Gateway modulari per applicazioni IoT

Il Box Pc di Technagon, declinato sotto forma di un gateway per applicazioni IoT, rappresenta sicuramente un prodotto innovativo. Le novità sono tante: lo standard eNuc per il Box Pc, lo standard Smarc 2.0 per i moduli, mentre i processori Atom, Celeron e Pentium di Intel sono stati introdotti nel mese di ottobre. Non vi è dubbio che i nuovi gateway per applicazioni IoT di Technagon siano la sintesi del concetto di novità. A causa della sempre crescente richiesta di soluzioni ad alte prestazioni dotate di connettività IoT, Technagon, Odm specializzato nella progettazione e realizzazione di sistemi embedded complessi destinati a una pluralità di applicazioni, tra cui cartellonistica digitale, sistemi PoS, chioschi, distributori automatici e sistemi per la e-mobility, ha preso la decisione strategica di integrare un proprio gateway IoT da utilizzare come componente application-ready in numerose applicazioni sviluppate per i propri clienti.

Soluzioni a livello di sistema

L’ispirazione che ha portato a uno sviluppo di questo tipo è dovuta a uno dei clienti di Technagon, un produttore operante nel segmento automotive, che aveva requisiti specifici per le proprie stazioni di ricarica per veicoli elettrici. Un sistema centrale doveva integrare parecchie stazioni di ricarica attraverso un server che gestisce le colonnine di ricarica nella rete dei rispettivi concessionari. Il server permette al concessionario di accedere a tutte le funzioni utili on-site e consente all’operatore di effettuare tutte le operazioni di gestione remota necessarie per garantire il regolare funzionamento delle stazioni di ricarica, aggiornamenti funzionali compresi. Nello stesso tempo il server assicura una separazione sicura tra la rete dei concessionari e l’infrastruttura di ricarica. In passato, Technagon aveva sviluppato e realizzato gateway di questo sotto forma di sistemi rack da 19” da installare nelle sale server dei concessionari. Grazie alle sempre più elevate prestazioni offerte dai processori embedded come i dispositivi Atom, Celeron e Pentium di recente rilasciati da Intel e alla necessità di disporre di sistemi embedded ubicati in aree esterne per le singole stazioni di ricarica o per i sistemi di cartellonistica digitale, Technagon ha deciso di sviluppare una famiglia di Box Pc embedded rugged che possono essere installati dovunque, ovvero negli armadi di controllo, in apparati montati a muro, all’esterno o come sistemi su supporto Vesa installati nella parte posteriore di un display.

Soluzioni singole basate su standard

La sfida da affrontare era soddisfare le molteplici esigenze di applicazioni diverse tra loro sfruttando tecnologie di base standard. L’obiettivo era sviluppare una soluzione innovativa, completa e basata su standard esistenti, in modo da sfruttare i vantaggi derivati dalla disponibilità di un ecosistema completo di moduli già esistente. Come spesso accade, il settore commerciale ha fornito indicazioni sullo standard per computer embedded in grado di soddisfare al meglio i requisiti imposti, in questo caso embedded Nuc (eNuc). Questo standard per schede e sistemi, sviluppato da Sget, prevede una scheda di dimensioni pari a 10,16 cm² con un’area di I/O primaria sulla parte anteriore e una su quella posteriore. Per garantire la completa intercambiabilità di schede e alloggiamenti lo standard definisce anche le specifiche per il progetto delle soluzioni di raffreddamento e dell’alimentatore. Con un’area della base pari a soli 100 cm², la scheda è destinata all’uso in progetti di piccole dimensioni. In un prossimo futuro è previsto che le specifiche eNuc definiscano anche il progetto dell’alloggiamento in modo tale che l’utente possa fare affidamento su un’ampia gamma di specifiche a livello di sistema, che includeranno anche l’alloggiamento sviluppato da Technagon. In definitiva, nel nuovo sistema TeNuc-100 tutto è basato su standard.

Box Pc o Gateway per IoT?

