Pre oko godinu dana objavili smo recenziju Conexio Stratus open source LTE-M/NB-IoT/GNSS Cellular-IoT razvojnog sistema baziranog na Nordic Semi nRF9160. Tada smo najavili novi Conexio Stratus Pro sa nRF9161 SiP-om. On će biti dostupan u prvoj polovini 2025., ali mi zahvaljujući kompaniji Conexio imamo jedan od prvih primeraka ovog novog razvojnog sistema kako bi vam ga i predstavili.
Prvo da krenemo od novog procesora koji je i najbitnija izmena u odnosu na prethodni Conexio Stratus model. Oba modela imaju LTE-M/NB-IoT/GPS modem, sa tim da je prethodni model bio standardizovan po 3GPP release 13, dok novi zadovoljava 3GPP release 14. Novi standard između ostalog donosi veću preciznost pozicioniranja, predstavlja NB-IoT Multicast i NB-IoT Multi-carrier operacije, ali i povećava vršne vrednosti protoka podataka u NB-IoT i LTE-M mrežom. Treća klasa snage od 14 dBm, pored postojećih od 20 i 23 dBm omogućava kompaktnije uređaje sa baterijama još manjeg kapaciteta, a ekonomičnijom potrošnjom povećava mobilnost i efikasnije prikupljanje energije (‘Energy harvesting’, ‘Power harvesting’ ili ‘Energy scavenging’) što je jedan od ključnih koncepata moderne enegetike. Stoga je 3GPP release 14 veliki i bitan korak ka integrisanju low power wide area tehnologija u 5G.
Hardver Conexio Stratus Pro
Novi nRF9161 u sebi ima i DECT NR+ modem. Dok LTE radi u frekventnom opsegu 700-2200 MHz, DECT NR+ frekvencija je 1.9 GHz. Ovaj opseg je globalno slobodan, a nedavno je integrisan u 5G standard. Stoga donosi demokratiju u izgradnji sopstvene 5G mreže, koju korisnik može optimizovati po sopstvenoj želji i bez učešća globalnih operatera, što smanjuje troškove upotrebe.
U osnovi novog nRF9161 SiP-a nalazi se ARM Cortex-M33 sa 1 MB flash memorije i 256 kB RAM-a. Uz ovu memoriju, na ploči je u vidu 24CW160T čipa postavljeno 16 KBit I2C EEPROM memorije za program i smeštanje podataka u toku njegovog izvršavanja. Procesor ima implementirane ARM® TrustZone® i ARM® Cryptocell 310 tehnologije. Kao što smo već napomenuli, u SiP-u je integrisan i 3GPP LTE release 14 LTE-M/NB-IoT/DECT NR+ modem i GPS/GNSS risiver, kao i RF transiver koji pokriva opsege: B1, B2, B3, B4, B5, B8, B12, B13, B17, B18, B19, B20, B25, B26, B28, B65, B66 i B85.
photo: magazin Mehatronika
Drugi Nordic Semiconductor čip na ploči je nPM 1300 PMIC kolo zaduženo za menadžment napajanja i inicijalno je dizajniran za nRF52, nRF53, nRF54L i nRF54H SoC-eva. Pokazao se kao odlično rešenje i za nRF91 SiP seriju kao 800 mA punjač baterije sa zaštitom ćelije i praćenjem statusa punjenja. U ovom slučaju ovaj silicijum je od vitalnog značaja za funkcionisanje Conexio Stratus Pro razvojnog sistema. Efikasnost kontrole napajanja i punjenje prikačene 2.8-5.5 V LiPo baterije minimalnog kapaciteta od 300 mAh je njegov posao.
photo: magazin Mehatronika
Optimalno upravljanje prikupljanjem energije sa alternativnih izvora, pre svega solarnih panela, je još jedan faktor izuzetnosti ovog rešenja koje ga čini jedinstvenim rešenjem na tržištu mobilnih LTE-M/NB-IoT/DECT NR+/GNSS Cellular-IoT sistema. U tu svrhu se koristi Texas Instruments BQ25185 koji daje napon punjenja u opsegu od 3 do 18 VDC i podržava sve tipove Li-ion, Li-Poly i LiFePO4 baterija uz implementiranu zaštitu ćelija. Na ploči se bočno uz USB-C port – koji je namenjen za flešovanje programa, ali i za povezivanje izvora energije za punjenje baterije – nalazi konektor za povezivanje same baterije.
