สาเหตุและวิธีการเริ่มต้นโครงการ IoT แบบเซลลูลาร์โดยใช้บอร์ดพัฒนา IoT ของ Microchip

Internet of Things (IoT) แบบเซลลูลาร์เป็นเทคโนโลยีเครือข่ายบริเวณกว้างที่ใช้พลังงานต่ำ (LPWAN) นำเสนอแนวทางที่ชัดเจนและได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็น IoT ที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานต่าง ๆ ตั้งแต่สมาร์ทซิตี้ไปจนถึงการเกษตร และการตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐานระยะไกล อย่างไรก็ตาม IoT แบบเซลลูลาร์เป็นเทคโนโลยีที่ซับซ้อน ซึ่งสร้างความกังวลให้กับนักออกแบบที่ไม่มีประสบการณ์ในการเริ่มต้นโครงการ

อย่างไรก็ตามสามารถลดความท้าทายในการออกแบบ IoT แบบเซลลูลาร์นั้นลงได้ด้วยเริ่มโครงการโดยใช้บอร์ดพัฒนาเซลลูลาร์ที่มีไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับใช้งานทั่วไป (MCU) ที่คุ้นเคยและสภาพแวดล้อมการออกแบบแบบบูรณาการ (IDE) โดยสำรองข้อมูลด้วยไลบรารีของซอฟต์แวร์โอเพนซอร์สและการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อย่างง่าย บอร์ดพัฒนาเหล่านี้ช่วยให้ผู้ออกแบบเริ่มต้นโครงการ IoT แบบเซลลูลาร์ได้ง่ายขึ้น ตั้งแต่เลย์เอาต์ของฮาร์ดแวร์ไปจนถึงการส่งข้อมูลไปยังคลาวด์

บทความนี้จะสรุปประโยชน์ของ IoT แบบเซลลูลาร์ ก่อนที่จะอธิบายความซับซ้อนในการออกแบบที่สามารถนำเทคโนโลยีมาใช้งานได้ และบทความนี้จะอธิบายว่าการใช้บอร์ดพัฒนา IoT ของเซลลูลาร์สามารถช่วยลดความซับซ้อนนี้ได้มากเพียงใด สุดท้ายนี้ บทความจะอธิบายวิธีตั้งค่าบอร์ดพัฒนาของ Microchip Technology เพื่อส่งข้อมูลสีและอุณหภูมิอย่างง่ายไปยังคลาวด์

IoT แบบเซลลูลาร์คืออะไร

IoT แบบเซลลูลาร์ใช้เทคโนโลยีเซลลูลาร์ที่ใช้พลังงานต่ำเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ IoT ปลายทาง (เช่น เซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์) กับคลาวด์ ซึ่งเทคโนโลยีดังกล่าวเป็นเทคโนโลยี LPWAN ที่มีระยะรับส่งข้อมูลหลายกิโลเมตร รองรับอุปกรณ์ปลายทางที่มีความหนาแน่นสูงและปริมาณงานต่ำ

นอกจากนั้นยังมีเทคโนโลยี LPWAN อื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง LoRaWAN (ดู “เร่งความเร็วโครงการ IoT แบบ LoRaWAN ด้วยชุดเริ่มต้นจากต้นทางถึงปลายทาง”) และ IoT แบบเซลลูลาร์ของ Sigfox มีข้อดีที่สำคัญบางประการ ได้แก่:

• สามารถใช้งานได้ในอนาคต: ตามมาตรฐาน ข้อกำหนดสำหรับ IoT แบบเซลลูลาร์นั้นอยู่ระหว่างการตรวจสอบและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง
• สามารถปรับขนาดได้: IoT แบบเซลลูลาร์รองรับการปรับใช้ IoT อย่างรวดเร็วผ่านสถาปัตยกรรมเซลลูลาร์ที่จัดตั้งขึ้น
• คุณภาพของการบริการ (QoS) : IoT แบบเซลลูลาร์มีความน่าเชื่อถือสูง เนื่องจากใช้โครงสร้างพื้นฐานที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและพัฒนาอย่างเต็มที่ในการใช้งานเชิงพาณิชย์ที่มีปริมาณมาก
• ความสามารถในการทำงานร่วมกันของ IP : อุปกรณ์ปลายทางสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับคลาวด์โดยไม่ต้องใช้เกตเวย์ที่มีราคาแพงและซับซ้อน

