Se la tua applicazione IoT necessita di vari sensori e di un potente processore connesso all'IoT, oltre che di un percorso rapido per ottenere un prototipo funzionante, la Sensor Mezzanine Board (scheda mezzanine per sensori) e la scheda SD 600eval di TE Connectivity (TE) sono le soluzioni perfette.
Introduzione
I sensori rappresentano gli occhi e le orecchie dell'Internet of Things (IoT, Internet delle cose). Senza i sensori, da dove ricaveremmo le informazioni necessarie a effettuare le analisi dei big data che sono alla base delle applicazioni IoT? I sensori ambientali contribuiscono a regolare in modo efficiente gli impianti di riscaldamento e raffreddamento negli edifici intelligenti, mentre, nelle applicazioni agricole più complesse, controllano con efficienza l'umidità e le condizioni del terreno per gestire la cura delle colture, l'individuazione dei parassiti, la raccolta e persino il trasporto. Le opportunità per trasformare i dati raccolti dai sensori in informazioni in grado di spingere nuovi business e modelli di business sono in costante aumento, quindi essere i primi a portare sul mercato una nuova idea potrebbe rivelarsi l'elemento più importante per il successo di un nuovo prodotto IoT.
Uno dei modi migliori per velocizzare i tempi di immissione sul mercato è quello di utilizzare dell'hardware di sviluppo esistente con un codice funzionante e sistemi operativi e supporto per le applicazioni di alto livello. Nel caso delle applicazioni IoT, questo di solito significa avere a disposizione una scheda processore standard con Android, Linux o Windows IoT core già in esecuzione. Una scheda di espansione dei sensori con una vasta gamma di funzioni dei sensori (ambientali e di localizzazione) compatibile con la scheda processore principale fornirebbe un sistema completo da cui sviluppare le applicazioni desiderate. Utilizzare una scheda processore Arrow SD 600eval e una Sensor Mezzanine Board (scheda mezzanine per sensori) di TE Connectivity (TE) potrebbe essere proprio la soluzione giusta per sviluppare le soluzioni IoT in tempi record.
Utilizzo di una scheda di sviluppo sensori per velocizzare la progettazione
Uno dei metodi più veloci per avviare la progettazione è iniziare da una scheda di sviluppo che disponga dei sensori desiderati per il progetto. In questo modo, è possibile anticipare lo sviluppo del software, prima di avere il fattore di forma finale per l'hardware di destinazione. Con l'avvento dei fattori di forma standard per i kit di sviluppo, come il popolare standard 96boards, è diventato molto più semplice trovare schede madri, come Arrow SD 600eval, con la potenza di elaborazione, la memoria integrata e un set di periferiche necessari alle applicazioni IoT complesse. La scheda di sviluppo Sensor Shield di TE, mostrata nella figura 1 di seguito, alloggia tre diffusi sensori in un fattore di forma standard compatibile con lo standard 96boards.
Figura 1: la scheda di sviluppo Sensor Shield di TE (figura tratta dal PDF Mezzanine)
I sensori inclusi nella scheda Sensor Shield di TE includono il sensore di pressione, temperatura e umidità MS8607, il sensore di temperatura TSYS01 e il sensore di posizione rotazionale e lineare KMA36. Questi sensori utilizzano interfacce seriali standard che semplificano la connessione a un microcontroller e dispongono di funzionalità avanzate ideali per le applicazioni dell'Internet delle cose.
Un sensore combinato e dalle dimensioni compatte: MS8607
In molte applicazioni IoT, le dimensioni compatte e i consumi ridotti sono requisiti fondamentali. Un sensore combinato di dimensioni ridotte che offre informazioni su pressione, umidità e temperatura, può essere un'ottima soluzione per applicazioni con vincoli relativi a dimensioni e consumi. Il sensore MS8607 di TE non solo offre dimensioni ridotte, grazie al piccolissimo pacchetto QFN da 5 x 3 x 1 mm (mostrato nella figura 2 di seguito), ma garantisce anche un vasto range d'esercizio da 10 a 2.000 mbar per la pressione, da 0% RH a 100% RH per l'umidità e da -40 a 85 oC per la temperatura. Inoltre, MS8607 di TE offre un'eccellente risoluzione per le più comuni applicazioni IoT, con 0,016 mbar, 0,04% RH e 0,01 oC. La tensione di alimentazione opera con un voltaggio ampio, da 1,5 V a 3,6 V, per supportare il funzionamento a bassa potenza. L'interfaccia seriale I2C semplifica la connessione del sensore MS8607 a un microcontroller standard.
