Module der Kommunikation im Internet der Dinge

2019-11-15

Moduły komunikacyjne w czasach Internetu Rzeczy

Die drahtlose Kommunikation über Funk hat sich zu einem gewissen Standard in nahezu allen elektronischen Produkten entwickelt. Sie beschränkt sich nicht mehr nur auf tragbare Verbrauchergeräte, sondern wird auch in stationären, industriellen, medizinischen und automobilen Geräten implementiert. Die Herausforderungen bei der Implementierung zuverlässiger Funkübertragungen sind so groß, dass nur wenige sich für das eigenständige Design von Hochfrequenzsignalwegen entscheiden. Es ist fast immer vorteilhafter, einfach ein fertiges Modul zu wählen. Doch wie wählt man den Hersteller aus?

Die Popularität von Funkmodulen aller Art hat dazu geführt, dass in den letzten Jahren viele neue Hersteller auf den Markt gekommen sind. Viele von ihnen sind fernöstliche Unternehmen, häufig chinesische Firmen, die eine Marktlücke erkannt haben und begonnen haben, neue Lösungen eigenständig zu entwickeln. Diese Produkte werden in der Regel zuerst auf dem lokalen Markt eingeführt, finden aber mit der Zeit auch westliche Distributoren, die Vereinbarungen zum Vertrieb dieser Markenkomponenten unterzeichnen. Während der Wettbewerbsanstieg wie üblich vorteilhaft für die Käufer ist, da er vor allem Preisverfall und technologische Entwicklung vorantreibt, erschwert er gleichzeitig auch die Entscheidungsfindung. In einer solchen Situation ist es wichtig, das Erfahrungsniveau sowohl des Herstellers als auch des Distributors zu berücksichtigen, um festzustellen, welches Modul mit ähnlichen Parametern wirklich empfehlenswert ist.

Moduł komunikacyjny SparkLAN

SparkLAN

Among the Far Eastern companies that boast extensive experience in designing communication modules, SparkLAN is worth taking a closer look at. Founded in Taiwan in 2002, SparkLAN started many years before the vast majority of firms supplying products from mainland China. The beginning of this century marked the time when network technology was beginning to gain popularity, making SparkLAN's founders visionaries who believed that the field they were engaging in would be a topic of the future. They were right, and as a result, SparkLAN has become one of the leading providers of networking solutions. It is an official partner of major radio chipset manufacturers such as Qualcomm, MediaTek, Realtek, and Broadcom. Currently, SparkLAN manufactures various modules for embedded systems and typical networking devices. These are very modern designs available in many variations, such as PCI Express cards, M.2 modules, USB-connected modules, directly soldered onto PCBs, and others.

Wi-Fi Module

Zu den bekanntesten Produkten von SparkLAN gehören WiFi-Module, die häufig auch Bluetooth unterstützen. Ein gutes Beispiel sind die Module der Serie WUBT-236ACNBT. Sie basieren auf dem RTL8822BU-CG Chipsatz von Realtek und unterstützen die Standards IEEE 802.11ac/a/b/g/n sowie Bluetooth-Transceiver von Version 2.1+EDR über 3.0 und 4.1 bis hin zu 4.2 Low Energy. Sie haben einen Ausgang in Form eines 4-poligen Anschlusses oder USB Typ A und werden daher mit 5 V betrieben. Ihr Temperaturbereich liegt zwischen -20 und +70°C. Während der Übertragung verbrauchen sie 450 mA Strom und während des Empfangs 250 mA. Je nach Variante unterscheiden sie sich in der Art der eingebauten Antennen und der Verfügbarkeit von Anschlüssen für externe Antennen. Es gibt auch eine nahezu identische Konstruktion, die jedoch mit einem Mini PCI Express Interface ausgestattet ist. Aufgrund der niedrigeren Versorgungsspannung von 3,3 V verbrauchen sie mehr Strom - 600 mA während der Übertragung und 350 mA während des Empfangs von Daten. Für diejenigen, die die modernsten Protokolle nutzen möchten, könnte das Modul SparkLAN WPEQ-261ACN(BT) interessant sein, das auf dem Qualcomm Atheros QCA6174A-5 Chipsatz basiert. Es unterstützt zusätzlich den Bluetooth-Standard 5.0. Es wird über die Mini PCI Express-Schnittstelle angeschlossen und wird daher mit 3,3 V betrieben. Während der Übertragung verbraucht es 610 mA Strom und während des Empfangs von Daten 285 mA. Es ermöglicht den Anschluss von zwei externen Antennen und ist widerstandsfähiger gegen extreme Temperaturen. Es kann im Bereich von -40 bis +70°C betrieben werden.

