SUUNNITTELIJA-ARTIKKELI Tuotekehityksen nopeuttamiseksi valmistajat tarjoavat  langattomia IoT-yksiköitä, joihin on paketoitu radiolla varustettu mikro-ohjainpiiri ja joukko IoT-laitteissa eniten käytettyjä antureita. Tässä kuuden eri valmistajan IoT-tuoteet. Artikkeli on julkaistu laajempana versiona Uusiteknologia-lehden toukokuun numerossa 1/2018.

Suurin osa tässä esiteltävistä Iot-yksiköistä on tarkoitettu kehitystyön lähtökohdaksi, jolloin tarjontaan tyypillisesti kuuluu laitteen lisäksi ohjelmiston kehityspaketti (SDK, Software Development Kit) ja mobiilisovellus, joka näyttää anturien lukemat.

Muutamat yksiköt taas ovat lähempänä lopullista tuotetta ja voidaan käyttää sellaisenaan eri sovelluksiin. Suomalaisen Suunnon moduuli on vieläkin lähempänä lopputuotetta ja sitä voidaan käyttää lähes sellaisenaan omiin sovelluksiin. Anturipaketteja tarjoavat ensinnäkin mikro-ohjainten valmistajat kuten Nordic Semiconductor, Silicon Labs ja Texas Instruments.

Lisäksi monet riippumattomat valmistajat tarjoavat mainittujen valmistajien piireihin perustuvia paketteja. Suomalaisia valmistajia ovat Suunto, Haltian ja Ruuvi Innovations. Useimmissa anturiyksiköissä langaton yhteys on BLE-pohjainen (Bluetooth Low Energy), mistä johtuen antureita on helppo lukea useimmilla mobiililaitteilla.

Bluetooth ei kuitenkaan sellaisenaan tarjoa nettiyhteyttä, vaan välissä tarvitaan yhdyskäytävä (gateway), esimerkiksi älypuhelin. Sen sijaan WiFi-yhteydellä varustettu yksikkö kuten Texas Instrumentsin CC3200 tarjoaa suoran nettiyhteyden WiFi-reitittimen kautta.

Kuusi erilaista ratkaisua

Käymme tässä artikkelissa läpi lyhyesti muutamia tarjolla olevia IoT-moduuleita, joiden avulla voidaan rakentaa kokonaisia IoT-järjestelmiä.

Pilvipalveluita on tarjolla jo runsaasti ja ainakin osaan moduulitarjontaa on valmiina jo yhteydet oman pilvipalvelun luomiseen.

Myynnissä on myös monia vastaavia kortti- ja moduulituotteita. Myös jakelijat kuten Avnet ja Arrow ovat tehneet omia IoT-kehityskortteja.

Myös pienemmät sulautettujen tuotteiden valmistajat ovat tarjoamassa tuotteitaan. Niihin voi tutustua tarkemmin nettipankin linkkien kautta. Joitakin muitakin moduuleja löytyy Uusiteknologia.fi:n tuoteuutishaun ja julkaistujen Uusiteknologia-lehtien kautta.

Jos tiedät uuden kätevän integroidun anturi-IoT-moduulin tai korttituotteet laita toimitukseen sähköpostia niin lisäämme ehdotuksesi linkkipankin osoitteistoon.

Texas Instrumentsin SensorTag

Texas Instrumentsin SensorTag-perheessä on kolme anturipakettia, joissa kaikissa on samat anturit, mutta eri mikro-ohjain ja sen myötä erilainen langaton yhteys.

TI:n CC2650 on ARM Cortex-M3-pohjainen moniprotokollapiiri, joka voi toimia Bluetooth, Thread ja ZigBee-verkoissa. CC3200 taas toimii WiFi-verkossa ja pohjautuu ARM Cortex-M4-piiriin.

Kolmas piiri CC1350 on Bluetooth-piiri mutta voi myös toteuttaa käyttäjän omia langattomia protokollia 868 megahertsin taajuusalueella. Tässä piirissä mikro-ohjain on ARM Cortex-M3.

RuuviTag

Suomalainen RuuviTag on monessa suhteessa ”erilainen” tuote, joka on sataprosenttisesti avoin eli open source, sekä laitteiston että ohjelmiston suhteen.

Piirilevy on suunniteltu KiCad-työkalulla, joka sekin on kenen tahansa vapaasti käytettävissä. Piirilevytiedostot ja ohjelmiston lähdekoodi ovat ladattavissa GitHub-sivustolta.

RuuviTag-yksikkö perustuu Nordic Semiconductorin nRF52832-piiriin, jossa on samalla sirulla Bluetooth-radio ja mikro-ohjain ARM Cortex-M4.

RuuviTag-yksikkö soveltuu sellaisenaan moneen sovellukseen ja kestää ankariakin olosuhteita vesitiiviin kotelonsa ansiosta. Vakio-ohjelmistolla RuuviTag toimii Bluetooth-majakkana eli lähettää anturitiedot lähellä oleviin älypuhelimiin ja muihin mobiililaitteisiin ilman edeltävää pariutumista.

Omien Ruuvitag-pohjaisten laiteratkaisujen kehittämiseen on saatavilla paketti (kuvassa), johon sisältyy Nordic Semiconductorin normaali kehityskortti nRF52832-piirille. Pakettiin kuuluu myös Nordicin päälle asetettava lisä- tai välikortti, jonka päälle voi asettaa varsinaisen Ruuvitag-yksikön.

Nordicin kehityskortissa on mekaanisesti Arduino-yhteensopivat liittimet lisäkortteja varten. Välikorttia voisi siis myös ainakin teoriassa käyttää monien erilaisten Arduino-lisäkorttien kanssa.

