Implementare i sensori IoT - nel modo più semplice

Se la tua applicazione IoT necessita di una varietà di sensori e un potente processore connesso IoT, oltre a un percorso rapido verso un prototipo funzionante, allora la Sensor Mezzanine Board e SD 600eval di TE Connectivity (TE) sono le soluzioni perfette.

Introduzione

I sensori sono gli occhi e le orecchie dell'Internet delle Cose (IoT). Senza sensori, da dove proverebbero le informazioni che alimentano l'analisi dei big data, fondamentale per le applicazioni IoT? I sensori ambientali contribuiscono a rendere efficiente dal punto di vista energetico il riscaldamento e il raffreddamento negli edifici intelligenti, mentre i sensori nelle grandi applicazioni agricole misurano l'umidità e le condizioni del suolo per ottimizzare la cura delle colture, la rilevazione di parassiti, la raccolta e persino il trasporto. Le opportunità di trasformare i dati dei sensori in conoscenze che alimentano nuove imprese e modelli di business stanno crescendo, quindi portare la tua nuova idea sul mercato per primo può essere l'elemento più importante per il successo di un nuovo prodotto IoT.

Uno dei modi migliori per accelerare il tuo time-to-market è utilizzare hardware di sviluppo esistente con codice funzionante, sistemi operativi di alto livello e supporto per applicazioni. Per le applicazioni IoT, ciò generalmente significa ottenere una scheda processore standard con Android, Linux o Windows IoT Core già in esecuzione. Una scheda di espansione per sensori con una vasta gamma di funzioni sensoriali – ambientali e di posizionamento – compatibile con la scheda processore principale potrebbe offrire un sistema completo da cui sviluppare le tue applicazioni. Utilizzare la scheda processore Arrow SD 600eval e la TE Connectivity (TE) Sensor Mezzanine Board potrebbe essere proprio la soluzione ideale per sviluppare le tue soluzioni IoT in tempi record.

Utilizzare una scheda di sviluppo sensori per accelerare il tuo progetto

Uno dei modi più veloci per avviare il tuo progetto di design è iniziare con una scheda di sviluppo che ospiti i sensori necessari per il tuo progetto. Questo ti consente di avviare lo sviluppo software in anticipo, prima di avere il fattore di forma finale per l'hardware di destinazione. Con l'ascesa di fattori di forma standard per i kit di sviluppo, come il popolare standard 96board, è diventato molto più facile trovare schede principali, come la Arrow SD 600eval, con la potenza di elaborazione, la memoria integrata e il set di periferiche necessari per applicazioni IoT complesse. La scheda di sviluppo Sensor Shield di TE, mostrata nella Figura 1 qui sotto, ospita tre popolari dispositivi sensore in un fattore di forma standard compatibile con lo standard 96board.

I sensori disponibili sulla Sensor Shield del 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 li rendono facili da collegare a un microcontrollore e offrono caratteristiche avanzate ideali per applicazioni Internet of Things.

Il sensore combinato compatto MS8607

In molte applicazioni IoT, dimensioni ridotte e basso consumo energetico sono requisiti fondamentali. Un sensore combinato che fornisce pressione, umidità e temperatura in un formato compatto può essere una scelta eccellente per applicazioni con vincoli di spazio e consumo energetico. L'MS8607 di TE non è solo compatto, grazie a un package QFN ultra-piccolo di 5 x 3 x 1 mm, mostrato nella Figura 2 qui sotto, ma offre anche un ampio range operativo: pressione da 10 a 2000 mbar, umidità dal 0% RH al 100% RH e temperatura da -40 a 85 °C. L'MS8607 di TE garantisce inoltre un'eccellente risoluzione per le comuni applicazioni IoT con 0,016 mbar, 0,04% RH e 0,01 °C. La tensione di alimentazione opera su un ampio intervallo, da 1,5V a 3,6V, supportando così il funzionamento a basso consumo. L'interfaccia seriale I2C semplifica il collegamento dell'MS8607 a un microcontroller standard.