Moduły GSM, GPRS, LTE, NB-IoT

Das WLAN-Netzwerk und die Bluetooth-Schnittstelle entsprechen nicht immer den Umweltanforderungen, in denen das zu entwickelnde Gerät arbeiten wird. Oftmals ist es erforderlich, die vorhandene Infrastruktur eines Mobilfunkanbieters zu nutzen, um die Datenübertragung zur Cloud über große Entfernungen in Bereichen zu gewährleisten, wo kein WLAN verfügbar ist. In solchen Situationen ist es ratsam, moderne LTE- oder NB-IoT-Module zu verwenden, abhängig von den erwarteten Übertragungsraten. Manchmal kann auch der GSM-Standard mit GPRS-Erweiterung eine gute Wahl sein. Selbst die günstigsten Chips können diesen Standard unterstützen, der noch viele Jahre lang erfolgreich genutzt werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Liste der Mobilfunktechnologien kein 3G-Standard erwähnt wurde. Der Grund dafür ist, dass die Verbreitung von LTE, das in jeder Hinsicht besser ist als die 3G-Technologien, zu einem schnellen Abschalten der Infrastruktur der dritten Generation durch die Betreiber geführt hat. Standards der zweiten Generation werden weiterhin gepflegt, sowohl weil sie kostengünstig sind als auch um eine grundlegende Konnektivität für Kunden bereitzustellen, die noch 3G-Module verwenden oder sich für preisgünstige 2G-Module entscheiden. Ein gutes Beispiel für solche Komponenten sind die Module der Gosuncn Technology Group, die Teil des großen chinesischen Konglomerats ZTE sind. Der einfachste Modell ist das Quadband-Modul MG2608, das die Datenübertragung über GSM/GPRS unterstützt. Das etwas fortschrittlichere MG2608-G ist zusätzlich mit Audio-Schnittstellen, SPI und I2C ausgestattet. Häufig integrieren Mobilfunkmodule auch Empfänger für Satellitenpositionierungssysteme – und so ist das MG2609-Modul, das mit GPS, Beidou, Glonass, Galileo, QZSS funktioniert und SBAS unterstützt.

Zu den fortschrittlichsten Konstruktionen kann das Modul ME3616-E1A empfohlen werden, das im Standard der vierten Generation NB-IoT in den Bändern B1, B3, B5, B8, B20 und B28 arbeitet. Wenn schnelle Datenübertragung benötigt wird, ist das Modul ME3630-E1C hilfreich, das nach LTE FDD Kategorie 4 arbeitet und zusätzlich WCDMA (einer der 3G-Standards) sowie das klassische GSM unterstützt. Alle besprochenen Module der Firma Gosuncn Technology Group sind als SMD-Komponenten verfügbar. Die Spannungsversorgung und Betriebstemperatur hängen vom jeweiligen Produkt ab. Das temperaturbeständigste Modul MG2609 kann im Bereich von -40°C bis +85°C betrieben werden.

Bluetooth-Module" und "BT-Audio-Module

Nicht jedes Gerät muss direkt mit dem Internet kommunizieren, selbst wenn es um IoT-Systeme geht. Die Möglichkeit, Daten über Bluetooth zu sammeln, ist ebenfalls attraktiv, insbesondere bei persönlichen Geräten. Bluetooth wurde in seinen Anfangsjahren hauptsächlich zur Übertragung von Audio verwendet und ist heute in einer Vielzahl von Fitnessgeräten und einigen Haushaltsgeräten beliebt. Zur Implementierung von Bluetooth genügt oft ein einfacheres Modul, das nicht unbedingt Wi-Fi unterstützen muss. Ein gutes Beispiel sind die Komponenten der Firma Gigawit, wie die Modelle GWBMA30, GBMD00 und GWBMD01.Der GWBMA30 dient der Übertragung von Audio-Signalen. Die anderen beiden Modelle basieren auf dem nRF51822-Chip von Nordic Semiconductor, der für seinen sehr geringen Stromverbrauch bekannt ist und nach dem Bluetooth 4.0 Low Energy Standard arbeitet. Diese beiden Modelle benötigen eine Betriebsspannung von 1,8 bis 3,6 V und können in einem Temperaturbereich von -10 bis +60°C betrieben werden. Sie unterscheiden sich in der eingebauten Flash-Speicherkapazität, entweder 256 kB oder 128 kB.

Welches Modul sollte man wählen?

Die große Auswahl an Modulen und die lange Liste der Hersteller stellen Entwickler oft vor schwierige Entscheidungen und unter Zeitdruck kommt es gelegentlich zu eher zufälligen Entscheidungen. Daher ist es ratsam, auf die Hilfe von Unternehmen zurückzugreifen, die sich gut in diesem Bereich auskennen und aus der Vielzahl der Hersteller die besten auswählen, ihre Möglichkeiten und Bewertungen überprüfen und ihre eigene Reputation nutzen, um die Qualität der empfohlenen Komponenten zu bestätigen. Eine solche Firma ist Micros aus Krakau, die seit 31 Jahren elektronische Komponenten für polnische Elektroniker liefert. Funkmodule gehören zu ihren Spezialgebieten. In Zeiten des Internet der Dinge sucht Micros intensiv nach neuen und interessanten Herstellern, um ihren Kunden Produkte mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis anzubieten, sowohl von bekannten Marken als auch von Firmen, die noch wenig bekannt sind und gerade erst den polnischen Markt betreten. Die Module, die in diesem Artikel beschrieben sind, sind genau solche Beispiele für Komponenten, auf die sich die Spezialisten von Micros konzentrieren. Alle genannten Produkte sind in unserem Land verfügbar, und bald werden weitere hinzukommen. Daher lohnt es sich, die Hilfe von Vertretern von Micros in Anspruch zu nehmen, die ihr Wissen teilen und bei der Auswahl der für die Entwicklung Ihrer Lösung am besten geeigneten Komponente beraten können.

Quelle: "Elektronik" 2019/11, s. 50-51.