Figura 2: il sensore combinato MS8607 di TE di dimensioni ridotte in un pacchetto QFN da 5 x 3 x 1 mm
La funzionalità ad alta risoluzione per la misurazione della pressione combinata con la notevole linearità di pressione, umidità e temperatura (PHT, pressione, umidità, temperatura) rendono il sensore MS8607 una soluzione ideale per il monitoraggio ambientale, come nel caso di altimetri per smartphone, tablet e PC e applicazioni PHT quali sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (sistemi HVAC), stazioni meteorologiche, stampanti 3D di precisione, elettrodomestici e umidificatori. Il sensore MS8607 è fabbricato utilizzando la comprovata tecnologia MEMS, largamente utilizzata da più di un decennio.
Circuito integrato di posizione rotazionale e lineare KMA36 ad alta precisione
Il rilevamento della posizione può essere un elemento fondamentale nelle applicazioni IoT industriali, per le quali la posizione di un elemento meccanico, come un motore, una valvola o il braccio di un robot, controlla un processo complesso. Spesso, in tali applicazioni, il funzionamento senza contatti, l'alta precisione, la resistenza all'usura a la tolleranza ai cambiamenti ambientali sono anch'essi requisiti molto importanti. KMA36 di TE è un circuito integrato con sensore di posizione magnetico universale, estremamente affidabile e ad alta precisione. Il sensore garantisce misurazioni rotazionali e lineari precise con una risoluzione fino a 0,04 gradi utilizzando 13 bit. Come illustrato nella figura 2, di seguito, esso unisce un elemento magnetoresistivo a un convertitore analogico-digitale e a funzioni di elaborazione del segnale, completamente integrate in un pacchetto TSSOP con fattore di forma standard e di dimensioni ridotte.
Figura 3: diagramma a blocchi del circuito integrato di posizione rotazionale e lineare KMA36 di TE ad alta precisione
In applicazioni in cui la precisione è importante, la tecnologia AMR (magnetoresistiva anisotropica) utilizzata da KMA36 di TE è in grado di determinare accuratamente senza contatto meccanico l'angolo magnetico di un magnete esterno su un raggio completo di 360°, oltre alla posizione incrementale su una banda magnetica con una lunghezza del polo di 5 mm. Le modalità di sospensione e di basso consumo e l'attivazione automatica tramite I2C, rendono KMA36 una scelta eccellente per le applicazioni basate su batteria. I dati di posizione possono essere trasmessi con un bus di comunicazione PWM o I2C digitale, sia per funzionamento indipendente che per applicazioni basate su microcontroller. I parametri programmabili offrono all'utente una vasta gamma di opzioni di configurazione che semplificano ulteriormente l'elaborazione dei dati. KMA36 è quasi insensibile al flusso magnetico determinato da tolleranze meccaniche, alle variazioni di temperatura o allo stress termico. Il funzionamento che non richiede manutenzione e l'elevata ampiezza di banda consentono implementazioni robuste anche in ambienti industriali estremi.
Sensore di temperatura ad alta risoluzione TSYS01
In molte applicazioni industriali di elaborazione IoT, è fondamentale una misurazione precisa della temperatura. Per alcuni processi industriali, una minima difformità della temperatura può fare la differenza tra la riuscita o il fallimento del processo stesso. In alcuni processi industriali, la sicurezza dell'operatore dipende dalla precisione di queste misurazioni e ciò rende ancora più importante un funzionamento preciso e solido. TSYS01 di TE è un sensore di temperatura ad alta risoluzione a chip singolo. Il sensore include un chip di rilevazione della temperatura e un convertitore analogico-digitale Sigma-Delta a 24 bit. La combinazione del valore della temperatura a 24 bit digitale e dei precisi valori di calibrazione interni preimpostati crea una lettura della temperatura estremamente accurata e un'elevata risoluzione della misurazione. Il sensore TSYS01 può essere interfacciato a qualsiasi microcontroller tramite un'interfaccia I2C o SPI. Il microcontroller viene solitamente utilizzato per calcolare il risultato della temperatura in base ai valori del convertitore analogico-digitale (ADC) e ai parametri di calibrazione.
