Seeed Studio XIAO MG24 Sense
Minijaturni XIAO MG24 se može povezati u Matter, OpenThread, Zigbee, Bluetooth LE 5.3 i Bluetooth mesh mrežu i za manje od $8 po komadu u osnovnoj verziji možete ga embedovati dodajući vašoj kreaciji integraciju u pametni dom ili pametni pogon. Wi-Fi transiver nedostaje, ali ne znači da je on u vašoj aplikaciji i neophodan.
Pros
- Matter, OpenThread, Zigbee, Bluetooth LE 5.3 i Bluetooth mesh integracija
- Arduino IDE, Python, PlatformIO imaju podršku, a zvanično je portovan i na Zaphyr RTOS
- Odlična dokumenatacija na Seeed Studio sajtu
- XIAO format je veoma praktičan za embedovanje
Cons
- Izabrani SoC nema Wi-Fi, a cena dvostruko bržeg XIAO nRF54L15 sa njim je za nijansu viša, a XIAO ESP32-C6 u RISC-V arhitekturi gotovo dvostruko niža
- Čekamo Nuttx port
Hajmo prvo da rešimo trougao Metter – Zigbee – Thread koji se sve češće pominje u tekstovima o kućnoj automatizaciji. Zanimljivo je da se Zigbee danas koristi i u industrijskoj automatizaciji, prediktivnom održavanju i sistemima za upravljanje energentima (voda, gas, električna energija) budući da je protokol standardizovan u skladu sa IEEE 802.15.4 (Low Power, Mesh Network) za 2,4 GHz mreže. Zigbee uređaji u Evropi komuniciraju na 868 MHz, dok oni koji su predviđeni za amerčiko tržište koriste 915 MHz. O ovome treba voditi računa pri nabavci opreme. Bezbednost podataka u Zigbee komunikacijama se osigurava AES-128 enkripcijom, a mreža raste time što se uređaji međusobno povezuju i tako „osvajaju“ zonu prostiranja. Da bi se uređaj povezao u postojeći Zigbee mrežu potreban je poseban modul sa antenom i nije moguće koristiti Wi-Fi modul bez obzira što je i on specificiran na 2.4 GHz.
Thread je komunikacioni protokol koga su definisale velike kompanije Google, Apple i Amazon sa idejom da objedine uređaje koje nude za Home Automation u jednu mrežu. Ovaj protokol takođe koristi IEEE 802.15.4 standard i 2,4 GHz mrežu i oslanja se na IPv6 te omogućava IP komunikaciju. Mrežu formiraju uređaji i Thread ruter (hub) koji je povezan i na internet, te je u ulozi bridža između njega i lokalne Thread mreže. Korisnik habu diretno, a mreži preko njega pristupa koristeći internet mrežu. Na osnovu zadatih komandi hub-u on dalje komunicira sa uređajima u mreži. Generalna namena Thread protokola je povezivanje IoT uređaja i njihova kontrola.
Matter je poseban standard za komunikaciju i povezivanje uređaja koji može koristiti bilo koju mrežu koja podržava IPv6 protokol. Na početku je ideja bila da se u okviru pametnog doma povežu svi uređaji svih proizvođača u „plug-and-play“ maniru. Danas Matter podržava prenos preko Thread, Wi-Fi i Ethernet mreže. Često se, kao što je i u ovom slučaju implementacija Matter standarda preko Thread mreže naziva samo Matter, umesto Matter over Thread. Jasno je da su Zigbee i Z-Wave uređaji, osim ako imaju dodatni modul, zvanično nestandardizovani u Matter smislu. Kada je uređaj Matter over Thread, samo da zaključimo, znamo da koristi Thread protokol koji zadovoljava Matter standard i može komunicirati sa bilo kojim drugim Matter uređajima, bez obzira preko koje infrastrukture se vrši komunikacija.