Na ploči su i dva U.FL konektora za LTE-M/NB-IoT i za pasivnu GPS antenu | photo: magazin Mehatronika
Pogledamo li ploču sa donje strane, videćemo jedan ON/OFF prekidač. Njegova namena je određivanje funkcije rada pomenutog USB-C porta. U ON položaju, USB-C konektor služi za flešovanje i dibagovanje kao USB-to-Serial port. U OFF položaju, port služi za povezivanje izvora, poput solarnih panela, za punjenje baterije. Za korišćenje USB porta kao serijskog koristi se klasičan CP2102 USB to UART Bridge. Rešenje koje je veoma često. Instalacija drajvera za Windows je neophodna, ali ukoliko radite na Linux OS-u drajveri su već integrisani u sistem.
photo: magazin Mehatronika
U sredini ploče se nalazi ležište za SIM karticu i mesto za lemljenje za eSIM karticu. Ploča je u Feather formatu, što je čini pogodnom za povezivanje sa mnoštvom dostupnih FeatherWings senzorskih ili ploča sa displejima. Pinovi su jasno označeni i pored napojnih ima 28 I/O linija sa multipleksiranim fukcijama, između kojih je: do četiri SPI, I2C, UART, PWM, jedan I2S i 12 bitni SADC. Dodatno nRF9161 ima dva RTC-a.
photo: magazin Mehatronika
Tu je i četvoropinski QWIIC konektor za povezivanje senzora, LCD-a, releja i drugih periferija u skladu sa otvorenim SparkFun standardom. U biti je to I2C veza koja se u velikoj meri odomaćila u mejkerskoj zajednici sa velikim brojem periferija različitih proizvođača.
photo: magazin Mehatronika
Ploča ima jednu belu programabilnu LED diodu, STMicroelectronics LIS2DH MEMS digitalni 3-osni senzor pomeraja, senzor napunjenosti baterije i temperaturni senzor koji je integralni deo nPM1300 čipa.
photo: Conexio
Najzad, sa gornje strane ploče tu su RESET i BUTTON tasteri. Prvi u skladu sa imenom resetuje ploču, dok drugi, ukoliko se neprekidno drži u toku i par sekundi nakon reseta odvodi ploču u mod za flešovanje. Ono se može izvršiti preko USB-C porta, ali i preko 10-pin 0.05″ (1.27mm) SWD/JTAG pin konektora.
photo: magazin Mehatronika
Softver
Kada je Nordic Semiconductor u pitanju, po pravilu imamo odličan hardver i muku oko softvera. Nije nam jasno što se toliko traže i menjaju svoje standarde i preporučene alate, pa svaka revizija donosi nove probleme. Naše iskustvo u dosadašnjem radu sa nRF čipovima preporučuje instaliranje toolchain-a na Linux OS-u i razvoj aplikacija na njemu, posebno ako se uređaj flešuje preko USB-C porta i ne koriste J-Link i CMSIS-DAP bazirani programatori.
U ovom trenutku dostupan je 2.8.x nRF SDK, međutim za njega je preporučen novi command-line nRF Util koji se ne spominje u zvaničnim uputstvima za korišćenje ove ploče. Da bi izbegli probleme nekompatibilnosti verzija softvera preporučujemo da u ovom trenutku ne koristite te, najnovije verzije, već da se oslonite na naš način koji smo proverili.
Prvo instalirajte Ubuntu 22.04 OS u desktop verziji. Probali smo i sa 24.04 kao i sa Debian 12 verzijom OS-a i uvek bi u instalaciji nekog od elemenata toolchain-a naišli na problem. Sa Ubuntu 22.04 desktop nećete imati poteškoća.
Nakon toga instalirajte MS Visual Studio Code sa zvaničnog sajta. (.deb) Nemojte da instalirate Code preko Ubuntu Software aplikacije (flatpak instaler), jer će se pojaviti problem sa bibliotekama. Pošto ćete koristit USB-C port za flešovanje, potreban vam je newt i newtmgr. Prvi instalirate po uputstvu sa ove strane, a drugi po narednom uputstvu.
