Endrich-IoT in der Praxis

Die Vertriebsingenieure von endrich sind in der Lage, den Betrieb von sieben verschiedenen Sensoren, GSM- und GPS-Antennen, DC/DC-Wandlern, MEMS-Oszillatoren usw. erfolgreich zu demonstrieren, indem sie ein einziges Gerät präsentieren. Entwickelt ein Kunde einen IoT-Knoten auf Basis der Lösungen von endrich, muss kein separates GIGADEVICE GD32 RISC-V und FIBOCOM MA510 Evaluierungskit installiert werden. Die Businesspartner können auf ein kombiniertes Testpanel zugreifen, das für ein breiteres Spektrum von Aufgaben zu günstigen Bedingungen eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist auf dem Wissensportal https://E-IoT.info die komplette Hard- und Softwarebeschreibung des SBC-Rechners nach einem Open-Source-Konzept frei zugänglich veröffentlicht. Auch auf die Toolkits und die entsprechenden Beispielcodes kann zugegriffen werden. Als zusätzliches Evaluation-Kit wurde ein komplettes Demopaket zum Testen des CE-RED-zertifizierten 3BIG-MOD LPWA-Modems freigegeben. Das Grundkonzept von E-IoT verfolgt drei Ziele. Zum einen soll es als Evaluierungstool dienen, um den Verkauf der vorgestellten Komponenten zu unterstützen. Die eigentlichen Ziele der Entwicklung sind jedoch zwei weitere Segmente. E-IoT ist in der Lage, beliebige herkömmliche Geräte in "intelligente" Geräte umzuwandeln, indem diese Telemetrie-Hardware in das ursprüngliche Gerät eingebaut wird, ohne dass dessen Funktionen verändert werden. Es wird also ein IoT Computer in das Gehäuse eines herkömmlichen Geräts eingebaut, um es mit dem IoT zu verbinden. Durch externe oder On-Board-Sensoren ist das ursprüngliche Gerät in der Lage, seine ermittelten Betriebsparameter oder eventuelle Anomalien kontinuierlich an die Cloud zu senden und von dort Befehle zu empfangen, falls eine Zwei-Wege-Datenverbindung möglich ist, beispielweise durch die Verwendung des MQTT-Protokolls. Auf den europaweiten Messen und Ausstellungen im Jahr 2022 wurden unter dem Motto „We make Your Device Smart“ eine Reihe solcher "intelligenten" Geräte vorgestellt, wie z. B. eine intelligente Straßenlaterne, die in der Lage ist, neben der Erfassung der Helligkeit und der Temperaturbedingungen der Light Engine auch Vibrationen oder Geräusche zu erkennen.

Ein weiteres Beispiel ist das Konzept des intelligenten Kühlschranks, der nicht nur die Innen- und Außentemperaturen überwacht und protokolliert, sondern auch die Anzahl der Türöffnungen und deren Dauer, den Betrieb der internen Kühlschranklampe und die Luftfeuchtigkeit im Schrank.

Eine komplexere Lösung bietet das E-IoT-Konzept, wenn es in den von endrich’s Schwesterfirma euroLighting GmbH vertriebenen UV-C-Luftreinigern zum Einsatz kommt, da hier neben der kontinuierlichen Aufzeichnung der Betriebsparameter auch die Überwachung der Luftqualität realisiert wird. Die Basistelemetrie unterstützt die vorbeugende Wartung, also die Reparatur und den Austausch von Verschleißteilen und die Luftqualitätsüberwachung erhöht den Nutzerkomfort. Mit dieser Produktvariante wird auch endrich’s wichtigstes Ziel von E-IoT verfolgt, nämlich die Bereitstellung einer Evaluierungsplattform für eine eigene IoT-basierte Produktentwicklung. Mit Hilfe des E-IoT Boards und der daran angeschlossenen externen Sensoren kann ein Modell des zu entwickelnden Endprodukts erstellt werden. Mit diesem kann die Erprobung, das Testen und die Softwareentwicklung sofort durchgeführt werden. Dadurch wird Zeit gewonnen, um das in Größe und Funktionalität optimierte Endprodukt zu erstellen. Endrich selbst hat ebenfalls eine Reihe dieser abgeleiteten Proof of Concept Produkte (PoC) hergestellt. Zu diesen Entwicklungen gehört das schon beschriebene Telemetriegerät für einen UVC-Luftreiniger, das mit dem Grand Prix der HungExpo-Ausstellung Mai 2022 ausgezeichnet wurde. Das „Smart Board“, eine erweiterte und verbesserte Version, mit einem eigenen lokalen WLAN-LPWA-Gateway, kann auch Daten mit Hilfe eines MESH-Netzes von drahtlosen intelligenten Sensoren empfangen. Unter Verwendung des NeoMesh-Protokolls mit einer Subgigahertz-Trägerfrequenz können die drahtlosen Sensoren ihre Daten in rauen Industrieumgebungen nahtlos an das Smart Board übertragen. Das Smart Board fungiert als NeoMesh-LPWA-Gateway und stellt sicher, dass die von jedem Element des lokalen Sensornetzwerks bereitgestellten Daten über einen der verfügbaren LTE/GSM-Standards NB-IoT, LTE-M oder 2G an die Cloud übermittelt werden. Da sich endrich stark für den Umweltschutz einsetzt, wurde mit der cityBox ein weiteres LPWA-Gateway Device entwickelt, das zur Überwachung der Luftqualität in Städten dient. Auch dieses Gerät ist eine Variante der E-IoT-Hardwareplattform.

