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Modulare Plattformstrategie macht’s möglich

Skalierbarkeit für das Internet der Dinge

10. März 2016, 10:15 Uhr | Von Andreas Schugens, Senior Business Development Manager, Avnet Memec – Silica, und Neha Baheti, Applications Engineer, Analog Devices

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Die Entwicklung kann beginnen

Dank ihrem Fokus auf (vergleichsweise) niedrige Datenraten und der geringen Anzahl an I/O-Pins ist die Pmod-Spezifikation die perfekte Schnittstelle zur Anbindung von Sensorknoten. Auch lässt sich mit ihr die Zahl der IoT-Applikationen nach heutigen Erwartungen beliebig skalieren. Pmod definiert eine 6- und 12-Pin-Konfiguration mit jeweils zwei bzw. vier Power-Pins und vier bzw. acht Signal-Pins, was für Einzelfunktionen wie die Signalerfassung und -umwandlung mehr als ausreichend ist.
Weil die Module direkt über das typischerweise mit einem FPGA bestückte Host-Controllerboard angebunden werden, ist die Anzahl der Funktionen, die sich in ein System integrieren lassen, ebenso flexibel wie die Abmessungen. Auch sind weder die Stromquelle noch die Sinkfähigkeit spezifiziert, sondern abhängig von der Leistung des Controllers. Das Modul kann zudem entweder direkt aufgesteckt oder per Kabel verbunden werden, wobei Längen von rund 46 cm (18 Zoll) möglich sind, sodass Sensoren auch in einiger Entfernung vom Controller angebracht werden können.

Das Schnittstellenprotokoll ist ebenfalls flexibel. Als Beispiel dient der auf dem ADXL345 basierte PmodACL-3-Achsen-Beschleunigungssensor mit Pmod-Interface, der Daten per SPI oder I2C übertragen kann. Obwohl die Spezifikation bewusst auf den Niedrigfrequenzbereich limitiert ist, lassen sich dennoch anspruchsvolle Anwendungen realisieren – insbesondere wenn Sensoren zum Einsatz kommen. Aufgrund der Abmessungen sind mehrere Bauteile leicht zu kompletten Subsystemen zu verbinden, wie beim CN0357 Board (Abb. 3). Hierbei handelt es sich um einen rauscharmen, tragbaren, mit einem Netzteil betriebenen Gasdetektor, der einen Alphasense-CO-AX-Kohlenmonoxid-Sensor, einen Analog-Devices-Präzisionsverstärker der Se-rie ADA4528-2 sowie den programmierbaren Rheostat AD5270-20 integriert. Letzterer kann die Messwerte verschiedener Gas-Sensoren verarbeiten, ohne dass dadurch physikalische Änderungen an der Leiterplatte erforderlich wären, sodass auch mit ihm ein Rapid Prototyping möglich wird.

Ein anderes Beispiel, das zeigt, wie intelligente Sensoren IoT-Applikationen ermöglichen, ist das Pmod-Modul CN0332, bei dem ein magnetoresistiver Sensor die Drehzahl eines Getrieberades misst: Das schwache Differenzsignal wird zunächst durch einen Operations-
verstärker gepuffert, bevor es verstärkt und als gepulste Sinuswelle ausgegeben wird. Das gleiche Prinzip wird auch bei Entwicklungsplattformen wie dem EVAL-CN0326-PMDZ angewandt. Dabei handelt es sich um einen vollständig isolierten Signalaufbereiter und Digitalisierer mit niedriger Stromaufnahme für pH-Sensoren. Eine automatische Temperaturkompensation sorgt für hohe Genauigkeit, und das Tool ist zur Evaluierung der Analog-Devices-pH-Sensoren AD7793, AD8603 und ADUM5401 geeignet.

Fazit

Der technische Aufwand zur Entwicklung des Internet der Dinge ist wahrscheinlich größer als alles, was bisher geleistet werden musste. Es wird aber buchstäblich jeden Aspekt unseres täglichen Lebens verändern. Um all diese Herausforderungen zu meistern, bedarf es wahrscheinlich weit mehr Ressourcen, als verfügbar sind. Deshalb liegt die einzige logische Lösung in einem modularen Ansatz zur Systementwicklung.
Zwar haben OEMs die Wahl zwischen vielen Formaten und Spezifikationen, aber Pmod ist wohl der beste Kandidat für die Klasse von Geräten, die erwartungsgemäß den größten Teil des Internet der Dinge ausmachen werden, nämlich die Sensorknoten. Ein vielseitiges, Pmod-kompatibles FPGA-Controller-Board gibt Entwicklern eine breite Auswahl von möglichen Lösungen an die Hand, mit denen sie den Herausforderungen des Internet der Dinge schnell, zuverlässig und kosteneffizient gerecht werden können.