Per poterlo qualificare come gateway per applicazioni IoT, il Box-Pc eNuc deve integrare tutte le interfacce richieste. Oltre a due interfacce
Ethernet standard che consentono l’integrazione verticale oppure orizzontale del sistema attraverso reti separate, è importante prevedere il supporto di interfacce wireless in quanto le applicazioni IoT sono spesso collegate attraverso interfacce radiomobili 3G/4G o Lte a server Cloud centralizzati. Essi inoltre sono utilizzati come gateway per una vasta gamma di differenti reti di sensori wireless. Gli standard radio per comunicazioni a basso consumo su lunghe distanze come LoRa, 6LoWpan e SigFox, oppure 3Gpp, Lte-Mtc e Unb, sono ampiamente utilizzati in applicazioni per la smart city e le reti intelligenti per la distribuzione dell’energia. Oltre a ciò, per comunicazioni su brevi distanze sono stati sviluppati numerosi protocolli wireless, come ad esempio Wlan, Bluetooth Low Energy, Nfc e altri protocolli radio utilizzati in applicazioni IoT come ZigBee, Z -Wave o Thread, oltre a protocolli radio proprietari: ovviamente un gateway per IoT universale deve essere in grado di supportare questa pluralità di standard. Per questa ragione Technagon ha equipaggiato il Box-Pc TeNuc con due slot Mini-PCIe estremamente versatili in grado di ospitare moduli di espansione per tutti gli standard appena sopra menzionati. Il sistema può essere realizzato con due antenne per ciascun modulo per garantire la più elevata qualità del segnale radio per qualsiasi interfaccia wireless. In opzione una terza interfaccia radio può essere integrata sulla scheda carrier eNuc. Il sistema può sfruttare i vantaggi derivati dall’impiego degli innovativi moduli basati sullo standard Smarc 2.0, il quale prevede l’implementazione diretta di interfacce radio native sul modulo.

Moduli come carte di credito

Con la scelta di moduli basati su Smarc 2.0 Technagon ha optato per la soluzione più valida dal punto di vista tecnico al momento disponibile: essi infatti utilizzano processori in architettura sia Arm sia x86, che assicurano la massima scalabilità e sono offerti in differenti versioni in grado di soddisfare un’ampia gamma di requisiti a livello sia di dispositivi sia di preferenze degli sviluppatori. Di dimensioni pari a quelle di una carta di credito, questo standard per moduli è sicuramente il più innovativo e dotato del maggior numero di interfacce. Lo standard Smarc 2.0 prevede fino a quattro interfacce per display, 2 porte Gigabit Ethernet, PCIe, 2 ingressi Mipi-Csi per telecamere, 2 porte Usb 3.0, 6 porte Usb 2.0, 4 porte Com, Can, Spi e I2C, oltre a porte Hda e 2x I2S per i segnali audio, semplificando in tal modo il progetto di gateway per IoT innovativi in formato Box Pc. Poiché Technagon ha realizzato il Box Pc in formato conforme alle specifiche eNuc e basato sullo standard Smarc 2.0, l’alloggiamento e le schede carrier sono state sviluppare internamente. Per i moduli utilizzati per il progetto del Box-Pc TeNuc-100, Technagon ha deciso di affidarsi a congatec. La tecnologia di congatec, sales technology partner per servizi di progettazione e produzione di sistemi personalizzati destinati ad applicazioni quali sistemi di emissione biglietti e Pos, distributori automatici, cartellonistica digitale ed e-mobility, è quindi divenuta parte integrante della soluzione di Technagon.

