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無線モジュール搭載IoT機器の開発には幅広い知見と技術が必要です

みなさん、初めまして。
ソフトウェア設計課の宗平と申します。よろしくお願いいたします。

WTIブログにこれまで幾度となく登場してきたキーワードとして、「IoT」や「無線通信」がありますが、無線通信機能を有するIoT機器を一から製作するには、技術的に困難な課題がいくつか存在します。

【ハードウェア的観点】

アンテナ設計・基板パターン等のハードウェア的な調整が必要である。

【ソフトウェア的観点】

無線通信規格に沿ったプロトコルスタックの実装が必要である。

【その他】

技術適合認定(技適)を受ける必要がある。

 

そこで、より簡単に無線通信機能を実現するための手段として、無線モジュールを基板に搭載するという選択肢があります。無線モジュールとは、アンテナ、無線チップ及び通信制御を行うコントローラを含む周辺回路が一体となった小型モジュールのことです。(コントローラには、通信規格に沿ったプロトコルスタックが実装されています。)

さらに、技適取得済みのものを選定すれば、面倒な認定作業を行うことなく、製品に組み込むことが可能です。なお技適が取得できていないものは、電波法上電波を出力することはできないため注意が必要です。(ちなみに、弊社では技適認証の取得代行サービスもやっていますので、お客様のご要望に広くお応えすることが可能です。)

上述のとおり、通信における最も複雑な制御や面倒な作業は無線モジュールを選択することにより解消することができますが、アプリケーションに組み込む際には、無線モジュールが用意するAPI(Application Programming Interface)を理解し、それらを適切なシーケンスで制御する必要があります。

無線モジュールメーカー各社が用意しているAPIコマンド群に違いはありますが、特定の動作を行うためのコマンドシーケンスにはある程度共通したものがあります。例えば、「アクセスポイントをスキャンする⇒アクセスポイントへの接続要求を発行する。」といった動作です。

弊社では、これまでに、複数社の無線モジュールについて制御アプリケーションの開発実績があります。

ある無線モジュールの使用実績があれば、その他のモジュールを使用する際の勘所もつかめますので、同じ規格であれば、他社の無線モジュールでもアプリケーションを比較的スムーズに開発することが可能です。

また無線通信機能を有するIoT機器の場合、利便性を考えると電池駆動での使用が必須になりますが、少しでも長い寿命で動作させるには、無線モジュールやホストマイコンの消費電力を如何に抑えるかが重要になります。

特に無線モジュールは電波の送受信に大きな電力を消費するため、その低消費電力化のノウハウがIoT機器にとって非常に重要となります。例えば、以下に挙げる低消費電力化の対策を行うことによって、電池の長寿命化や小型化が実現できます。

  • 通信規格を理解し通信頻度や無線モジュールの使用を最少化する。
  • スリープモードを駆使する。
  • 場合よってはシャットダウン機能を設け無線モジュールの待機電流を極限まで削減する。

また、通信規格(ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth 等)によっても消費電力は異なってきますので、使用する用途(通信速度・通信距離等)から適切な無線規格の選定を行い、最適な無線モジュールを選択し、検討することが可能です。

WTIの開発領域として、無線モジュールを制御するソフトウェアの開発~センサ等の周辺回路まで幅広い対応が可能です。この特長を活かし、IoT機器としてより付加価値の高い製品の開発に貢献できればと考えています。

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