นักออกแบบจำเป็นต้องคำนึงถึงค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนข้อมูลอย่างต่อเนื่องเมื่อใช้งาน IoT แบบเซลลูลาร์ ซึ่งไม่ใช่กรณีที่มีเทคโนโลยีที่แข่งขันกันเช่น LoRaWAN ซึ่งใช้คลื่นความถี่ที่ไม่มีใบอนุญาต อย่างไรก็ตาม ต้นทุนข้อมูล IoT แบบเซลลูลาร์มีแนวโน้มลดลงเนื่องจากแรงกดดันจากการแข่งขันและการใช้ Edge Computing ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยลดปริมาณข้อมูลทั่วไปที่ส่งผ่านเครือข่าย

IoT แบบเซลลูลาร์อยู่ภายใต้มาตรฐานโทรคมนาคมที่ควบคุมและปรับปรุงโดยโครงการ Third Generation Partnership Project (3GPP) มาตรฐาน 3GPP ฉบับที่ 13 ได้เพิ่มหมวดหมู่โมเด็ม Machine to Machine (M2M) เพื่อให้สามารถใช้โมเด็มต้นทุนต่ำ พลังงานต่ำ และทรูพุตต่ำซึ่งเหมาะสำหรับการเชื่อมต่อ IoT มาตรฐานเพิ่มเติมฉบับอื่น ๆ จะมีการปรับปรุงเพิ่มเติมสำหรับโมเด็ม IoT เหล่านี้

เซ็นเซอร์ไร้สายที่ติดตั้งโมเด็ม IoT แบบเซลลูลาร์สามารถส่งข้อมูลข้ามหลายกิโลเมตรไปยังคลาวด์โดยไม่จำเป็นต้องใช้เกตเวย์ที่มีราคาแพงและซับซ้อน พร้อมด้วยความปลอดภัยและ QoS ที่ระบบเซลลูลาร์เป็นที่รู้จัก

ความแตกต่างระหว่าง LTE-M และ NB-IoT

IoT แบบเซลลูลาร์มีสองรูปแบบ ได้แก่ LTE หมวดหมู่ M1 (LTE-M) และ IoT แบนด์แคบ (NB-IoT) ทั้งสองประเภทได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้กับอุปกรณ์ที่มีข้อจำกัดด้านทรัพยากร ซึ่งมักใช้แบตเตอรี่ซึ่งเป็นเรื่องปกติของ IoT และ Industrial IoT (IIoT) เนื่องจากโมเด็ม IoT เชื่อมต่อกับโครงสร้างพื้นฐานของเซลลูลาร์ที่สร้างขึ้น แต่ละตัวจึงต้องการโมดูลสำหรับบันทึกเลขประจำตัวสำหรับผู้ใช้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ (SIM) ของตัวเอง

LTE-M ใช้เทคโนโลยี LTE (“4G”) แบบแยกส่วน รองรับการสื่อสารที่ปลอดภัย ความครอบคลุมอย่างกว้างขวาง และสมรรถนะของระบบสูง ความสามารถในการทำงานเป็นระบบฟูลดูเพล็กซ์บนแบนด์วิดท์ที่ค่อนข้างกว้าง (1.4 เมกะเฮิรตซ์ (MHz)) เวลาแฝงและทรูพุตดีขึ้นเมื่อเทียบกับ NB-IoT ปริมาณการรับส่งข้อมูลดิบเท่ากับ 300 กิโลบิตต่อวินาที (Kbits/s) ที่ดาวน์ลิงก์และอัปลิงก์ที่ 375 กิโลบิตต่อวินาที เทคโนโลยีนี้เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อ IP แบบ End to end ที่ปลอดภัย และมีความคล่องตัวจากเทคนิคการส่งต่อ LTE ซึ่ง LTE-M เหมาะสำหรับการใช้งานแบบเคลื่อนที่ เช่น การติดตามทรัพย์สินหรือการดูแลสุขภาพ

