不甘初階學習定位,Arduino產業化運用觀察

作者:陸向陽

上個月CES 2020期間Arduino陣營發佈一篇新聞:Arduino goes PRO at CES 2020,意思是Arduino走入專業運用,具體作為則是預告將發售一款新的Arduino系統板:Arduino Portenta H7。

Arduino Portenta H7系統板(圖片來源:Arduino)

筆者觀察,這片新的系統板等於補足Arduino產業化運用的最後一塊,或說是完整物聯網方案的最後一塊。行文至此讀者們可能疑惑一點:Arduino也能產業化運用?Arduino不是只用於初階探索學習或概念試製驗證嗎?

對此答案是肯定的,特別是Arduino已累積有3,000萬個活躍用戶,Arduino與樹莓派一樣也開始有產業化運用的專屬硬體發展,並為此積極升級擴充,以下筆者將對此趨向進行觀察。

1、 MKR系列,架構升級並鎖定節點應用

針對物聯網與產業化運用Arduino陣營先是推出MKR系列的系統板,目前共計有6片,包含Arduino MKR Vidor 4000(以下均略去Arduino MKR開頭)、NB 1500、GSM 1400、WAN 1310、FOX 1200、WIFI 1010。

6片MKR系列的板子有個共同特點,主控晶片均為Microchip的SAMD21(更早先歸屬於Atmel,然Microchip購併Atmel),與之前的Arduino Zero相同,核心均為arm Cortex-M0+。很明顯Arduino陣營將Arduino系統架構的升級路徑定調為:從8位元AVR架構轉向32位元arm Cortex-M架構。

6片板子的主要差異在於支援不同的無線通訊,NB 1500為NB-IoT、GSM 1400為GSM/3G、WAN 1310為LoRaWAN、FOX 1200為Sigfox(僅在歐洲銷售),WIFI 1010則為Wi-Fi與藍牙。至於Vidor 4000則與WIFI 1010相近但額外提供Intel的FPGA晶片,便於實現彈性化電路設計。

筆者觀察6片板子均是著眼於實現物聯網系統中的感測器節點,Vidor 4000可能適合用於較強力的感測器節點,或某些情況下可充當物聯網閘道器。MKR系列還有一些搭配的載台(carrier)與子電路板(shield),好方便節點系統連接各種感測器、致動器,進行各種概念驗證。

支持各種無線通訊的Arduino MKR系列板(圖片來源:Arduino)

2、 Nano系列,鎖定穿戴式與無人機

Arduino陣營也針對穿戴式電子、無人機等應用提出Nano系列的板子,Nano系列板子僅2片,並以BLE通訊為主,主控晶片為Nordic的nRF52840,核心為Cortex-M4。

3、Arduino PRO Gateway for LoRa

Arduino陣營也針對LoRa、LoRaWAN通訊提出閘道器硬體系統,閘道器可以在868MHz頻段上同時收發8個通道並連接數百個LoRa節點。

除了上述3個類別定位,最新的Portenta系列顯然是針對閘道器應用而來,分析如下。

Portenta系列,針對IOT閘道器而來

Portenta系列目前僅1款,即前述剛發表的Arduino Portenta H7,H7的主控晶片是STMicro的STM32H747,內有2個Cortex-M7核心與1個Cortex-M4核心,很明顯運算力大於前述的MKR系列,能執行Edge端的人工智慧運算(如TensorFlow Lite)。

H7訴求多種應用,如可程式化邏輯控制器(PLC)、機器人、電腦視覺、高階產業機器、實驗室設備、關鍵任務裝置等,但筆者認為H7適合用來物聯網的閘道器,特別是其H7有搭配使用的載台,連接上載台後更像一個完整的閘道器設備。

用來連接、擴充Arduino Portenta H7的載台電路板。(圖片來源:Arduino)

H7除運算力高外也使用不同的作業系統,其使用的是arm提出的mbed OS,另外為了適合產業化運用其可運作溫度範圍也較廣,為攝氏-40至85度。H7的特色分析如下:

1. 軟體支援

H7的出現使Arduino的產業化運用陣容更到位,但Arduino整體升級成32位元Cortex-M系列架構後,軟體也必須有配套支援,對此Arduino陣營推出Arduino Pro IDE,原有的Arduino IDE則被稱為古典版(classic)。另外對更專業的技術人員而言圖形化介面難以滿足其需求,因此也提出命令列(Commend Line Interface, CLI)方式的操作使用。

2. 通訊連接支援

前面提及的MKR系列已說明Arduino支援多種無線通訊,若搭配對應的子電路板也可具備有線通訊,如RS-485、CAN等,不過Arduino陣營也提出Arduino SIM卡,在節點上配置Arduino SIM卡可以在全球100多國漫遊使用。Arduino SIM可在前90天免費使用10MB資料傳輸量,之後每個月每個裝置傳輸5MB資料量收取1.5美元。

3. 雲端支援

不可免俗的,完整的物聯網方案必然要包含雲端集中儲存感測數據,因此Arduino陣營也提供Arduino IoT Cloud服務,筆者觀察此雲端服務高度支援呼應arm提出的物聯網管理平台技術Pelion。

4. 重量級業者支持

Arduino朝PRO(Professional,專業化、產業化運用)的路線發展看似完備,包含硬體提升、產品周全化、軟體配套提升、連接服務與雲端服務等,但是否受產業界買單?答案是肯定的,包含Amazon、arm、Bosch、Google、Intel、Microsoft以及Samsung均表態支持。

不僅支持且已有實際應用,例如Bosch用於智慧城市(停車),GateGoing用於智慧居家(門鎖),COBO Italia用於鏟雪車,Fluid Intelligence用於油源監控,FAMOSA(FArm MOnitoring Systems for Agriculture)用於智慧農業等。

Arduino產業化運用生態示意圖(製圖:陸向陽)

小結

整體而言,Arduino朝產業化發展的方式是以廣大互動聯繫的社群成員為基礎,並維持原有熟悉的程式語法及開發環境,而後升級與改變底層實現技術,進而擴展整體生態系,然而生態能否持續擴大仍有待觀察。

(責任編輯:王姵文)

陸向陽

Author: 陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。

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