La funzione di alta risoluzione per la pressione, combinata con la linearità di pressione, umidità e temperatura (PHT), rende il MS8607 un candidato ideale per il monitoraggio ambientale, come altimetro in  smartphone, tablet e PC, così come per applicazioni PHT come riscaldamento, ventilazione e climatizzazione (HVAC), stazioni meteorologiche, stampanti 3D di precisione, elettrodomestici e umidificatori. Il MS8607 è prodotto utilizzando una tecnologia MEMS collaudata, ampiamente utilizzata da oltre un decennio.

L'IC di posizione rotazionale e lineare ad alta precisione KMA36

Il rilevamento della posizione può essere un elemento critico nelle applicazioni industriali dell’IoT, in cui la posizione di un elemento meccanico come un motore, una valvola o un braccio robotico controlla un processo complesso.  Spesso, in queste applicazioni, sono anche requisiti fondamentali il funzionamento senza contatto, l’elevata precisione, la resistenza all’usura e la tolleranza ai cambiamenti ambientali. Il KMA36 di TE è un sensore IC di posizione magnetica universale, altamente affidabile e di alta precisione. Fornisce una misurazione rotazionale o lineare precisa con una risoluzione fino a 0,04 gradi utilizzando 13 bit. Come illustrato nella Figura 2 sotto, combina un elemento magnetoresistivo con un convertitore analogico-digitale e funzioni di elaborazione del segnale, completamente integrato in un pacchetto TSSOP standard e di dimensioni ridotte. 

In applicazioni dove la precisione è importante, la tecnologia Anisotropic Magneto Resistive (AMR) utilizzata dal KMA36 di TE è in grado di determinare accuratamente, senza contatto meccanico, l'angolo magnetico di un magnete esterno su un range completo di 360°, così come la posizione incrementale su una striscia di poli magnetici con una lunghezza dei poli di 5 mm. La modalità sleep e a basso consumo energetico, insieme al risveglio automatico tramite I2C, rendono il KMA36 un'ottima scelta per applicazioni a batteria. I dati di posizione possono essere trasmessi utilizzando un bus di comunicazione PWM o digitale I2C per il funzionamento autonomo o per applicazioni basate su microcontroller. I parametri programmabili offrono all'utente una vasta gamma di opzioni di configurazione per semplificare ulteriormente l'elaborazione dei dati. Il KMA36 è quasi insensibile alla deriva magnetica dovuta a tolleranze meccaniche, variazioni di temperatura o stress termici. La sua operatività senza manutenzione e l'ampia larghezza di banda garantiscono implementazioni robuste anche in ambienti industriali difficili.

Il sensore di temperatura ad alta risoluzione TSYS01

In molte applicazioni di elaborazione industriale IoT, una misurazione precisa della temperatura è fondamentale. Anche una minima differenza di temperatura in alcuni processi industriali può rappresentare la differenza tra un risultato riuscito e un fallimento. In alcuni processi industriali, la sicurezza dell’operatore dipende da queste misurazioni precise, rendendo la precisione e il funzionamento robusto ancora più essenziali.  Il TSYS01 di TE è un sensore di temperatura ad alta risoluzione su singolo chip. Include un chip per il rilevamento della temperatura e un convertitore analogico-digitale Delta Sigma a 24 bit. La combinazione del valore digitale della temperatura a 24 bit e dei valori di calibrazione di precisione impostati in fabbrica garantisce una lettura della temperatura estremamente accurata con alta risoluzione di misura. Il TSYS01 può essere interfacciato a qualsiasi microcontroller tramite un’interfaccia I2C o SPI. Il microcontroller viene generalmente utilizzato per calcolare il risultato della temperatura basandosi sui valori ADC e sui parametri di calibrazione.