NB-IoT ได้รับการออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพในการใช้พลังงานเป็นหลักและเพื่อการทะลุผ่านในอาคารที่ดีขึ้น รวมถึงพื้นที่ที่ไม่เป็นมิตรกับคลื่นความถี่วิทยุอื่น ๆ ซึ่งแตกต่างจาก LTE-M ตรงที่ NB-IoT ไม่ได้ขึ้นอยู่กับชั้นทางกายภาพของ LTE (PHY) ความซับซ้อนของโมเด็มนั้นน้อยกว่าอุปกรณ์ LTE-M เนื่องจาก NB-IoT ใช้แบนด์วิดท์ 200 กิโลเฮิรตซ์ (kHz) แม้ว่าอัตราการส่งข้อมูลดิบจะอยู่ระดับกลางที่ 60/30 Kbits/s แต่ช่วงการส่งข้อมูลจะดีกว่า LTE-M ซึ่ง NB-IoT เหมาะสมกับการใช้งานแบบคงที่ เช่น เครื่องวัดอัจฉริยะที่อาจปิดบังด้วยผนัง

โมเด็ม IoT แบบเซลลูลาร์เชิงพาณิชย์

โมเด็ม LTE-M/NB-IoT เชิงพาณิชย์นั้นมีนำมาใช้งานโดยทั่วไปแล้ว ตัวอย่างหนึ่งคือโมดูล Monarch 2 GM02S จาก Sequans อุปกรณ์นี้รองรับฟรอนต์เอนด์ RF ของหน่วยเก็บสต็อค (SKU) เดียว ซึ่งเหมาะสำหรับย่านความถี่ LTE 20 ย่านทั่วโลก อยู่ในโมดูล LGA ขนาดกะทัดรัดที่ 16.3 x 17 x 1.85 มิลลิเมตร (มม.) โมดูลตรงตามข้อกำหนดของ 3GPP ฉบับ 14/15 ขับเคลื่อนจากแหล่งจ่ายเดียว 2.2 ถึง 5.5 โวลต์ โมเด็มสามารถส่งกำลังสูงสุดที่ +23 เดซิเบลที่ 1 มิลลิวัตต์ (mW) (dBm)

GM02S รองรับ SIM และ eSIM ภายนอก รวมถึง SIM ในภาย รวมอินเทอร์เฟซเสาอากาศ 50 โอห์ม (Ω) อุปกรณ์มาพร้อมกับชุดซอฟต์แวร์ LTE-M/NB-IoT และซอฟต์แวร์ Cloud Connector ของ Sequan เพื่อความสะดวกในการเชื่อมต่อกับแพลตฟอร์มคลาวด์เชิงพาณิชย์ (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: โมเด็ม GM02S LTE-M/NB-IoT ของ Sequans มาในแพ็คเกจขนาดกะทัดรัดและมีซอฟต์แวร์สแต็กที่ครบถ้วน (แหล่งที่มารูปภาพ: Sequans)

ความท้าทายในการออกแบบ IoT แบบเซลลูลาร์

ในขณะที่โมเด็ม GM02S เป็นอุปกรณ์ที่มีการบูรณาการเป็นอย่างมาก ซึ่งมาพร้อมกับซอฟต์แวร์สแต็คและการเชื่อมต่อบนคลาวด์ เช่นเดียวกับโมเด็มเชิงพาณิชย์ทั้งหมด ยังมีงานพัฒนาอีกมากที่จำเป็นต้องมีก่อนที่ IoT จะส่งข้อมูลระยะทางหลายกิโลเมตรไปยังคลาวด์ได้อย่างราบรื่น

