Le radio a basso consumo sono il volano dell’innovazione

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Con i riflettori sempre più puntati su Internet of Things, Embedded World 2016 si è concentrata su un tema decisamente “caldo”, come quello delle comunicazioni energeticamente efficienti
A questa edizione di Embedded World di Norimberga oltre 30.000 persone (+17% rispetto all’anno scorso) hanno visitato i 939 espositori provenienti da 38 paesi. In considerazione Avendo come doppio filo conduttore Internet of Things (IoT) e sicurezza, molti espositori hanno proposto dispositivi consumer e indossabili di piccole dimensioni con connettività integrata. Poiché l’IoT ha implicazioni che vanno ben oltre i dispositivi consumer, alcuni partecipanti all’evento hanno presentato tecnologie di comunicazioni da utilizzare in veicoli, stabilimenti, dispositivi di misura e altro ancora. Il comune denominatore della maggior parte delle applicazioni IoT è il contenimento dei consumi energetici, per cui non sorprende l’interesse generato dalle tecnologie radio a basso consumo. Quello che segue è un riepilogo delle dimostrazioni e dei prodotti radio più interessanti dal punto di vista dei consumi energetici.

Digimondo sta utilizzando la tecnologia Semtech per le proprie reti LoRA a livello cittadino

La rete WAN LoRA
La start-up tedesca Digimondo, in collaborazione con Semtech, ha organizzato una dimostrazione molto interessante di radio a basso consumo, realizzando una rete WAN LoRA che prevedeva l’installazione di trasmettitori LoRA su 30 taxi di Norimberga che sono riusciti a comunicare con le antenne LoRA poste su torri di trasmissione TV disseminate in vari punti della città. Nello stand della società, i visitatori hanno potuto vedere su un monitor il monitoraggio in tempo reale delle ubicazioni dei taxi. La copertura di tutta la città ha richiesto solo 3 antenne e la velocità di spostamento dei taxi non ha creato problemi di sorta.
LoRA WAN, un protocollo per banda ISM sub-1 GHz basato sulla tecnologia Semtech, è stato ideato per collegare sensori alimentati a batteria a IoT. Le proprietà della banda sub-1 GHz garantiscono un range fino a 16 km (superiore a quella delle tipiche reti dei cellulari) e la possibilità di superare i muri degli edifici per uso interno, anche se l’alimentazione è assicurata da batterie di piccole dimensioni. Questa tecnologia ha già trovato impiego in applicazioni di vario genere, dal monitoraggio agricolo alla sicurezza pubblica, alla gestione di edifici e infrastrutture, conservazione delle risorse idriche e tracciamento delle calamità naturali.
Digimondo, che è una filiale di E.ON, azienda che si occupa dell’erogazione di elettricità, sta sviluppando moduli che collegano i contatori di corrente a IoT, sfruttando la possibilità offerta da LoRA di connettersi ai dispositivi posti negli interni e anche nei seminterrati. Lo scopo è quello di realizzare entro la prima metà del 2016 una rete LoRA che, servendosi di antenne sui tetti, copra tutta la Germania. L’accesso, gratuito per i privati, sarà invece a pagamento per gli utenti commerciali. Nel frattempo, Microchip ha realizzato un kit di sviluppo per applicazioni LoRA che include sensori di luce e temperatura e un display OLED per fornire il feedback sullo stato dei sensori e della connessione.

SoC wireless multi-protocollo Mighty Gecko a basso consumo di Silicon Labs e relatica scheda di sviluppo

SoC Multiprotocollo
Silicon Labs ha messo in mostra i suoi SoC wireless a basso consumo multiprotocollo. Il suo portafoglio di SoC wireless è identificato con il nome Gecko per la sua capacità di preservare energia. Questi SoC sono disponibili in varie versioni tutte basate sul core ARM Cortex M4 con un transceiver RF wireless a 2,4 GHz e diverse opzioni di memoria su die singolo. Ad esempio, la famiglia Blue Gecko è costituita da transceiver che supportano protocolli proprietari e Bluetooth Smart. Mighty Gecko sono dispositivi ZigBee e Thread (nonostante alcuni possano anche essere Bluetooth Smart e proprietari), mentre i componenti Flex Gecko sono destinati esclusivamente al supporto di protocolli proprietari a basso consumo. Tutti i vari SoC sono perfettamente compatibili a livello di piedinatura e software.
Dispositivi multiprotocollo come i prodotti Gecko stanno riscuotendo un successo crescente, data la loro versatilità di impiego nell’ambito IoT. Ad esempio, un’applicazione di illuminazione retail controllata tramite Thread potrebbe fungere anche da beacon Bluetooth Smart, un apriporta per garage potrebbe essere controllato tramite Bluetooth Smart, dopo di che si potrebbe usare un protocollo proprietario per controllare il motorino di apertura della porta. Oppure un letto di ospedale, sebbene inserito in una rete ZigBee, potrebbe trasformarsi in un dispositivo Bluetooth Smart quando il personale infermieristico lo controlla direttamente da un tablet.
SoC wireless multiprotocollo Mighty Gecko a basso consumo energetico di Silicon Labs
e relativa scheda di sviluppo
Silicon Labs ha presentato anche la sua piattaforma di sviluppo Simplicity Studio per i dispositivi Gecko. Essa comprende Energy Profiler, un tool che consente allo sviluppatore di confrontare il consumo energetico in tempo reale di un SoC wireless Gecko assieme al codice che viene eseguito, così da poter identificare in modo rapido e facile una particolare riga di codice che produce un picco di potenza.