Uđite u Code i instalirajte nRF Connect for VS Code Extension Pack. On će dodati ukupno pet ekstenzija i pojaviće se dodatna nRF Connect ikonica u toolbar-u sa leve strane Code-a. Kliknite na nju i pogledajte WELCOME meni. Kliknite na Manage toolchains/Install Toolchain i instalirajte v2.7.0. Nemojte instalirati novi v2.8.0, već ostanite na ovome koji vam preporučujemo. Nakon toga instalirajte i SDK, isto verziju v2.7.0. Nakon određenog vremena u direktorijumu ~/ncs/ biće instalirano sve što je potrebno od softvera. Unutar tog direktorijuma nalaziće se i direktorijum v2.7.0. Ispratite uputstvo sa strane proizvođača kako bi dodali definicije ploče i probne aplikacije. Otvorite neku od postojećih probnih aplikacija, mi smo prvo isprobali led_blink koji se nalazi u ~/ncs/v2.7.0/conexio-firmware-sdk/samples/conexio_stratus/led_blink. U meniju APPLICATIONS kliknite na +Add build configuration i kao Board target izaberite conexio_stratus_pro/nrf9161/ns. Code će sam kreirati sve potrebne fajlove i sve je spremno za kompajliranje.
photo: magazin Mehatronika
Ostaje samo da uradite jedan Build. Kada sve bude gotovo u terminalu ćete se naći u direktorijumu aplikacije koju ste otvorili. Sada je potrebno da newtmgr komandom flešujete program na Conexio Stratus Pro. Pre tog koraka potrebno je uraditi par provera. Prvo, prekidač na poleđini ploče mora da bude prebačen u položaj ON. USB-C port na ploči kablom treba da se spoji sa USB-A konektorom na računaru. Mi nismo uspeli da flešujemo vezom USB-C na USB-C. Ako računar ima samo USB-C port, koristite USB-C to USB-A konvertor, pa onda USB-C/USB-A kabl. Resetujte ploču, držite dugme BUTTON malo duže i ploča će ući u flash mod. LED na ploči sija neprestalno u njemu. Potrebno je sada odrediti na kom tty portu vam se nalazi ploča. Kod nas je to bio ttyUSB0. (Najlakši način da to odredite je da nakon priključivanja ploče i prebacivanja u flash mod u terminalu otkucate sudo dmesg | grep tty i locirate cp210x converter.) Dodajte svoj username u dialout i tty grupe sudo usermod -a -G dialout username. I najzad dodajte svoj profil u newt: newtmgr conn add serial type=serial connstring=’dev=/dev/ttyUSB0,baud=115200′. Umesto ttyUSB0 unesite port na kome je prepoznata vaša ploča.
Sada je sve spremno i flešujte program sa newtmgr -c serial image upload build/zephyr/app_update.bin.
photo: magazin Mehatronika
Kada se flešovanje završi, resetujte ploču i program će se sam startovati. Primećujete da ploča pokreće Zephyr OS i nRF Connect SDK v2.7.0. Za prikaz sa serijskog porta koristili smo minicom (sudo minicom -b 115200 -o -D /dev/ttyUSB0).
photo: magazin Mehatronika
Zaključak
Conexio Stratus Pro koristi novi nRF9161, što je korak napred ka 5G u odnosu na stari nRF9160 iz Conexio Stratus modela. Cena iznosi $89, što u masivnoj mesh primeni može biti zahtevna investicija. Pored standardne podrške za LTE-M/NB-IoT/GNSS Cellular-IoT, novi čip podržava i DECT NR+ mesh mrežu koja radi na 1.9 GHz i može imati do milion čvorova. LTE opseg je proširen za dva dodatna B65(2100 MHz) i B85(700 MHz), a SiP je energetski efikasniji (dodata treća klasa snage 14 dBm) i u skladu je sa 3GPP release 14.
photo: magazin Mehatronika
Izrađen u Feather standardu ploča omogućava korišćenje mnogih Feather kompatibilnih ploča sa senzorima, displejima ili aktuatorima. Ima i QWIIC konektor za povezivanje dodataka iz SparkFun ekosistema. Svojom malom potrošnjom i pametnim menadžmentom napajanja iz baterije i prikupljanja energije iz alternativnih izvora omogućena je nezavisnost, mobilnost i ugrađivanje u druge uređaje čineći ih delom IoT ekosistema. Gradnja sopstvene mesh mreže i upravljanje ili očitavanje vrednosti u realnom vremenu sa jedinica u njoj, čak i ako su pokretne, čine ovaj mali i laki razvojni sistem izuzetnim IoT upravljačkim sistemom jednog od milion vaših nezavisnih IoT uređaja.
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.
- ELECTRIX AI: Prvi ECAD softver sa veštačkom inteligencijom - 11/12/2024
- ReSpeaker Lite recenzija - 11/12/2024
- Sajam Voda / Forum Voda 2024 - 07/12/2024
1 Comment
1 Pingback