โมเด็มได้รับการออกแบบมาเฉพาะเพื่อดูแลการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ปลายทางกับสถานีฐาน จำเป็นต้องมีการควบคุมดูแลและตัวประมวลผลแอปพลิเคชันแยกต่างหากเพื่อควบคุมโมเด็มในขณะที่ใช้งานแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์เซ็นเซอร์ด้วย นอกจากนี้ ผู้ออกแบบยังต้องพิจารณาวงจรเสาอากาศ แหล่งจ่ายไฟ และการเตรียมอุปกรณ์ปลายทางด้วยซิม เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายเซลล์ได้อย่างราบรื่น (ดู “วิธีใช้เสาอากาศฝังตัวแบบมัลติแบนด์เพื่อประหยัดพื้นที่ ความซับซ้อน และค่าใช้จ่ายในการออกแบบ IoT”)

นอกเหนือจากการออกแบบฮาร์ดแวร์แล้ว ทักษะการเขียนโค้ดบางอย่างจำเป็นสำหรับโมดูลเซลลูลาร์เพื่อเชื่อมต่อกับเครือข่ายและรับ/ส่งข้อมูล หากการออกแบบใช้ MCU ของการใช้งานภายนอก โดยทั่วไปจะสื่อสารกับโมดูลเซลลูลาร์โดยใช้ลิงก์ซีเรียล UART (แม้ว่าจะใช้อินเทอร์เฟซ I/O อื่นๆ ด้วย) คำสั่ง AT ("Attention") เป็นวิธีมาตรฐานในการควบคุมโมเด็มเซลลูลาร์ คำสั่งประกอบด้วยชุดของสตริงข้อความสั้นที่สามารถรวมกันเพื่อสร้างการดำเนินการต่างๆ เช่น การโทรออก วางสาย และเปลี่ยนพารามิเตอร์ของการเชื่อมต่อ

คำสั่ง AT มีสองประเภท: คำสั่งพื้นฐานคือคำสั่งที่ไม่ได้ขึ้นต้นด้วย “+” ตัวอย่าง "D" (โทรออก), "A" (รับสาย), "H" (ตัวควบคุมแบบฮุก) และ "O" (กลับสู่สถานะข้อมูลออนไลน์) คำสั่งเพิ่มเติมคือคำสั่งที่ขึ้นต้นด้วย “+” ตัวอย่างเช่น “+CMGS” (ส่งข้อความ SMS), “+CMGL” (แสดงรายการข้อความ SMS) และ “+CMGR” (อ่านข้อความ SMS) (ดู “ใช้โมดูลเซลลูลาร์เพื่อเชื่อมต่อ Maker Project กับ IoT”)

การพิจารณาด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เหล่านี้ทำให้เกิดความซับซ้อนให้กับ IoT บนมือถือ ซึ่งอาจทำให้ความคืบหน้าช้าลง เนื่องจากนักออกแบบที่มีประสบการณ์น้อย แต่ MCU ของแอปพลิเคชันและผู้ผลิตโมเด็ม IoT สำหรับมือถือได้รวมตัวกันเพื่อเสนอเครื่องมือการออกแบบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี LPWAN ที่สำคัญนี้ได้ง่ายขึ้นมาก

ขจัดความซับซ้อนด้วยบอร์ดพัฒนา IoT

การจัดการกับความท้าทายของการออกแบบ IoT แบบเซลลูลาร์นั้นผ่อนคลายลงอย่างมากโดยอาศัยต้นแบบบนบอร์ดพัฒนาที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ ฮาร์ดแวร์ของบอร์ดพัฒนามักจะประกอบด้วยเสาอากาศ แหล่งพลังงาน ซิมแบบไม่ควบคุมปริมาณการใช้งาน ตัวประมวลผลแอปพลิเคชัน และเครือข่ายปรับแต่งเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพ RF ที่ดี สิ่งนี้ทำให้นักออกแบบสามารถเริ่มต้นฮาร์ดแวร์สำหรับโครงการของพวกเขาและช่วยให้พวกเขาสามารถมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาแอปพลิเคชัน ด้วยทางเลือกที่เหมาะสมของบอร์ดพัฒนา การพัฒนาแอพพลิเคชั่นสามารถทำได้แม้กระทั่งใน IDE ที่คุ้นเคย