Weitere Peripheriegeräte sind eine preiswerte individuelle Sensorplatine, die über den I²C- oder SPI-Bus angeschlossen wird, sowie den "Mini-Monitor" mit pmOLED-Display. Für Entwickler, die mit anderen MCU-Plattformen arbeiten, steht eine Familie von Sensor- und Kommunikationslösungen als 2in1-Lösung zur Verfügung, die einen Arduino Leonardo oder Raspberry Pi kompatiblen Einplatinencomputer in einen eigenständigen IoT-Knoten verwandelt. Auf diese Weise können auch Entwicklungsingenieure angesprochen werden, die nach einem anderen Prinzip arbeiten, aber dennoch die Sensor- und Kommunikationslösungen von endrich nutzen wollen.

Das E-IoT-Konzept beinhaltet auch ein komplexes Software-Toolkit. Die eingebettete Software ist die in C/C++ geschriebene Firmware-Version und ist für ARM/RISC-V-basierte Mikrocontroller konzipiert. Der Quell- und Beispielcode der UDP- und MQTT-Kommunikation sowie die menschen- und maschinenlesbaren Versionen für das E-IoT v052-Board sind mit ausführlichen Erläuterungen frei unter https://e-iot.info verfügbar. Alle bisher beschriebenen Hardware-Komponenten von E-IoT basieren auf den MCU-Familien GigaDevice GD32 (ARM und RISC-V), Microchip SAMD21 und SAMD51 sowie RP2040, so dass in dieser Software-Schicht auch die entsprechenden Firmware-Versionen zu finden sind. Das nächste wichtige Servicepaket ist die WEB-basierte endrich Cloud Database, die von einem Apache Web Server unter einer speziellen Linux-Distribution in Kombination mit einer relationalen MySQL-Datenbank gehostet wird. Hier findet die ECDB-Benutzerverwaltung statt und auch die autorisierten IoT-Geräte können hier verwaltet werden.

Ein UDP-Port-Überwachungsdienst und ein MQTT-Broker sorgen dafür, dass keine Daten von einem intelligenten Sensor in der CloudDB verloren gehen. Für das Gerätemanagement steht ein webbasiertes Administrationsportal zur Verfügung, in dem die Partner von endrich mit personalisiertem Zugang ihre eigenen E-IoT oder andere IoT-Geräte frei registrieren können. Die Cloud-basierte Datenbank ermöglicht den Kunden das Herunterladen von Sensordaten und bedient das endrich Visualization Gateway. Mit diesem kostenlosen grafischen Datenvisualisierungsdienst können die Daten der intelligenten Sensoren auf einem mit dem Internet verbundenen mobilen Gerät überwacht werden. Die Benutzeroberfläche des Administration Layers ist das webbasierte Admin-Tool. Die Visual Layer besteht aus dem Endrich Visual Gateway Service und der neu entwickelten IoS App für die Installation auf Apple-Geräten.

Neben den Datenvisualisierungsfunktionen hat endrich eine komplette Wissensdatenbank, technische Informationen zum Thema E-IoT, Hard- und Softwareanleitungen, Videos, Vorträge, TV-Auftritte integriert. Auch die Sammlung von White Papers und technischen Schriften sind dort in gesammelter Form zu finden.

Die Nutzer sollen aber nicht nur über eine einfache visuelle Darstellung auf die Daten zugreifen, sondern auch Rohdaten auf ihre eigenen Geräte erhalten (Data Access Layer). Dies kann über das Admin-Tool erfolgen, wo Daten im Excel-Format extrahiert werden können, oder die Werte können in Echtzeit über die neue E-IoT Sensor API abgefragt werden. In diesem Fall ist ein spezieller Webaufruf erforderlich und durch Angabe der IMEI-Nummer des Geräts und des gewünschten Zeitintervalls werden die Messwerte der Sensoren im JSON-Format geliefert. Mit dieser Methode sind die Partner von endrich in der Lage, ihre in der endrich Cloud gespeicherten Daten in ihrem selbst entwickelten Softwaresystem in Echtzeit zu verarbeiten.