Typische IoT-Hardware im Überblick

In diesem Video möchte ich Ihnen typische Hardware-Systeme vorstellen, mit den IoT-Systeme umgesetzt werden, ferner nicht auf fertige speicherprogrammierbare Steuerung gesetzt wird. Hierbei gilt grundsätzlich die Regel, je mehr Leistung benötigt wird, umso mehr Energie wird verbraucht und umso teurer wird die Hardware. Im Umkehrschluss haben die Geräte dann aber auch deutlich mehr Schnittstellen und Funktionalitäten am Bord und können damit mehr Leistung und mehr Funktionen abdecken. Die Skala, die Sie ferner unten sehen, soll für uns ein kleiner Überblick über die Mikrocontroller sein, die ich Ihnen gleich vorstellen werden, wobei links die schwächeren aber sehr günstigen Geräte zu finden sind und so rechts dann später die teureren aber dafür leistungsstärkeren Geräte. Heirbei möchte ich Ihnen zunächst einmal den Arduino Nano vorstellen. Dies ist der kleinste Mikrocontroller der Marke Arduino und verfügt über ein sogenanntes SoC, ein System on a chip. Dieser Mikrocontroller ist weltweit sehr stark verbreitet und dementsprechend auch relativ einfach zu erhalten. Er verfügt über 14 digitale und 8 analoge Zugänge, aber hat keinerlei Kommunikationsmodule wie zum Beispiel Bluetooth oder WLAN. Somit lassen sich mit diesem Mikrocontroller zwar sehr günstig Sensoren und Aktoren miteinander verbinden und steuern. Allerdings wäre ich technisch nicht in der Lage, mit diesem Mikrocontroller Daten zu verschicken, es sei den ich würde zusätzliche Module für die Kommunikation installieren. Arduino hat aber diese Lücke erkannt und hat unterschiedlichste Modelle der Name Familie herausgebracht für unterschiedlichste Anwendungsfälle, unter anderem sogar eins speziell für IoT. Das IoT hat Wi-Fi und Bluetooth sogar direkt am Bord, basierend auf dem ESP32, welches ich Ihnen gleich noch vorstellen werde. Der Stromverbrauch des Nanos selber leigt lediglich bei 19 Milliampere und der Preis beginnt sogar schon bei 8 Euro. Die IoT-Variante verfügt über eine Leistung von 48 Megahertz, 32 Gigabyte SRAM und 256 Gigabyte Flash-Speicher. Programmieren kann man die IoT-Variante im Übrigen mit einer hauseigenen IDE und anschließend ist die IoT-Variante sogar kompatibel zu der Arduino IoT-Cloud und hat vollen TLS-Support. Der ESP32, von dem ich gerade gesprochen habe, der in der IoT-Variante von Arduino schon implementiert ist, ist ebenfalls ein Mikrocontroller der Firma Espressif. Der Controller ist aus dem Jahr 2016, im Gegensatz zum Arduino Nano ist hier bereits WLAN und Bluetooth am Bord. Die CPU leistet ist zu 240 Megahertz und wir haben 500 Kilobyte SRAM und 400 Kilobyte ROM sogar direkt am Bord. Zudem arbeitet ESP32, wie das Wort schon sagt, mit 32 Bit und die Betriebsspannung liegt bei 3,3 Volt, was sehr dienlich ist für Sensoren und Aktoren, weil es kompatibel zu den ist und keine zusätzliche Pegelumwandlung notwendig wird. Die Preise variieren hier zwischen 5 und 10 Euro je nachdem, welche Variante man von ESP32 kauft, und wie bei Andruino lässt sich hier das SoC mit einer eigenen IDE programmieren und Arduino IDE ist beispielsweise hier auch kompatibel. Letzteres wahrscheinlich, weil Arduino eben auf ESP32 basiert. Im Sommer hat der ESP32 24 sogenannte GPIOs, das sind general, proposal, input und output Interfaces. Mit denen lassen sich Sensoren und Aktoren anschließen und steuern. Als letzte Hardware-Komponente möchte ich Ihnen hier den Raspberry Pi vorstellen. Raspberry Pi ist mittlerweile in der vierten Generation mit einem sehr starken Prozessor, wie Sie hier auf dem Bild auch schon erkennen können und die Raspberry Pi ist eines der bekanntesten Einplatinencomputer der Welt. Dank der potenziellen CPU und GPU lässt sich mit dem Raspberry Pi sogar konventionelle Desktops erstellen. Das bringt uns also in eine glückliche Situation, wenn wir den Raspberry Pi als Controller nützen würden, dass wir eine Mensch zur Maschine-Schnittstelle damit ohne Probleme gewährleisten könnten, weil hier auch Outputs mit einem Monitor ohne Probleme möglich wären. Aufgrund 24 vorhandener GPIO Pins kann ich auch wunderbar Sensoren und Aktoren verbinden und ich habe zusätzlich noch Konnektivitätsmodulen wie beispielsweise Bluetooth Low Energy, WLAN, USB, Ethernet etc. Damit sind natürlich komplett andere Möglichkeiten realisierbar als beispielsweise zuvor mit der ESP32 oder der Arduino. Jedoch muss man hier auch sagen, dass sich das im Preis widerspiegelt, denn die Raspberry Pi kostet ungefähr 45 Euro und zudem wird dann noch zusätzlich eine Micros-SD-Karte benötigt, auf der dann das Betriebssystem installiert werden muss. Alles in allem wird aber trotzdem die Raspberry Pi sehr, sehr gerne für sehr, sehr viele IoT-Projekte eingesetzt und ist mit Sicherheit keine verkehrte Wahl.