ตัวอย่างหนึ่งของบอร์ดพัฒนา IoT สำหรับเซลลูลาร์ที่ได้รับความนิยมคือ บอร์ดพัฒนา EV70N78A AVR-IoT Cellular Mini Development Board จาก Microchip ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ที่ใช้ MCU รุ่น AVR128DB48 ยอดนิยมจาก Microchip และโมดูลเซลลูลาร์ Sequans Monarch 2 GM02S ดังที่กล่าวข้างต้น MCU เป็นอุปกรณ์ 8 บิต 24 MHz มีแฟลช 128 กิโลไบต์ (Kbytes), SRAM 16 Kbytes, EEPROM 512 ไบต์ ในแพ็คเกจ 48 พิน

บอร์ดพัฒนายังรวมองค์ประกอบด้านความปลอดภัย ATECC608B โดยจะใช้ ATECC608B เพื่อรับรองความถูกต้องของฮาร์ดแวร์กับระบบคลาวด์เพื่อระบุตัวตนของบอร์ดแต่ละบอร์ด เมื่อเชื่อมต่อกับเครือข่าย LTE-M หรือ NB-IoT แล้ว

เพื่อให้ง่ายยิ่งขึ้นสำหรับนักออกแบบ บอร์ดพัฒนา Microchip ยังมีซิมการ์ด Truphone ที่พร้อมเปิดใช้งานพร้อมข้อมูล 150 เมกะไบต์ (Mbytes)

บอร์ดพัฒนาประกอบด้วยไฟ LED สำหรับผู้ใช้ 5 ดวง ปุ่ม 2 ปุ่ม คริสตัล 32.768 kHz เซ็นเซอร์สีและอุณหภูมิ ขั้วต่อขอบที่รองรับ Feather ของ Adafruit ขั้วต่อ I²C ของ Qwiic, ดีบักเกอร์ออนบอร์ด, พอร์ต USB, ตัวเลือกการใช้งานแบตเตอรี่หรือพลังงานจากภายนอก และที่ชาร์จแบตเตอรี่ MCP73830 Li-ion/Li-po พร้อมไฟ LED แสดงสถานะการชาร์จ (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: บอร์ดพัฒนา AVR-IoT Cellular Mini Development Board ใช้ AVR128DB48 MCU และมาพร้อมกับซิมการ์ดและข้อมูล 150 เมกะไบต์ (แหล่งที่มารูปภาพ: Microchip Technology)

การเริ่มต้นโครงการ IoT แบบเซลลูลาร์

จุดประสงค์ของ IoT แบบเซลลูลาร์คือการเชื่อมต่ออุปกรณ์ปลายทาง IoT แบบไร้สาย เช่น เซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ เพื่อให้สามารถส่งข้อมูลไปยังคลาวด์ได้เป็นระยะทางหลายกิโลเมตร ในบอร์ดพัฒนาของ Microchip นั้นมี MCU ที่โหลดอิมเมจเฟิร์มแวร์ไว้ล่วงหน้า ซึ่งสร้างแอปพลิเคชันสาธิตที่ช่วยให้ผู้ใช้เชื่อมต่อและส่งข้อมูลจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิและสีออนบอร์ดไปยังแซนด์บ็อกซ์บนคลาวด์ (โฮสต์โดย AWS) ได้อย่างรวดเร็ว

การเตรียมฮาร์ดแวร์ให้พร้อมสำหรับการพัฒนา เป็นเพียงแค่การเปิดใช้งานและใส่ซิมการ์ด ต่อเสาอากาศภายนอกเข้ากับบอร์ด ต่อพอร์ต USB-C ดีบักบนบอร์ดเข้ากับพีซี สแกนรหัส QR ที่ด้านล่างบอร์ดหรือเปิดอุปกรณ์เก็บข้อมูลขนาดใหญ่ และใช้ CLICK-ME.HTM ไปที่หน้าเว็บของชุดอุปกรณ์

