Základní jednotky

Přehled

Základní jednotka je samostatně fungující plnohodnotý kus hardware, který je schopný připojení do cloudu a autonomní funkce. Základní jednotky mají programovatelné vstupy a výstupy, nejrůznější sběrnice a rozhraní a po napojení jednotek na cloud slouží jednotky jako IoT prvky. V závislosti na na konkrétním typu jednotky se liší druh připojení do cloudu (ethernet, GSM, 6LoWPAN).

Základní jednotka slouží jako řídicí komponenta chytrého zařízení. Většinou je označována názvem IODA a podle typu jednotky se k názvu přidávají další znaky (např. IODAG3E nebo IODAG3L).

Existují následující základní jednotky:

Základní jednotka typu IODAG3E s ethernetovým připojením.

Blokové schéma

Všechny základní jednotky technicky vycházejí ze stejné myšlenky a proto se dá mluvit o společném blokovém schématu pro všechny základní jednotky. Každé zařízení obsahuje řídicí mikrokontrolér, napájecí obvody, komunikační sběrnice, vstupně výstupní piny atp. Konkrétní realizace a typy elektronických komponent však závisí na typu základní jednotky. Na uvedeném obrázku jsou patrné všechny základní bloky jednotek. V podkapitolách níže jsou jednotlivé body rozebrány podrobněji.

#TODO HW-1068

Napájecí obvody

Každý elektronický systém vyžaduje ke své funkci napájení a proto i základní jednotky mají blok starající se o napájení. Zdrojem napájení mohou být obecně nejrůznější adaptéry, energie z USB portu, baterie nebo napájené dodávané po ethernetovém kabelu (PoE).

Každá jednotka má své specifické možnosti napájení a detailní popis napájení je popsán v příslušné kapitole u každé základní jednotky. Možnosti se liší nejen v množství i typech napájecích vstupů, ale i v mezních rozsazích provozních napětí.

Mikrokontrolér

Mikrokontrolér založený na ARM architektuře je mozkem celého zařízení, vykonává uživatelský program a řídí celé zařízení. Obsahuje interní paměť FLASH pro program, interní paměť RAM pro data, vstupy a výstupy, sběrnice a připojují se k němu všechny ostatní periferie.

Část periferií mikrokontroléru je vyhrazena na obsluhu dalších obvodů na desce základní jednotky (externí FLASH paměť, vodiče obvodů ethernetu atp.), další část je dostupná uživateli na konektorech X a Y a část nemusí být ani z mikrokontroléru vyvedena. Podrobnější popis vývodů lze nalézt v popisu každé základní jednotky nebo níže v části Vstupy a výstupy.

Tlačítka, LED

Každá základní jednotka je zpravidla osazena několika tlačítky a signalizačními LED diodami. Jejich účelem je usnadnit ovládaní jednotek a jednoduše vizualizovat vnitřní stavy zařízení. Fyzické umístění tlačítek a LED diod může být odlišné pro jednotlivé základní jednotky.

Všechny jednotky mají v základu User a Reset tlačítko. Tlačítko Reset slouží k hardwarovému restartu mikrokontroléru jednotky a hodí se zejména při vývoji. Po jeho stisku základní jednotka přeruší veškeré operace a řídicí program mikrokontroléru se začne vykonávat znovu od začátku. Tlačítko User se hodí pro napojení na libovolnou v programu definovanou funkcionalitu (vykonání něčeho po stisku tlačítka). Během startu základních jednotek slouží User tlačítko pro vstup do Bootloaderu.

Vstupy a výstupy

Jak již bylo naznačeno v části o mikrokontroléru, základní jednotky disponují množinou vstupů a výstupů. Obecně můžeme mluvit o signálových vstupech/výstupech a o napájecích vývodech. Signálové vstupy a výstupy jsou typicky vyvedeny přímo z mikrokontroléru a zahrnují nejrůznější sběrnice (UART, I2C, SPI, ...), AD či DA převodníky, PWM výstupy, obecné GPIO (General-purpose input/output) atp. Na tyto piny uživatel připojuje další aplikačně specifické obvody (akční členy, senzory, jiné jednotky, atp.). Napájecí vývody umožňují vyvést interní napájecí větvě i mimo základní jednotku (3V3, VBUS) případně skrze ně základní jednotku napájet.

Základní jednotky disponují X a Y konektory, na které jsou popsané signály vyvedeny. Více o vlastnostech a použití v části X konektor a Y konektor.

Příklad X konektoru (vlevo) a Y konektory (vpravo) na základní desce IODAG3E.

SWD

Rozhraním SWD (Serial Wire Debug) je vybavena každá základní jednotka a hodí se při vývoji na zařízení. Přes SWD rozhraní je možné do základních jednotek nahrávat zkompilovaný firmware nebo debugovat běžící program. Více informací o možnostech programování je v článku o offline programování.

Konektivita do cloudu

Pro připojení základní jednotky do cloudu se používají různé technologie (ethernet, GSM, 6LoWPAN) a každá z nich vyžaduje další specifické hardwarové komponenty. Z tohoto důvodu je v blokovém schématu uvedena komponenta Konektivita do internetu (#TODO přejmenovat na ang. výraz) a její implementace se odvíjí od typu jednotky.

Typy základních jednotek

V současné době disponujeme dvěma typy základních jednotek a to typem IODAG3E s ethernetovým připojením a volitelnou GSM a/nebo 6LoWPAN konektivitou a nízkopříkonovým typem IODAG3L výhradně s 6LoWPAN připojením.