Implementación de sensores IoT - de la manera fácil

Si su aplicación de IoT necesita una variedad de sensores y un potente procesador conectado a IoT, así como una vía rápida hacia un prototipo funcional, entonces la Sensor Mezzanine Board y la SD 600eval de TE Connectivity (TE) son las soluciones perfectas.

Introducción

Los sensores son los ojos y oídos del Internet de las Cosas (IoT). ¿De dónde vendría la información que impulsa los análisis de grandes datos, clave para las aplicaciones de IoT, si no fuera por los sensores? Los sensores ambientales ayudan a impulsar la calefacción y refrigeración eficientes en edificios inteligentes, mientras que los sensores en aplicaciones agrícolas a gran escala prueban la humedad y las condiciones del suelo para mejorar el cuidado eficiente de los cultivos, la detección de plagas, la cosecha e incluso el transporte. Las oportunidades para transformar los datos de los sensores en conocimiento que impulse nuevos negocios y modelos empresariales están creciendo, por lo que llevar tu nueva idea al mercado primero puede ser el elemento más importante en el éxito de un nuevo producto IoT.

Una de las mejores formas de acelerar tu tiempo de comercialización es usar hardware de desarrollo existente con código funcional y sistemas operativos y soporte de aplicaciones de alto nivel. Para las aplicaciones IoT, esto generalmente significa obtener una placa procesadora estándar con Android, Linux o Windows IoT core ya ejecutándose. Una placa de expansión de sensores con una amplia gama de funciones de sensor – ambientales y de posicionamiento – que sea compatible con la placa procesadora principal proporcionaría un sistema completo desde el cual desarrollar tus aplicaciones. Usar la placa procesadora Arrow SD 600eval y la TE Connectivity (TE) Sensor Mezzanine Board podría ser la solución ideal para desarrollar tus soluciones IoT en tiempo récord.

Usar una placa de desarrollo de sensores para acelerar su diseño

Una de las formas más rápidas de poner en marcha tu diseño es comenzar con una tarjeta de desarrollo que alberga los sensores que deseas para tu diseño. Esto te permite empezar el desarrollo de software temprano, antes de tener el factor de forma final para el hardware objetivo. Con el auge de factores de forma estándar para kits de desarrollo, como el popular estándar 96board, se ha vuelto mucho más fácil encontrar placas principales, como el Arrow SD 600eval, con la potencia de procesamiento, memoria a bordo y conjunto de periféricos necesarios en aplicaciones IoT complejas. La tarjeta de desarrollo Sensor Shield de TE, mostrada en la Figura 1 a continuación, alberga tres dispositivos sensores populares en un factor de forma estándar compatible con el estándar 96board.

Los sensores disponibles en el Sensor Shield de TE incluyen el sensor de Presión, Temperatura y Humedad MS8607, el sensor de Temperatura TSYS01 y el sensor de Posición Rotacional y Lineal KMA36. Estos sensores utilizan interfaces seriales estándar, lo que los hace fáciles de conectar a un microcontrolador y cuentan con características avanzadas ideales para aplicaciones del Internet de las Cosas.

El sensor compacto de combinación MS8607

En muchas aplicaciones de IoT, el tamaño pequeño y el bajo consumo de energía son requisitos críticos. Un sensor combinado que ofrezca presión, humedad y temperatura en un paquete pequeño puede ser una excelente opción para aplicaciones con restricciones de tamaño y potencia. El MS8607 de TE no solo es compacto, utilizando un paquete QFN ultra pequeño de 5 x 3 x 1 mm, mostrado en la Figura 2 a continuación, sino que también ofrece un amplio rango operativo de presión de 10 a 2000 mbar, humedad de 0% HR a 100% HR y temperatura de -40 a 85 oC. El MS8607 de TE también proporciona una excelente resolución para aplicaciones comunes de IoT con 0.016 mbar, 0.04% HR y 0.01 oC. El voltaje de suministro opera en un amplio rango, de 1.5V a 3.6V, para soportar el funcionamiento de bajo consumo. La interfaz serial I2C facilita la conexión del MS8607 a un microcontrolador estándar.

La función de alta resolución de presión combinada con alta presión, humedad y temperatura (PHT) linealidad hace que el MS8607 sea un candidato ideal para el monitoreo ambiental, como un altímetro en  smartphones, tabletas y PCs, así como para aplicaciones PHT como calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), estaciones meteorológicas, impresoras 3D de precisión, electrodomésticos y humidificadores. El MS8607 se fabrica utilizando una tecnología MEMS probada que ha sido ampliamente utilizada durante más de una década.

El IC de posición rotacional y lineal de alta precisión KMA36

La detección de posición puede ser un elemento crítico en aplicaciones industriales de IoT donde la posición de un elemento mecánico como un motor, válvula o brazo robótico controla un proceso complejo.  A menudo, en estas aplicaciones, el funcionamiento sin contacto, la alta precisión, la resistencia al desgaste y la tolerancia a los cambios en el entorno son también requisitos clave. El KMA36 de TE es un CI de sensor de posición magnética universal, altamente confiable y de alta precisión. Proporciona medición precisa de rotación o lineal con una resolución de hasta 0,04 grados usando 13 bits. Como se muestra en la Figura 2 a continuación, combina un elemento magnetorresistivo con un convertidor de analógico a digital y funciones de procesamiento de señales, totalmente integrados en un paquete TSSOP estándar y de pequeño tamaño. 