เครื่องมือ Microchip IoT Provisioning Tool อยู่ใน Github มอบโซลูชันที่ใช้งานง่ายสำหรับการกำหนดค่า AVR-IoT Cellular Mini ให้กับผู้ให้บริการคลาวด์ที่เลือก การตั้งค่าผู้ให้บริการเครือข่ายไว้ และเลือกย่านความถี่มือถือ (เพื่อให้เฟิร์มแวร์สาธิตแซนด์บ็อกซ์ทำงานได้ ต้องมีการเตรียมใช้งานบอร์ดพัฒนาสำหรับแซนด์บ็อกซ์ AWS Microchip)

เมื่อนักพัฒนาได้รับความมั่นใจกับแอปพลิเคชันสาธิตแล้ว พวกเขาก็สามารถเริ่มสร้างแอปพลิเคชันของตนเองได้โดยใช้การสนับสนุน Arduino IDE ตัวเต็มของบอร์ดพัฒนา การสนับสนุนนี้ขึ้นอยู่กับไลบรารี AVR IoT cellular Arduino library โฮสต์บน Github ไลบรารีนี้สร้างขึ้นบน DxCore โอเพ่นซอร์ส (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: ไลบรารี IoT เซลลูลาร์ AVR IoT (สีส้ม) ประกอบด้วยโมดูลซอฟต์แวร์สำหรับการเขียนโปรแกรมและการควบคุมบอร์ดพัฒนา (แสดงในรูปแบบที่เรียบง่ายในสีเขียว) (แหล่งที่มารูปภาพ: Microchip Technology)

ดีบักเกอร์ออนบอร์ด (PKOB nano) รองรับการเขียนโปรแกรมเต็มรูปแบบสำหรับ Arduino IDE โดยไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือภายนอกใด ๆ และยังให้การเข้าถึงอินเทอร์เฟซพอร์ตอนุกรม (บริดจ์ซีเรียลกับ USB) และช่องวิเคราะห์ลอจิกสองช่อง (ดีบัก GPIO) ดีบักเกอร์ออนบอร์ดบนบอร์ด AVR IoT Cellular Mini ปรากฏเป็นอุปกรณ์อินเทอร์เฟซสำหรับมนุษย์ (HID) ในระบบย่อย USB ของคอมพิวเตอร์โฮสต์ สำหรับโครงการที่ซับซ้อนมากขึ้น ตัวเชื่อมต่อขอบที่เข้ากันได้กับ Qwiic และ Feather ของบอร์ดพัฒนาช่วยให้ขยายได้ง่ายจากบอร์ดเสริมที่มีให้เลือกมากมายจาก Sparkfun และ Adafruit (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: แผนภาพบล็อกของบอร์ดพัฒนา AVR IoT นี้แสดงให้เห็นว่าการเชื่อมต่อกับโฮสต์พีซีนั้นผ่านลิงก์ USB ของดีบักเกอร์ ในขณะที่การเขียนโปรแกรมของ MCU ของแอปพลิเคชันนั้นผ่านลิงก์ UART ของดีบักเกอร์ โปรดทราบว่าการเชื่อมต่อระหว่าง MCU ของแอปพลิเคชันและโมเด็มมือถือนั้นผ่าน UART ด้วย (แหล่งที่มารูปภาพ: Microchip Technology)

การเริ่มต้นเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชันจำเป็นต้องดาวน์โหลดและติดตั้ง Arduino IDE และ DxCore ต่อไปจะต้องกำหนดค่า Arduino IDE เพื่อให้ไลบรารี AVR IoT cellular Arduino ทำงาน (รายการที่ 1)

รายการที่ 1: การกำหนดค่า Arduino IDE เพื่อให้ไลบรารี AVR IoT เซลลูลาร์ Arduino ทำงาน (แหล่งที่มาของโค้ดรหัส: Microchip Technology)