Na našim testovima obično su Home Automation uređaji imali Zigbee/Thread modul, pomenimo: Home Assistan Yellow, Mixtile Edge 2 sa dodatnim komunikacionim modulom (on čak jedini ima i Z-Wave) ili JetHome JetHub D1+. Ukoliko razvijate sopstveno rešenje pokazalo se da je RISC-V Espressif ESP32-C6 SoC ekonomičan izbor za pokretanje Zigbee/Thread kompatibilnog uređaja. Videli smo ga i u minijaturnom razvojnom sistemu XIAO ESP32-C6 velične poštanske marke, ali i u sklopu pametnog tač displeja Elecrow CrowPanel Advance 7“ AI HM na dodatnoj kartici. Sada je pred nama možda „nova zvezda“ – Silicon Labs EFR32MG24 SoC, koga pokreće 78MHz ARM Cortex-M33 jezgro. Ovaj SoC ne samo da ima Matter over Thread, već i Bluetooth LE 5.3, ali nema Wi-Fi. Seeed Studio ga je predstavio u svojoj XIAO seriji u dva modela: XIAO MG24 i XIAO MG24 Sense sa dodatnim analognim mikrofonom i šesto-osnim IMU senzorom. Po logici Seeed Studio inženjera ova kombinacija dodatnih senzora je prilagođena aplikacijama koje reaguju na gestikulaciju, a koriste TinyML za obradu podataka sa MEMS senzora.
Hardver
Kao i kod svih XIAO ploča i na ovome je SoC sakriven ispod metalnog zaštitnika na kome je nalepnica sa oznakama. Kod XIAO Sense modela kao što je ovaj tu se nalazi i STM LSM6DS3TR-C MEMS 3D akcelerometar i 3D žiroskop sa digitalnim izlaznim signalom. Integrisani u SoC su i 256 kB RAM-a i 1536 KB Flasha u čipu i dodatnih 4 MB Flash-a na ploči. Krupno i jasno je označeno da je proizvod u skladu sa FCC i CE regulativama – što može biti bitno u slučaju ugradnje XIAO-a kao embedovanog modula.
Pored USB-C ulaza na programiranje i napajanje – mada je moguće i baterijsko, ali o tome kasnije – nalazi se reset dugme. Malo je neudobno, ali ga Seeed Studio ugrađuje na svim pločama, te je postalo standardno rešenje. Sa druge strane je LED dioda sa dva svetlosna izvora: crvenim koji indikacija napajanja i narandžastim koji može kontrolisati korisnik.
Ako pogledamo „dno“ pločice vidimo U.FL konektor za Thread, BLE i Zigbee eksternu antenu. Desno od njega je već ugrađena on-board antena i u većini slučajeva će ona imati dovoljan domet. Metalna komponenta sa crnim kružnim otvorom i oznakom MG05 D143 je omnidirekcioni MEMS mikrofon MSM381ACT001 sa analognim izlaznim signalom.
Sa naličja, kao i kod svih XIAO ploča nalaze se oznake za ivične konektore, kao i dodatne označene konekorske tačke. Ovde otkrivamo jedan interesantan detalj. Gornja grupa konektorskih tačaka: M_CLK, M_DIO i M_R su SWD (Serial Wire Debug interfejs za programiranje i dibag ARM Cortex-M mikrokontrolera) interfejs za MG24 – što je skraćena oznaka za silicon Labs EFR32MG24B220F1536IM48 mikrokontroler.
Sledeća grupu čine S_R, S_CLK i S_DIO, dakle isti signali potrebni za SWD, ali ovog puta za SAMD11. Naime SAMD11 sa CMSIS-DAP-om je integrisan na XIAO MG24 i omogućava flešovanje, dibagovanje, loger i druge funkcije preko USB porta.
Na kraju tu su i dve tačke za eksternu 3.7 VDC punjivu litijumsku bateriju. U zavisnosti od režima rada SoC vuče različite struje. U normalnom radu potrebno mu je nešto više do 6.5 mA, u sleep modu oko 2 mA, a u deep sleep oko 2 μA. Deep sleep i sleep modovi su kod baterijskog napajanja veoma bitni, posebno za uređaje integrisane u pametom domu kod kojih se procesor većinu vremena i nalazi u tom stanju.
