Modulare Sensorplattform Vom Sensor in die Cloud

Modularer IoT-Kit-Sensor-USB-Stick mit einem Arduino-kompatiblen Gateway.
Modularer IoT-Kit-Sensor-USB-Stick mit einem Arduino-kompatiblen Gateway.

Das von Binder Elektronik entwickelte IoT Kit kombiniert USB-Sensor-Sticks mit einem Arduino-kompatiblen Gateway, das die gesammelten Daten in die Cloud schickt.

Das Binder IoT Kit kombiniert einen oder mehrere „Sensor-Sticks“ mit einem passenden Gateway. Der Anwender kann damit unterschiedlichste Messwerte erfassen und lokal auf einem PC oder Tablet oder in einem Cloud-Dienst speichern. Das Herz des Systems ist der universelle Sensor-Stick (Bild 1). Dieser hat die Form eines USB-Speicher-Stick (18 × 55 mm²) und kann seine Messdaten sowohl drahtgebunden als auch drahtlos übertragen. Er kann auch in ein Kunststoff-Gehäuse eingebaut werden.

Jeder Sensor-Stick verfügt über Energiemanagement, eine USB- und BLE-kompatible Funkschnittstelle sowie eine Sensor-Schnittstelle. Dabei befinden sich die unterschiedlichen Sensoren auf einem nur 15 × 18 mm2 kleinen Sensormodul, das über I2C, SPI, analoge Eingänge oder digitale IOs kommuniziert. Die Besonderheit ist dabei, dass weder Hardware noch Firmware beim Sensorwechsel angepasst werden müssen. Jedes Sensormodul bringt dazu ein elektronisches Datenblatt mit, das die Sensorparameter und das Messszenario beinhaltet, sodass ein Plug&Play-Betrieb möglich ist. Die Sensor-Sticks verfügen – wie das dazu passende Gateway – als zentralen Bestandteil über einen ARM-Cortex-M4F-Prozessor.

Neben der einfachen Integration zusätzlicher Sensorik und der Verwendung eines leistungsfähigen Controllers kann die Energieversorgung per USB über viele am Markt verfügbare Lösungen wie USB-Power-Banks, Akkus, Batterien oder Netzteile erfolgen. Auch ein Betrieb direkt an PC, Notebook oder Tablet ist möglich.

Viele Wege führen zur Cloud

Die Übermittlung der Messdaten erfolgt als BLE-Beacon-Datenprotokoll an ein Bluetooth-kompatibles Empfangsgerät (Gateway). Das Binder IoT Gateway (Bild 2) kann dabei sowohl die BLE-Daten empfangen als auch über USB bzw. WLAN mit einem PC oder einer Cloud-Anwendung kommunizieren. Die Anpassung an beliebige Cloud-Dienste ist dank der Verwendung von MQTT oder OPC-UA-Protokollen möglich, ebenso die Implementierung von anwendungsspezifischen Auswertealgorithmen und Funktionen.

Über WLAN ist eine Datenübertragung nach 802.11 b/g/n/e/i mit Sicherheitsfunktionen wie WPA/WPA2 möglich. Ein Arduino-Uno-kompatibler Formfaktor stellt eine zusätzliche Erweiterungsmöglichkeit dar, sodass gängige Arduino Shields mit dem Gateway verwendet werden können.

Sowohl Sensor-Stick als auch das Gateway verfügen über zusätzlichen Flash-Speicher, um Daten zu loggen oder, falls die Übertragung nicht möglich bzw. nicht gewünscht ist, diese zwischenzuspeichern. Am Gateway besteht auch die Möglichkeit, den Datenspeicher durch eine Micro-SD-Karte zu erweitern. Ein Highlight ist der integrierte Security-Chip auf beiden Einheiten. Dadurch ist eine zuverlässige Datenverschlüsselung zwischen Gateway und Sensor-Stick möglich. Die Datenübertragung ist somit absolut sicher. Benötigt der Benutzer zusätzliche Funktionen oder Eigenschaften, so können diese im Kundenauftrag implementiert werden. Ferner ist auch eine freie Firmware-Version erhältlich, die der Anwender selbst nach eigenen Anforderungen modifizieren oder durch zusätzliche Funktionen ergänzen kann.