เมื่อกำหนดค่า IDE แล้ว ไลบรารีก็สามารถติดตั้งได้ เมื่อติดตั้งเสร็จแล้ว จะสามารถเข้าถึงตัวอย่างไลบรารีต่างๆ สำหรับบอร์ดพัฒนาได้ นักออกแบบที่คุ้นเคยกับ Visual Studio Code IDE สามารถใช้สำหรับการพัฒนา AVR IoT โดยติดตั้งปลั๊กอิน Arduino โค้ดแอปพลิเคชัน Arduino ที่พัฒนาขึ้นใน IDE ทั้งสองแบบถูกนำไปยัง MCU ของบอร์ดพัฒนาผ่านดีบักเกอร์ออนบอร์ด

การวัดกำลังไฟฟ้า

IoT แบบเซลลูลาร์ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานโดยใช้พลังงานต่ำเพื่อยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ปลายทาง IoT ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเพิ่มประสิทธิภาพโค้ดของแอปพลิเคชันให้ใช้พลังงานน้อยที่สุด

ในบอร์ดพัฒนา Microchip การจ่ายไฟให้กับชิ้นส่วนของบอร์ดทั้งหมดเชื่อมต่อผ่านสายห้าเส้น นอกจากนั้นยังสามารถใช้ในการวัดกระแสได้อีกด้วย ในการวัดกำลังไฟฟ้าของวงจรที่ต้องการ เป็นกรณีของการตัดสายและต่อแอมมิเตอร์ข้ามรู (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: Cut-strap บนบอร์ดพัฒนา AVR IoT สามารถใช้วัดการใช้พลังงานสำหรับวงจรหลักได้ (แหล่งที่มารูปภาพ: Microchip Technology)

บอร์ดพัฒนายังมีวงจรวัดแรงดันของระบบโดยใช้สวิตช์ MIC94163 และตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับพิน ADC บน MCU ทำให้สามารถวัดได้ตามต้องการและป้องกันการรั่วไหลของพลังงานผ่านตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ในการวัดแรงดันของระบบ ให้ทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. กำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงสำหรับ ADC
2. ตั้งค่าการวัดแรงดันของระบบ MCU GPIO ให้เปิดใช้งานพิน (PB3) ให้สูงเพื่อเปิดใช้งานตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า
3. ตั้งค่าพินการวัดแรงดันของระบบ MCU ADCO (PE0) เป็นอินพุตสำหรับ ADC
4. เรียกใช้การแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) แบบซิงเกิลเอนด์
5. คำนวณแรงดันไฟฟ้าโดยใช้สมการ: V = ผลลัพธ์ ADC x V_REF x 4/ความละเอียด ADC

สุดท้ายการวัดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายก็ง่ายเช่นกัน โดยทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. กำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงสำหรับ ADC
2. เลือก V_DD หรือ _VDDIO2 เป็นอินพุตที่เป็นบวกให้กับ ADC (V_DD และ V_DDIO2 เป็นช่องสัญญาณอินพุตภายในที่ใช้ได้กับ ADC ของ MCU)
3. เรียกใช้การแปลง ADC แบบซิงเกิลเอนด์
4. คำนวณแรงดันไฟฟ้าโดยใช้สมการ: V = ผลลัพธ์ ADC x V_REF x 10/ความละเอียด ADC

สรุป

IoT แบบเซลลูลาร์เป็น LPWAN ยอดนิยมที่มีศักยภาพเชิงพาณิชย์ที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม การออกแบบอุปกรณ์ปลายทางที่ขับเคลื่อนด้วย IoT แบบเซลลูลาร์นั้นต้องการทั้งความเชี่ยวชาญด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ เพื่อให้นักออกแบบสามารถนำมาใช้งานได้ บอร์ดพัฒนา IoT สำหรับเซลลูลาร์รุ่นใหม่ เช่น EV70N78A AVR-IoT Cellular Mini Development Board ของไมโครชิปจึงได้ให้แนวทางการสร้างต้นแบบที่รวดเร็ว

บอร์ดพัฒนาใช้โมเด็ม LTE-M/NB-IoT ระดับไฮเอนด์และ Microchip MCU ยอดนิยม การพัฒนาโค้ดแอปพลิเคชันง่ายขึ้นโดยใช้ Arduino หรือ Visual Studio Code IDE