Bluetooth Smart
Nello stand di Nordic Semiconductor, la società ha presentato un nuovo kit di sviluppo software per il suo SoC nRF52 Bluetooth Smart. L’SDK è destinato ad applicazioni IoT alimentate a batteria e si propone come una suite IP in grado di supportare IPv6. Grazie a questo kit gli sviluppatori possono effettuare facilmente la messa in servizio dei nodi finali per una rete IPv6 su Bluetooth Smart mediante un’app caricata smartphone.

Controllo remoto basato sul progetto di riferimento di Nordic Semiconductor

Nordic ha inoltre illustrato un progetto di riferimento di controllo remoto Bluetooth Smart che può essere controllato tramite riconoscimento vocale. Questo progetto di riferimento, che comprende anche un “mouse aereo” con rilevamento del movimento su sei assi, un trackpad multi-touch e 39 pulsanti programmabili, è basato su nRF51822.
Digi International ha organizzato diverse dimostrazioni di radio a basso consumo. Una riguardava il suo nuovissimo modulo RF XBee della serie XBee predisposto per Thread grazie al quale è possibile aggiornare in modo semplice e rapido i progetti al fine di consentire le comunicazioni tramite appunto Thread (ques’ultimp è un protocollo a basso consumo, indirizzabile IPv6, per reti mesh autorigeneranti). Il modulo XBee predisposto per Thread è il primo
di una serie di prodotti basati su Thread che Digi rilascerà nel corso dell’anno, fra cui si possono annoverare un modulo interamente certificato Thread e un router periferico, entambi destinati al mondo delle reti industriali.

Un quadricottero ELEV-8 di Parallax che utilizza le radio XBee di Digi per comunicare

Una delle dimostrazioni più interessanti ha riguardato il quadricottero ELEV-8 di Parallax. Viene offerto come kit assemblabile dall’utente (senza che siano richieste saldature); questi kit per quadricotteri sono ampiamente usati nell’ambito dell’istruzione superiore e dell’R&D. Il modulo di controllo del quadricottero utilizza la radio XBee 802.15.4 di Digi (nell’Unione Europea) o quella XBee-Pro 900HP (in Nord America) per trasmettere segnali LOS (Line OF Sight) a lungo raggio, con dati su telemetria e prestazioni, a una stazione di terra a fini di analisi. Esso è in grado di supportare un carico utile di 1,36 kg e, nel caso della radio 900HP, la portata arriva a 14 km.
Analog Devices ha presentato una demo della piattaforma WSN (rete di sensori wireless), utilizzabile come piattaforma di sviluppo e di valutazione hardware e software per applicazioni IoT. La piattaforma incorpora un nodo stazione base e numerosi nodi sensore da utilizzare con sensori diversi. L’idea è quella di collegare le schede plug-and-play secondo diverse combinazioni in funzione delle varie applicazioni, per ottenere rapidamente un prototipo funzionante.
Data l’evoluzione continua dell’IoT da promessa del settore a realtà sempre più consolidata, la tecnologia delle comunicazioni si sta adattando a un funzionamento a bassissimi consumi per ottimizzare la durata delle batterie. La durata rimane un parametro chiave, specie per dispositivi che richiedono la visita di un tecnico per la sostituzione delle batterie, e per indossabili e altri piccoli dispositivi che per la loro alimentazione fanno affidamento su batterie a bottone oppure su tecniche di energy harvesting. L’ampia gamma di nuovi prodotti per radio a basso consumo presentati a questa edizione di Embedded World è una dimostrazione del costante impegno dei produttori a ridurre i consumi affinché qualsiasi oggetto, elettronico e non, possa collegarsi al resto del mondo.

A cura di Digi-Key Electronics

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