Connessione al cloud tramite la scheda SD 600eval
Una volta che il sensore ha raccolto i dati, potrebbe essere necessaria un'ulteriore elaborazione degli stessi, un confronto dei risultati con dei target soglia e il trasferimento dei dati in un archivio basato sul cloud per l'elaborazione dell'analisi dei big data. I dati dei sensori ottenuti da tutti i motori presenti su una linea di un impianto industriale, ad esempio, possono essere utilizzati per prevedere l'usura meccanica e prevenire in modo proattivo eventuali guasti alla linea. Se i dati sono a disposizione del produttore dei motori e comprendono informazioni su tutti i motori utilizzati negli impianti dei clienti, il produttore può combinare tutti questi dati per eseguire un'analisi ancora più dettagliata. Forse il produttore dei motori potrebbe addirittura vendere i risultati dell'analisi come servizio ai proprietari degli stabilimenti per aiutarli nella gestione delle attività di manutenzione e riparazione. Gli utilizzi delle analisi dei dati ottenuti dai sensori aprono tutta una serie di nuovi modelli di business e di flussi di fatturato ad aziende che in precedenza si limitavano a vendere dei prodotti e non le relative conoscenze.
Per collegare i dati raccolti dalla scheda dei sensori TE al cloud, è necessaria una scheda base con processore. Per creare il prototipo e testare rapidamente il progetto, una scheda base che utilizza lo stesso fattore di forma di connettività 96boards è un elemento ideale. La scheda Arrow SD 600eval, presentata nella figura 4 di seguito, utilizza lo standard estremamente compatto 96boards, ma garantisce anche una significativa potenza di elaborazione, opzioni di interconnettività (incluso il Wi-Fi) e una notevole memoria integrata, che è tutto ciò che serve per una robusta piattaforma di elaborazione per sensori con connettività al cloud.
Figura 4: SD 600eval supporta Android e Linux e ha un fattore di forma ridotto: circa le dimensioni di un mazzo di carte. (Immagine per gentile concessione di Arrow) <From User Manual page 6>
La potenza di elaborazione di SD 600eval si basa sul popolare processore Snapdragon utilizzato in vari telefoni cellulari e applicazioni connesse. L'utilizzo del processore quad-core Snapdragon consente alla scheda SD 600eval di eseguire Android e Linux, supportando così la più vasta gamma di connettività possibile. I 2 GB di memoria LPDRAM e i 16 GB di memoria eMMC integrati rendono possibile l'esecuzione efficiente di tali sistemi operativi. La connettività, anche in un fattore di forma così ridotto, è sorprendente, con WLAN dual band a 2,4 GHz e a 5 Hz con standard 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth 4.x + BR/EDR + BLE e GPS disponibili sia con antenna esterna che integrata. Inoltre, sono supportate anche la connettività Gigabit Ethernet e SATA.
Le funzioni multimediali sono altrettanto sorprendenti, grazie all'interfaccia seriale della telecamera (CSI) MIPI a 4 linee, un'interfaccia CSI MIPI a 2 linee e la riproduzione di video HD a 1080p. L'elaborazione audio include file PCM/AAC+/MP3/WMA con post-elaborazione ECNS e Audio+. Inoltre, sono garantite alcune opzioni di connettività aggiuntive grazie a due connettori USB 2.0 di tipo A (solo modalità host) e un bus USB OTG 2.0 tramite connettori Micro AB. Un connettore ad alta velocità a 60 pin e un connettore a bassa velocità a 40 pin rendono la scheda facilmente espandibile.
Le funzionalità hardware sono eccezionali, ma il software disponibile semplifica l'accesso a tutte queste funzioni hardware direttamente da un programma di applicazione. Lo sviluppo risulta estremamente rapido, utilizzando Android o Linux e i driver, i framework e le interfacce API (Application Program Interface) disponibili. Esaurienti manuali dell'utente, pacchetti di supporto delle schede (sorgente e binari), caricatori di avvio e programmi di installazione offrono notevoli vantaggi nella fase di sviluppo.
Conclusione
Se la tua applicazione IoT necessita di vari sensori e di un potente processore connesso all'IoT, oltre che di un percorso rapido per ottenere un prototipo funzionante, la Sensor Mezzanine Board (scheda mezzanine per sensori) e la scheda SD 600eval di TE Connectivity sono le soluzioni perfette. Ordina la scheda SD 600eval e i sensori TE che ti servono direttamente dal sito Arrow tramite i link forniti nella sezione dei riferimenti, qui di seguito. Non aspettare. Inizia subito!
TE Connectivity e TE sono marchi registrati.