Välikortissa on jousikuormitetut kosketinpiikit, joiden kautta muodostuu ilman juotostöitä yhteys Ruuvitagin signaaleihin. Näin Ruuvitag-yksikköön on helppo liittää erilaisia ulkoisia viritelmiä ilman vaaraa yksikön vaurioitumisesta.

Suunto Movesense

Suunto käyttää omissa laitteissaan paljon antureita, mutta tarjoaa lisäksi Movesense-nimistä yksikköä, jossa on Nordic Semiconductorin nRF52832-piiri, liikeanturit (kiihtyvyys, gyro ja kompassi) sekä lämpötila-anturi. Kuten nimestäkin voi päätellä laitteen päätarkoitus on liiketilojen mittaaminen.

Esimerkiksi Pohjola Sairaala on ensimmäisenä Suomessa kehittänyt Movesense-yksikköön perustuvan Älykipsi-mobiilisovelluksen, joka auttaa potilasta toteuttamaan fysioterapeutin kanssa suunniteltua kuntoutusohjelmaa, neuvoo sopivan harjoitustason löytämisessä ja auttaa välttämään ylirasitusta.

Movesense-laite kiinnitetään potilaan kipsiin, lastaan tai kantositeeseen, jossa se kerää tietoja potilaan liikkeistä. Sovellus analysoi tietoja ja ohjaa potilasta noudattamaan kuntoutusohjelmaa.

Movesense-sovellusten kehittämiseen Suunto tarjoaa ohjelmistokehityspakettia, johon sisältyy ohjelmakirjastot anturidatan käsittelyyn sekä iOS- ja Android-sovellusten kehittämiseen. Mukana on myös paljon esimerkkisovelluksia.

Nordic Thingy:52

Thingy:52 on Nordic Semiconductorin kehityskortti anturisovelluksia varten IoT-ympäristössä. Kortti luonnollisesti pohjautuu Nordicin nRF52832-piiriin kuten monen muunkin anturipakettien valmistajien tuotteet.

Thingy:52 on anturien suhteen parhaiten varustettu yksikkö. Tavanomaisten, liikettä, magneettikenttä, ilmanpainetta, lämpötilaa ja kosteutta mittaavien antureiden lisäksi Thingy-yksikössä on MEMS-mikrofoni ja anturit ilmassa olevien kaasujen mittaamiseen (hiilidioksidi sekä erilaiset haihtuvat orgaaniset yhdisteet kuten liuotinaineiden höyryt).

Haltian ThingSee One

Oulussa toimiva Haltian on kehittänyt Thingsee-nimisen tuoteperheen, joka koostuu kolmesta erilaisesta anturista ja yhdyskäytävä- eli gateway-laitteesta. Thingsee Distance on nimensä mukaisesti anturi, joka mittaa etäisyyksiä valopulssin kulkuajan perusteella.

Thingsee Presence taas havaitsee ihmisen läsnäolon infrapunasäteilyyn perustuen. Kolmas yksikkö, Thingsee POD 2, sisältää useita erilaisia, ympäristön tilaa mittaavia antureita: lämpötila, kosteus, ilmanpaine, ympäristön valaistus, magneettikenttä ja kiihtyvyysanturi.

Anturit muodostavat langattoman verkon, joka pohjautuu suomalaisen Wirepasin kehittämään mesh-protokollaan. Myöhemmin käytettävissä on myös Bluetooth Mesh-verkko.

Gateway-laitteen kautta anturien tiedot voidaan siirtää yleiseen nettiin. Nykyisessä tuotantolaitteessa on 2G-yhteys, kun taas äskettäin julkistetussa uudessa gateway-laitteessa on NB-IoT-yhteys.

Gateway-laite ja erilliset anturit ovat eräänlainen rakennussarja, josta voi nopeasti rakentaa monenlaisia kokoonpanoja eri sovelluksiin.

Tarjolla on myös Thingsee One-laite, jossa gateway-toiminto ja joukko antureita on laitettu yhteen pakettiin. Tällä pääsee vieläkin nopeammin alkuun ilman lagattoman anturiverkon konfigurointia.

Bosch XDK ja anturit

Saksalainen Bosch Sensortec on koonnut anturivalikoimistaan XDK-nimisen kokeilu- ja kehityspaketin (Cross Domain Development Kit). Siinä toimintoja ohjaa ARM Cortex-M3-mikro-ohjain. Langattomia liitäntöjä on kaksi, Bluetooth LE ja WiFi ja tietojen siirto esimerkiksi pilveen onnistuu siten ilman erillistä gateway-yksikköä.

XDK on varustettu Boschin valmistamilla antureilla, joilla voi mitata ympäristön lämpötilaa, kosteutta, ilmanpainetta, valoisuutta ja ääniä. Liikkeen mittaamista varten laitteessa on kolmiakseliset lineaarisen kiihtyvyyden anturi, gyroskooppi ja magneettikentän voimakkuutta mittaava anturi.

XDK-laitteessa on sisäinen 560 milliampeeritunnin litiumakku, joka latautuu USB-liitännän kautta.  Sovellusten toteuttamista varten tarjolla on maksuton, Eclipse-pohjainen ohjelmiston kehitystyökalu XDK Workbench, jonka mukana tulee runsaasti esimerkkejä ja ohjelmakirjastoja.

TAUSTAA: Artikkelin kirjoittaja Krister Wikström on kokenut elektroniikkasuunnittelija, joka on erikoistunut sulautettuihin järjestelmiin, anturiverkkoihin ja teollisen internetin sovelluksiin. Hän on aktiivinen kirjoittaja ja kouluttaja.

LISÄÄ: Artikkeli on julkaistu laajempana versiona Uusiteknologia.fi 1/2018 toukokuun numerossa (LINKKI). Linkit artikkelissa mainittuihin yrityksiin (LINKKI).

Kuvat: Laitevalmistajat