Sistemi e processori: un lancio in contemporanea

La stretta cooperazione con congatec ha consentito a Technagon di integrare in tempi brevi i più recenti processori in progetti specifici, garantendo in tal modo ai propri clienti un sensibile vantaggio in termini sia di tecnologia sia di time to market. A electronica 2016 Technagon ha presentato un esempio frutto di questa collaborazione sotto forma di sistema Odm per un server per le colonnine di ricarica equipaggiato con i primi moduli CoM conformi allo standard Smarc 2.0 che ospitano i processori Atom, Celeron e Pentium di Intel. Questa nuova linea di processori è stata rilasciata alla fine dello scorso mese di ottobre in contemporanea al lancio del primo modulo Smarc 2.0 di congatec. Contemporaneamente Technagon ha sviluppato il Box Pc TeNuc-100 ed è stata in grado di presentarlo in coincidenza con il lancio dei processori. Tutto ciò, ovviamente, ha riflessi favorevoli sul time to market. L’insieme di caratteristiche del nuovo Box Pc TeNuc-100 di Technagon, dotato di alimentatore con ampio range di ingresso, è decisamente interessante. La configurazione base prevede una DisplayPort, Lvds e interfaccia Mipi Csi per telecamere utile per impieghi quali cartellonistica digitale intelligente, sistemi di controllo degli accessi basati sulla visione, sorveglianza video e in numerose altre applicazioni video di tipo interattivo. Le interfacce video per applicazioni IoT sono disponibili attraverso due slot Mini PCIe che, ovviamente, possono supportare altri moduli di espansione. Le connessioni attraverso 2 porte Lan con funzionalità PoE contribuiscono a ridurre i costi dei cablaggi in quanto il sistema non necessita di un proprio alimentatore. Sono inoltre previste due porte Usb 3.0 per le periferiche e una porta client Usb utilizzabile come interfaccia di gestione locale. Per quanto concerne i supporti di memorizzazione, sono previsti uno slot per schede MicroSD e una porta Sata, oltre a un massimo di 64 GB di memoria flash disponibile sul modulo Smarc 2.0. Come Gpio opzionali, è possibile integrare attraverso uno slot di espansione interfacce RS232 e RS485, porte I2S e Hda, 2 porte Can, Spi, eSpi e chip di sicurezza, oltre a ulteriori sensori di temperatura, accelerazione, rotazione e altri ancora. È possibile utilizzare vari progetti della scheda per lo slot di espansione al fine di creare versioni personalizzate. Tutto questo insieme di caratteristiche è disponibile in alloggiamenti che prevedono varie configurazioni: una versione box per applicazioni desktop, due per montaggio a parete o su guida Din, oltre a una versione conforme allo standard Vesa per il montaggio su monitor. Oltre a ciò sono previste numerosi altri tipi di alloggiamenti, compreso un contenitore in alluminio estremamente robusto per applicazioni esterne: smart city, settore energetico, trasporti e ferroviario, oltre a un’ampia gamma di applicazioni IoT.

Una gamma completa di servizi di ingegnerizzazione

Ai propri clienti che sono fornitori di soluzioni, Technagon offre anche il middleware completo fino al livello dell’applicazione o persino l’intero applicativo per i server delle colonnine di ricarica. Come accade per molti altri sistemi, il nuovo Box Pc TeNuc-100 non è proposto come un sistema standard. Esso è fornito ai clienti Odm e verificato dal punto di vista sia del software sia dei moduli di espansione richiesti dal cliente Oem per ciascun progetto Odm specifico. I box offrono una miriadi di differenti possibilità agli utenti. Essi possono essere forniti, ad esempio, con un gateway IoT per reti di sensori nelle smart city o per tutti i tipi di distributori automatici, applicazioni che oggi richiedono connessioni IoT per integrare nuovi sistemi di pagamento come Nfc oppure conformarsi con i requisiti fiscali per la contabilità nel modo più efficiente possibile. Per soddisfare tali requisiti, nei progetti che riguardano le smart city Technagon integra i sensori distribuiti mentre nel caso dei distributori automatici include l’insieme di periferiche richieste in modo da offrire agli Oem una soluzione personalizzata completa che comprende anche il middleware e i livelli applicativi fino al device Cloud. I servizi Ees (Extended engineering service) di Technagon rappresentano dunque un punto qualificante dell’offerta e sono in grado di soddisfare le esigenze di numerose start-up che si affacciano al mondo IoT e devono introdurre sul mercato soluzioni innovative, originali e caratterizzate da un elevato livello qualitativo nel tempo più breve e nel modo più efficiente possibili.

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