En aplicaciones donde la precisión es importante, la tecnología de Magnetorresistencia Anisotrópica (AMR) utilizada por el KMA36 de TE es capaz de determinar con precisión sin contacto mecánico el ángulo magnético de un imán externo en un rango completo de 360°, así como la posición incremental en una tira de polo magnético con longitud de polo de 5 mm. El modo de reposo y de bajo consumo, junto con un despertar automático a través de I2C, hacen del KMA36 una excelente opción para aplicaciones basadas en baterías. Los datos de posición se pueden transmitir usando un bus de comunicación PWM o I2C digital para operaciones autónomas o aplicaciones basadas en microcontroladores. Los parámetros programables ofrecen al usuario una amplia gama de opciones de configuración para simplificar el procesamiento de datos adicional. El KMA36 es casi insensible al desplazamiento magnético debido a tolerancias mecánicas, cambios de temperatura o estrés térmico. Su funcionamiento libre de mantenimiento y su alto ancho de banda permiten implementaciones robustas incluso en entornos industriales difíciles.

El sensor de temperatura de alta resolución TSYS01

En muchas aplicaciones de procesamiento industrial IoT, una medición precisa de la temperatura es crítica. Solo una pequeña diferencia en la temperatura de algunos procesos industriales puede significar la diferencia entre un resultado exitoso y un fracaso. En algunos procesos industriales, la seguridad del operador depende de estas mediciones precisas, haciendo que la precisión y el funcionamiento robusto sean aún más críticos. El TSYS01 de TE es un sensor de temperatura de alta resolución en un solo chip. Incluye un chip sensor de temperatura y un convertidor analógico a digital Delta Sigma de 24 bits. La combinación del valor digital de temperatura de 24 bits y los valores de calibración de precisión establecidos de fábrica crea una lectura de temperatura altamente precisa con alta resolución de medición. El TSYS01 se puede conectar a cualquier microcontrolador mediante una interfaz I2C o SPI. El microcontrolador se utiliza normalmente para calcular el resultado de la temperatura basado en los valores del ADC y los parámetros de calibración.

Conectando a la nube con la placa de evaluación SD 600eval

Una vez que el sensor recopila los datos, es posible que necesite procesar más los datos, comparar los resultados con los objetivos de umbral y transferir los datos a un almacenamiento basado en la nube para el procesamiento de análisis de 'big data'. Los datos de sensores obtenidos de todos los motores en una fábrica industrial, por ejemplo, se pueden usar para predecir el desgaste mecánico y prevenir proactivamente eventos de interrupción de línea. Si los datos están disponibles para el fabricante de motores de todos los motores utilizados en todas las fábricas de clientes, el fabricante puede combinar todos estos datos para un análisis aún más detallado. Tal vez el fabricante de motores incluso pueda vender los resultados del análisis como un servicio a los propietarios de fábricas para ayudar a guiar las actividades de mantenimiento y reparación. Los usos de los análisis de datos de sensores abren nuevos modelos de negocio y fuentes de ingresos para las empresas que anteriormente solo vendían productos y no conocimiento.

Para conectar los datos recopilados por el Sensor Board de TE a la nube, se necesita una placa base procesadora. Para prototipar rápidamente y validar el diseño, una placa base que utilice el mismo factor de forma de conectividad de 96board es ideal. La placa Arrow SD 600eval, mostrada en la Figura 4 a continuación, utiliza el estándar 96board muy compacto, pero también proporciona un poder de procesamiento significativo, opciones de interconectividad (incluido Wi-Fi) y una memoria destacable incorporada, lo cual es todo lo necesario para una plataforma de procesamiento de sensores robusta con conectividad a la nube.

La potencia de procesamiento del SD 600eval se basa en el popular procesador Snapdragon utilizado en una variedad de teléfonos móviles y aplicaciones conectadas. El uso del procesador Snapdragon de cuatro núcleos permite que el SD 600eval ejecute Android y Linux, soportando la gama más amplia posible de conectividad. La memoria LPDRAM de 2GB a bordo y el almacenamiento eMMC de 16GB hacen posible ejecutar estos sistemas operativos de manera eficiente. La conectividad, incluso en un formato tan pequeño, es impresionante con WLAN de doble banda 2.4 GHz y 5 Hz 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth 4.x + BR/EDR + BLE, y GPS disponible con antena externa o integrada. La conectividad Ethernet Gigabit y SATA también están soportadas.

Las capacidades multimedia son igualmente impresionantes con una interfaz de cámara serial MIPI de 4 carriles (CSI), una CSI MIPI de 2 carriles y reproducción de video HD 1080p. El procesamiento de audio incluye PCM/AAC+/MP3/WMA con ECNS y post-procesamiento Audio+. Dos conectores USB 2.0 Tipo A (solo modo Host) y un USB 2.0 OTG a través de Micro AB brindan opciones de conectividad adicionales.  Un conector de alta velocidad de 60 pines y un conector de baja velocidad de 40 pines hacen que sea fácilmente expandible.

Las características del hardware son impresionantes, pero el software disponible facilita el acceso a todas estas capacidades de hardware directamente desde un programa de aplicación. El desarrollo es muy sencillo al usar Android o Linux y los controladores, marcos de trabajo e Interfaces de Programación de Aplicaciones (APIs) disponibles. Las Guías del Usuario extensas, Paquetes de Soporte de Placa (fuente y binario), cargadores de arranque e instaladores le dan a su desarrollo una gran ventaja inicial.

Conclusión

Si su aplicación IoT necesita una variedad de sensores y un procesador IoT potente conectado, así como un camino rápido a un prototipo funcional, el Sensor Mezzanine Board de TE y el SD 600eval son las soluciones perfectas. Pida el SD 600eval y los sensores TE que necesita de Arrow en los enlaces proporcionados en la sección de referencias a continuación. ¡No se demore, comience hoy mismo!