Breites Aufgabenspektrum meistern Komponenten für IoT

Die steigende Komplexität im Internet der Dinge lässt sich besser beherrschen, wenn ein erfahrener Lieferant zur Seite steht – so die Erfahrung von Fortec Elektronik.

Im Internet der Dinge (IoT) sind viele alltäglich genutzte Produkte wie Autos, Haussteuerungen oder Kühlschränke miteinander vernetzt. Sie kommunizieren selbständig, ohne Zutun ihres Nutzers, und tauschen Daten aus. Durch diese Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M) ergeben sich ungeahnte Möglichkeiten. Eine Folge davon: Computer, wie wir sie heute kennen, werden allmählich durch intelligente, eigenständige Objekte ersetzt. Diese Vision wird mehr und mehr Realität: Je nach Schätzung von Marktanalysten wie Gartner werden bis 2020 zwischen 25 und 50 Mrd. IoT-Geräte weltweit vernetzt sein – Maschinen, Geräte, Fahrzeuge. Nicht mit eingerechnet sind Computer und Mobilgeräte wie Smartphones und Tablets.

Eng mit dieser Entwicklung verzahnt ist das Thema Industrie 4.0 (I40). Auch hier wachsen die Disziplinen Sensorik, Datenaufbereitung und Datenverarbeitung, Datenausgabe, Aktorik, Konnektivität und IT-Sicherheit zusammen. Durch eine permanente, intelligente Abstimmung lassen sich beispielsweise Produktionsprozesse und Lieferketten optimieren, Verkehrsprobleme entschärfen und vieles mehr. Voraussetzung ist hier wie dort, dass Geräte und Systeme internetfähig sind und digitale Daten verarbeiten können. Basis dafür sind häufig autarke Klein- und Kleinstrechner – zum Beispiel Single Board Computer (SBC) und Box-PCs.

Ein SBC ist ein kompletter PC, der nur aus einer Platine besteht und sich daher leicht in kundenspezifische Applikationen integrieren lässt. Der Rechner kann beispielsweise mithilfe von Sensoren ausgesuchte Umgebungswerte erfassen, diese aufbereiten und die gewonnenen Daten über das Internet für die weitere Nutzung und Verarbeitung bereitstellen. Eine mögliche Anwendung ist das visuelle Überwachen und Steuern einer Fertigungsanlage. Im System könnte ein UMTS-Modul die Anbindung an das Internet per Mobilfunk übernehmen – zum Beispiel eine 3G/4G-miniPCIe-Karte.

»Gut aufeinander abgestimmte Komponenten erleichtern die Integration der Gesamtlösung. Entwickler können dadurch Kosten sparen und ihre Produkte schneller auf den Markt bringen. Daher ist es sinnvoll, hier auf die Expertise erfahrener Distributoren wie Fortec zurückzugreifen«, erklärt Thomas Schrefel, Produktmanager Embedded von Fortec Elektronik. »Eine mögliche Grundlage für ein IoT-Produkt ist der Advantech PCM-9310. Dieser SBC eignet sich dank seiner geringen Abmessungen von 146 x 102 mm für IoT-Applikationen, die verhältnismäßig große Rechenleistungen in kompakter Form benötigen.«

Der 64-Bit-fähige PC basiert auf einem Intel-SoC, das in drei Prozessorvarianten erhältlich ist. Zur Wahl stehen zwei Quad-Core-CPUs (Intels Celeron N3160 und Atom E8000) sowie der Dual-Core-Prozessor Celeron N3060. Anwender finden somit für ihre Applikation die Leistungsvariante zum jeweils gewünschten Kostenpunkt. Je nach Anwendung reicht eine passive Kühlung der Prozessoren aus. Zahlreiche Hardware-Schnittstellen wie 4 x Com, USB, SATA, mSATA, Mehrzweck-Ein-/Ausgabe-Port (GPIO), SMBus/I2C, miniPCIe bieten eine vielfältige Konnektivität.

Eine Besonderheit dieses Boards ist der integrierte Steckplatz für SIM-Karten. In Kombination mit einer 3G/4G-miniPCIe-Karte lässt sich der Rechner ohne weitere Hardware per Mobilfunk mit dem Internet verbinden – ideal für IoT-Applikationen. Über das optionale Trusted Platform Module (TPM), nach dem neusten Standard TPM 2.0, kann der Computer zudem um Sicherheitsfunktionen erweitert werden. Fortec hat darüber hinaus zusätzliche Erweiterungskarten im Programm. Extrem wichtig für IoT-Devices ist ein geringer Stromverbrauch. Der PCM-9310 kommt je nach Variante ohne angeschlossene Peripherie mit typischerweise 4,5 bis 7 W aus.

Neben einer leistungsfähigen Hardware und den verfügbaren Schnittstellen sind Betriebssystem und Programme die entscheidende Komponente jedes IoT-Systems. Darüber lässt sich die Lösung an die gewünschte Applikation anpassen. Der PCM-9310 stellt unter anderem GPIO, Watchdog, SMBus/I2C und CPU-Takt als Software-APIs zur Verfügung. Sie werden über den integrierten iManager 2.0 verwaltet. Darüber hinaus unterstützt das System SUSIAccess- und Embedded Software-APIs.