablement le processus d'extension matérielle grâce à sa bibliothèque en constante expansion de plus de 100 capteurs, actionneurs et écrans plug and play. Tous les composants du système sont interconnectés via une interface universelle I²C et des connecteurs JST standardisés à 4 broches. Le nœud IoT de SparkFun est livré avec un micrologiciel pré-compilé qui détecte automatiquement les capteurs SparkFun Qwiic connectés et diffuse les données via LoRaWAN à l'aide du module Digi XBee LR. Ce module est connecté à la passerelle HX15 et transmet les données vers la plateforme cloud Digi X-ON via Ethernet ou LTE en option. Digi X-ON dispose de capacités de transmission cryptées de la passerelle vers le cloud, d'un contrôle d'accès sécurisé des utilisateurs et de capacités de gestion des métadonnées au niveau des appareils.
Pour les concepteurs, il n'est pas nécessaire de configurer des passerelles ou d'enregistrer LoRaWAN. Ils peuvent utiliser la fonction d'accès au capteur sans configuration pour obtenir un flux de données prêt pour le cloud depuis les nœuds vers le cloud, sans avoir besoin de configuration utilisateur, d'encodage ou de paramètres de proxy MQTT tout au long du processus. Cela permet de réaliser rapidement un prototypage, une validation de concept ou un déploiement presque sans (si nécessaire) recourir à l'expertise en technologie LoRa ou cloud.
Les concepteurs peuvent affiner les taux d'échantillonnage, ajouter la prise en charge de davantage de capteurs Qwiic ou ajuster les formats de charge utile sans repartir de zéro. La plate-forme Digi X-ON fournit une vue centralisée de tous les nœuds déployés, suivi de la durée d'exécution, de la durée de vie de la batterie, de la qualité du signal et de l'historique des connexions - autant d'indicateurs clés pour le dépannage et l'optimisation des réseaux de capteurs distribués.
Flexibilité du flux de travail
Le RP2350 offre une flexibilité de flux de travail unique aux concepteurs de produits, prenant en charge le développement d'applications basées sur Arduino, MicroPython et C/C++ (à l'aide du SDK Pico). En raison de sa compatibilité avec les trois environnements de développement, SparkFun IoT Node offre aux concepteurs un large choix et une grande flexibilité, permettant aux flux de travail de correspondre à leurs compétences professionnelles - du script glisser-déposer en Python au développement de code C optimisé utilisant l'accélération matérielle.
Les concepteurs peuvent développer rapidement des prototypes d'application dans MicroPython, tester des capteurs compatibles Qwiic dans des environnements en temps réel ou ajuster les intervalles d'échantillonnage. Au fur et à mesure que le projet progresse, ils peuvent passer en toute transparence aux environnements Arduino ou C++ pur pour optimiser la consommation d'énergie, l'utilisation de la mémoire ou les performances d'E/S. SparkFun propose également des images MicroPython précompilées personnalisées spécifiquement pour ses modules IoT.
Une fois que les appareils IoT commenceront à envoyer des données, X-ON fournira un tableau de bord pour surveiller les lectures des capteurs, vérifier l'état de l'appareil et même envoyer à distance des mises à jour du micrologiciel. Les concepteurs de produits peuvent améliorer continuellement leurs conceptions sans contact réel avec l'équipement.
Cette solution collaborative constitue une solution idéale pour les tests d'applications sur site ou la mise à l'échelle de projets pilotes de systèmes de capteurs distribués alimentés par batterie. La conception renforcée de la passerelle HX15, l'architecture cloud sécurisée de Digi X-ON et la pile de micrologiciels configurés automatiquement peuvent tous réduire les difficultés de mise en œuvre du déploiement en laboratoire au déploiement sur site. Les concepteurs peuvent mener des projets pilotes d'application basés sur des données réelles de capteurs dans des environnements réels, puis simplement répliquer les configurations de nœuds et de passerelles pour atteindre l'évolutivité sans avoir besoin de développement de micrologiciel ou d'intégration dans le cloud.
Le module IoT de SparkFun basé sur RP2350, la plateforme X-ON de Digi et l'écosystème flexible de microcontrôleurs de Raspberry Pi offrent un chemin simplifié unique du prototype au déploiement. Qu'il s'agisse de tester de nouveaux capteurs, de vérifier la portée de transmission LoRaWAN ou d'optimiser la consommation d'énergie, cette combinaison peut prendre en charge l'exploration expérimentale tout en répondant aux exigences rigoureuses de conception prête pour la production.
En utilisant du matériel ouvert et des connexions standardisées, les concepteurs peuvent garantir que leurs projets IoT ont une bonne adaptabilité et durabilité pendant le processus de développement. À mesure que les exigences du projet évoluent, les applications construites sur cette plate-forme peuvent également conserver une portabilité et une flexibilité accrues.