Angesichts der IoT-fähigen Produkte am Markt, gibt es zwei verschiedene Hardware-Ansätze, um diese Funktion zu integrieren: modular und Single Boards. Viele dieser Produkte werden durch Evaluierungsboards unterstützt, mit denen sich die Umsetzung beschleunigen und vereinfachen lässt. Softwareentwicklungskits (SDKs), die meist kostenlos erhältlich sind, bieten intuitive Entwicklungstools, die ein Applikationsdesign mit minimaler Erfahrung oder geringen Programmierkenntnissen ermöglichen.
Die IoT-Revolution breitet sich weiter aus
Das IoT wird durch die Datenanbindung und den Komfort, den es bietet, unser Leben stark beeinflussen. Der Begriff „IoT“ ist bereits weithin bekannt, selbst wenn die eigentliche Bedeutung noch nicht sehr griffig ist. Die Anerkennung und Bekanntheit erfolgt im Consumer-Bereich als auch in der Industrie. Das IoT wird nicht über Nacht entstehen, obwohl wir uns eines Tages wundern werden, wie wir ohne es auskommen konnten – genauso wie beim World Wide Web. Schätzungen gehen davon aus, dass im Jahr 2020 an die 50 Milliarden IoT-Knoten weltweit und bis zu 50 vernetzte Geräte pro Haushalt vorhanden sein werden. Diese Datenanbindung und die dazugehörigen Anwendungen können sich überall finden: von Haushaltsgeräten über Autos und Gesundheitsprodukten bis hin zu Pflanzen und Tieren. Die Bausteine, die das IoT zur Realität machen und bereits existieren, sind: Bluetooth LE, Internet-Protokolle, Sensoren und fortschrittliche Elektronikbausteine. Damit sich das IoT weiter etabliert, müssen dessen Bestandteile in einer Open Source Hardware und entsprechenden Cloud-Plattformen kombiniert werden. Tools und Starterkits helfen dabei, diesen Übergang schneller und einfacher zu gestalten.
Überlegungen zur IoT-Hardware
Wie in anderen Bereichen der Elektronikindustrie unterliegen Hardwarelösungen für IoT-Anwendungen ähnlichen Kriterien. Es müssen neueste Technologie verwendet werden, um eine kleine Baugröße zu ermöglichen, mit der sie einfach in Designs integriert werden können, ohne dabei die Ästhetik, Tragbarkeit, das Gewicht und den Platz für andere Funktionen zu beeinträchtigen. Zudem muss der Stromverbrauch gering sein, da viele Anwendungen tragbar und batteriebetrieben sind und lange Betriebszeiten bis zum nächsten Aufladen aufweisen sollen. Die Vielzahl an Endanwendungen für das IoT bedeutet, dass die Flexibilität der Hardware und Software entscheidend für Leistungsfähigkeit und Funktionalität ist. Einfachheit in Sachen Design und Umsetzung hilft Systementwicklern bei ihrem IoT-Ansatz und sorgt für Zuverlässigkeit durch ein robustes Mechanik- und Elektronikdesign. Bezüglich der Funktionalität ist die Funkanbindung an das Internet ein wesentlicher Bestandteil der IoT-Hardware. Verschiedene I/O- und Standard-Schnittstellen sollten ebenso integriert sein, um Kommunikation, Konfiguration und Diagnostik zu ermöglichen.
Modular oder Single Board?
Für derzeitige Anwendungen und angesichts der fast grenzenlosen Möglichkeiten im zukünftigen IoT-Markt gibt es bereits eine große Auswahl von Hardwarelösungen, die das Design eines Ecosystems an Objekten mit Embedded-Technologie vereinfachen. Damit lassen Sensor-, Mess- und Kommunikationsfunktionen einfach integrieren. Conrad Business Supplies bietet derzeit an die 5.000 Produkte an, die sich mit IoT-Bezug kategorisieren lassen. Alle großen Anbieter im Markt werden unterstützt, darunter Altera, Cypress, Freescale und ON Semiconductor.