Signalni pinovi i tačke su multipleksirane i iz pin-out šeme vidimo da ploča omogućava do 19 analognih ili digitalnih IO-a, dva SPI interfejsa, jedan I2C, kao i UART vezan za MG24 i UART vezan za dodatni SAMD11.
Napomena: Ako vas interesuje SAMD11 pogledajte našu recenziju XIAO sistema za nešto opremljeniji ali generalno veoma slični SAMD21.
Softver
XIAO MG24 ima odličnu podršku softvera i jezika za programiranje. Kao i svi XIAO sistemi može se programirati u Arduino IDE, Python-u i PlatformIO-u. Na Seeed Studio sajtu data su detaljna uputstva sa programskim primerima. Ističemo da su primeri potpuno funkcionalni. Ovo kažemo jer smo se kod nekih proizvođača razvojnih sistema susretali sa primerima i uputstvima koja nemaju svaki korak, ili što je još gore nemoguće ih je rekreirati. Seeed Studio je jedna od firmi koja zaista drži do kvaliteta podrške bez obzira što cena pojedinačnog uređaja koji nude može biti reda veličine pet do deset dolara.
Među primerima koji su dati posebno su važni oni o korišćenju, ulazu i izlasku SoC-a vezanih za različiti mod rada (normal, sleep, deep sleep), kao i oni koji pokazuju kako se realizuje Matter ili Bluetooth komunikacija. Ovi primeri su veoma bitni, jer pokrivaju specifičnosti ovog SoC-a, time i najčešće aplikativne situacije, a one su u krajnjem slučaju i razlog zašto bi neko izabrao ovaj XIAO MG24.
Među RTOS-evima odlično je što je Zaphyr takođe portovan na ovaj SoC i više o tome se može naći na njihovom sajtu.
Zaključak
Integrisan 2.4 GHz transiver podržava veći broj protokola, pa je ovaj XIAO MG24 moguće povezati u Matter, OpenThread, Zigbee, Bluetooth LE 5.3 i Bluetooth mesh mrežu. Zbog malih dimenzija, male potrošnje posebno u sleep i deep sleep modovima, kao i mogućnosti da se napaja baterijski dopunjivom litijumskom baterijom od 3.7 VDC dolazimo i do zaključka da je ovaj minijaturni razvojni sistem naročito pogodan za embedovanje u korisničko gotovo rešenje. Ne zaboravimo CE i FCC oznake.
Odlična podrška kroz detaljna uputstva i funkcionalne primere, posebno one koji se odnose na mrežne komunikacije i upravljanje modovima rada, omogućavaju brzi i lak start čak i manje iskusnim mejkerima. Dato je i uputstvo ukoliko dođe do slučajnog brikovanje SoC-a u deep sleep modu. Za one kojima je u projektu bitna upotreba RTOS-a dobra je vest da je Zaphyr zvanično portovao ovaj SoC – voleli bi da to uradi u Nuttx.
Cena XIAO MG24 sa 78 MHz ARM Cortex-M33 jezgrom u osnovnoj varijanti bez MEMS senzora je samo $7.90, dok je sa analognim MEMS mikrofonom i digitalnim MEMS 3D žiroskopom/akcelerometrom njegova cena $10.90. XIAO MG24, moramo sada istaći nema mogućnost povezivanja na Wi-Fi mrežu. Od komunikaciono sličnih platformi imamo XIAO nRF54L15 po ceni od $9.90 i $15.11 za standard i sense verzije respektivno, ali on omogućava BLE 6.0, Matter, Thread i Zigbee i ima 128 MHz ARM Cortex-M33 jezgro. Nažalost nema ArduinoIDE podrške. Drugi konkurent je pomenuti XIAO ESP32-C6 SoC sa 20 MHz RISC-V jezgrom koji omogućava 2.4GHz Wi-Fi 6, BLE 5, Zigbee i Thread i koji se proizvodi samo u osnovnoj varijanti, a prodaje po ceni os $5.20. Dakle, ponuda je raznorodna, i nema univerzalno idealne platforme, no na vama je da odaberete XIAO koji vam najviše odgovara.