Connessione al Cloud con la scheda SD 600eval

Una volta che i dati sono raccolti dal sensore, potrebbe essere necessario elaborarli ulteriormente, confrontare i risultati con i valori di soglia e trasferire i dati su un archivio basato su cloud per l'elaborazione di analisi di ‘big data’. I dati dei sensori ottenuti da tutti i motori in una fabbrica industriale, ad esempio, possono essere utilizzati per prevedere l'usura meccanica e prevenire proattivamente eventi di fermo linea. Se i dati sono disponibili per il produttore di motori riguardo a tutti i motori utilizzati in tutte le fabbriche dei clienti, il produttore può combinare tutti questi dati per analisi ancora più dettagliate. Forse il produttore di motori può persino vendere i risultati dell'analisi come un servizio ai proprietari della fabbrica per aiutare a guidare le attività di manutenzione e riparazione. Gli usi dell'analisi dei dati dai sensori aprono nuovi modelli di business e flussi di entrate per le aziende che in precedenza vendevano solo prodotti e non conoscenza.

Per collegare i dati raccolti dal Sensor Board di TE al cloud, è necessaria una scheda base con processore. Per prototipare rapidamente e convalidare il design, una scheda base che utilizza lo stesso fattore di forma per la connettività 96board è ideale. La scheda Arrow SD 600eval, mostrata nella Figura 4 sotto, utilizza il formato standard 96board molto compatto, ma offre anche una notevole potenza di elaborazione, opzioni di interconnettività (incluso il Wi-Fi) e una memoria integrata significativa, che rappresenta tutto ciò di cui c'è bisogno per una piattaforma di elaborazione dei sensori robusta con connettività cloud.

La potenza di elaborazione dell'SD 600eval si basa sul famoso processore Snapdragon utilizzato in una varietà di telefoni cellulari e applicazioni connesse. L'utilizzo del processore Snapdragon quad-core consente all'SD 600eval di eseguire Android e Linux, supportando la più ampia gamma di connettività possibile. I 2GB di LPDRAM e i 16GB di memoria eMMC a bordo permettono di eseguire questi sistemi operativi in modo efficiente. La connettività, anche in un formato così compatto, è impressionante grazie alla doppia banda WLAN a 2,4 GHz e a 5 GHz 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth 4.x + BR/EDR + BLE e GPS disponibile con antenna esterna o integrata. Sono supportate anche la connettività Ethernet Gigabit e SATA.

Le funzionalità multimediali sono altrettanto impressionanti con un'interfaccia seriale per fotocamera MIPI a 4 corsie (CSI), un'interfaccia CSI MIPI a 2 corsie e la riproduzione video HD a 1080p. L'elaborazione audio include PCM/AAC+/MP3/WMA con ECNS e post-elaborazione Audio+. Due connettori USB 2.0 Type A (solo modalità Host) e una porta OTG USB 2.0 tramite Micro AB offrono opzioni di connettività aggiuntive.  Un connettore ad alta velocità da 60 pin e un connettore a bassa velocità da 40 pin lo rendono facilmente espandibile.

Le caratteristiche hardware sono impressionanti, ma il software disponibile rende facile accedere a tutte queste capacità hardware direttamente da un programma applicativo. Lo sviluppo è semplice utilizzando Android o Linux e i driver, i framework e le Application Program Interfaces (API) disponibili. Le ampie guide utente, i pacchetti di supporto per la scheda (sia sorgente che binario), i boot loader e gli installer offrono al tuo sviluppo un enorme vantaggio iniziale.

Conclusione

Se la tua applicazione IoT necessita di una varietà di sensori e di un potente processore connesso IoT, oltre a un percorso rapido verso un prototipo funzionante, la Sensor Mezzanine Board di TE e la SD 600eval sono le soluzioni perfette. Ordina la SD 600eval e i sensori TE di cui hai bisogno da Arrow utilizzando i link forniti nella sezione di riferimento qui sotto. Non aspettare, inizia oggi!