In der Regel eignen sich Single Board IoT-Controller am besten für Anwendungen, die hohe Kundenauslegung und Anpassung erfordern. Im Gegensatz dazu tendieren Designs mit sehr spezifischen und genau festgelegten Anforderungen zu modularen Lösungen.
Modulare und Single-Board-Ansätze
Modular: WunderBar ist ein modulares IoT-Starterkit mit sieben abnehmbaren Modulen. Diese bestehen aus einem WiFi-fähigen Master-Modul mit Bluetooth Low Energy (BLE) Funktechnik und sechs Smart-Sensor Mini-Modulen. Jedes Modul ist mit BLE, einem Sensor oder Aktuator und einer Batterie ausgestattet. Die Mini-Module messen Licht, Farbe, Abstand, Temperatur und Feuchtigkeit. Hinzu kommen ein Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop und eine Infrarot-(IR-)Fernsteuerung. Über einen Grove-Anschluss von Seeed Studio lassen sich an das fünfte Modul eine Reihe weiterer Sensoren und Aktuatoren anschließen, die Arduino-kompatibel sind. Modulare Starterkits wie WunderBar erleichtern den Einstieg für IoT-Entwickler, die mit der Hardware weniger vertraut sind und sorgen für ein besseres Verständnis der Software-/Hardwarebeziehung.
Ein weiteres, wenn auch völlig anderes Beispiel für eine modulare Lösung ist Conrads C-Control-AVR32-Bit-Kit, das im Piggy-Back-Aufbau auf dem AVR32-Bit-Applikationsboard mit integrierter Web-Server-Funktion eine Plattform darstellt, die auch eine CAN-Bus-Schnittstelle bietet. Der leistungsfähige 32-Bit-Mikrocontroller (MCU) von Atmel eignet sich für den Industrie- und Automotive-Einsatz und ist über Basic oder Compact-C programmierbar. Die Programme lassen sich über den USB-Anschluss direkt auf das Kit übertragen.
Ein kostenloses SDK steht zum Download bereit und vervollständigt das Paket, mit dem Entwickler IoT-Projekte schnell und einfach realisieren können. Bibliotheken und Beispielprogramme im C-Control-Forum vereinfachen die Applikationsentwicklung weiter.
Single Board: Das TI Launchpad ist ein Beispiel für eine leistungsfähige Single-Board-Hardwarelösung, die eine schnelle und praktische MCU-Programmierung für das IoT ermöglicht. Es dient als Einführung in die IoT-MCU-Programmierung und basiert auf einem ARM-Cortex-M4-Mikrocontroller mit 32 Bit und dem WLAN-Chip CC3100-Wi-Fi-Core. Das Board ist durch Booster Packs erweiterbar; zur integrierten Datenanbindung zählen programmierbare GPIO-Anschlüsse und verschiedene Schnittstellen wie SPI und I²C. Die Programmierung der MCU erfolgt über USB und die Open-Source-Plattform Energia, kann aber auch mit der integrierten Entwicklungsumgebung (IDE) Code Composer Studio erfolgen.
Fazit
Wegen des enormen Potenzials des IoT bieten viele große Unternehmen Hardwareplattformen, kostenlose Tools und Hilfe bei der Entwicklung an. Für Anwendungen mit besonderen Anforderungen eignen sich am besten Single-Board Controller, da sie sich einfacher an diese Forderungen anpassen lassen. Bei eher allgemeineren Anforderungen sind modulare Lösungen die richtige Wahl. Diese Plattformen bieten zusammen mit bereits verfügbaren SDKs und einfachen Programmiermöglichkeiten eine große Auswahl für Entwickler im IoT-Bereich. Die Zahl und Vielfalt interessanter IoT-Endanwendungen wird sich damit in den kommenden Jahren rasant erhöhen.
