Utilisation de la technologie IoT pour sauver le monde

Il est urgent de répondre à la crise de durabilité de la Terre

Alors que l'humanité est confrontée au défi de passer à une économie mondiale durable, elle doit trouver des moyens de maintenir sa capacité à survivre, prospérer et se développer sans épuiser les ressources naturelles de la planète. Actuellement, la température moyenne de la Terre augmente. Dans un monde qui se réchauffe de 2 degrés Celsius, il y aura plus de vagues de chaleur, une augmentation des précipitations, une diminution des rendements agricoles et une élévation du niveau de la mer, autant de facteurs qui menaceront la survie humaine. Il est urgent de prendre des mesures appropriées.

D'autre part, depuis les années 1980, l'industrie électronique s'est développée plus rapidement que presque toute autre industrie. Elle est devenue un contributeur majeur aux économies de certains pays et un intrant majeur à la production industrielle de nombreux autres pays, sans aucun signe de ralentissement de la croissance. Cette croissance est attribuée à la demande croissante d'électronique grand public.

Cependant, bien que la prévalence des produits électroniques ait amélioré la vie de nombreuses personnes, elle peut également générer relativement plus de déchets électroniques. Par conséquent, de nouvelles pratiques dans le traitement, la fabrication, la distribution, la vente au détail, la réparation et le recyclage doivent être adoptées pour réduire la production de déchets électroniques, le recyclage étant essentiel. Selon les Nations Unies, actuellement, 20 % des déchets électroniques sont recyclés avec succès. L'organisation a annoncé un plan visant à réduire de manière significative la génération de déchets d'ici 2030 grâce à la prévention, la réduction, la réparation, le recyclage et la réutilisation.

L'IoT deviendra la plateforme fondamentale pour la technologie durable

Alors que les consommateurs et les entreprises changent leurs habitudes, protéger la planète et ses ressources pour les besoins futurs nécessite également le déploiement à grande échelle de nouvelles technologies. L'IoT deviendra la plateforme fondamentale pour la technologie durable. Selon un rapport de Transforma Insights et 6GWorld, "Sustainability in New and Emerging Technologies In 2030," la construction de l'IoT augmentera considérablement la consommation mondiale d'électricité d'ici 2030. La fabrication de solutions IoT-enabled consommera 112 millions de mètres cubes d'eau, et les hydrocarbures utilisés pour distribuer et déployer des solutions IoT augmenteront les coûts.

Cependant, le rapport Transforma conclut que les impacts environnementaux positifs des applications IoT rendront les sacrifices initiaux entièrement justifiés. En fait, la technologie IoT générera bientôt suffisamment d'économies pour rembourser les coûts énergétiques de sa fabrication et de son déploiement, et à partir de ce moment, elle permettra d'économiser environ huit fois l'énergie. Le rapport indique que d'ici 2030, les appareils IoT permettront également d'économiser près de 230 milliards de mètres cubes d'eau, dont 35 % proviendront de l'amélioration des opérations du réseau de distribution d'eau et le reste des applications agricoles activées par l'IoT, telles que l'irrigation intelligente.

Les avantages du big data devraient également être essentiels pour démontrer l'empreinte environnementale de l'IoT. Lorsqu'il est efficacement combiné avec des applications telles que le machine learning, l'IoT générera de grandes quantités d'informations qui aident les individus et les organisations à mieux comprendre leurs coûts énergétiques et à prendre des décisions environnementales éclairées. De plus, les principaux avantages écologiques de l'IoT proviennent principalement de solutions d'entreprise qui se traduisent généralement par une réduction de la consommation d'électricité, une baisse des émissions de carbone ou une réduction de la consommation de carburant ou d'eau, comme dans le cas des opérations de réseau électrique intelligent.

En regardant vers l'avenir, le nombre de capteurs IoT sans fil et cellulaires pourrait dépasser 50 milliards, dont beaucoup seront alimentés par des batteries. Au-delà des problèmes de maintenance, ces batteries pourraient également compromettre la durabilité de l'IoT. Des matériaux rares comme le lithium doivent être extraits, les batteries doivent être fabriquées et distribuées à l'échelle mondiale, et puis il y a le problème important de l'élimination sécuritaire des batteries épuisées.

Les futures solutions sans fil seront plus efficaces, élargissant considérablement la gamme d'applications pouvant recueillir toute leur énergie de l'environnement. La prochaine génération de circuits intégrés de gestion de l'énergie (PMIC), spécifiquement adaptés aux appareils de collecte d'énergie, stabilisera la collecte d'énergie variable et jouera un rôle crucial dans la libération des produits IoT des contraintes des batteries.

Solutions de puces pour répondre aux besoins des appareils IoT

Pour offrir une fonctionnalité complète et une gestion de l'énergie pour les appareils IoT, Nordic est dédié au lancement de solutions connexes, y compris des systèmes sur puce (SoC), des circuits intégrés de gestion de l'énergie, des modules d'extrémité RF (FEM), des kits de développement logiciel, et des plateformes de création de prototypes pour assister les clients dans le développement d'appareils IoT.

Tout d'abord, le nRF52832 est un SoC polyvalent Bluetooth 5.4 qui prend en charge le Bluetooth Low Energy (BLE), le maillage Bluetooth et NFC. Le nRF52832 est un SoC multiprotocole de usage général qui répond aux défis des applications nécessitant une fonctionnalité Bluetooth® Low Energy avancée, la simultanéité des protocoles et un ensemble riche de périphériques et de fonctionnalités. De plus, il offre une mémoire abondante pour le flash et la RAM.

Le nRF52832 utilise un multiprotocole avec une concurrence de protocole complète. Il prend en charge Bluetooth Low Energy, y compris la transmission à haute vitesse de 2 Mbps. Bluetooth Mesh peut fonctionner simultanément avec Bluetooth Low Energy, permettant aux smartphones de provisionner, de mettre en service, de configurer et de contrôler les nœuds du réseau maillé. Il prend également en charge les protocoles propriétaires NFC, ANT et 2,4 GHz.

Le nRF52832 est basé sur un processeur Arm® Cortex™-M4 avec une unité de calcul en virgule flottante, fonctionnant à 64 MHz. Il dispose d'une étiquette NFC-A intégrée pour des solutions de jumelage et de paiement simplifiées. Il comprend de nombreux périphériques numériques et interfaces, tels que PDM et I2S pour les microphones numériques et l'audio. Grâce à un système de gestion de l'énergie adaptatif de haute précision intégré, il obtient une consommation d'énergie extrêmement faible.

Le nPM1300 est un circuit intégré de gestion de l'alimentation (PMIC) avec des fonctionnalités uniques de gestion du système. Le PMIC nPM1300 intègre des fonctions essentielles nécessaires pour les conceptions intégrées Bluetooth Low Energy dans un petit boîtier, simplifiant la conception du système et permettant des durées de fonctionnement plus longues et une charge de batterie efficace avec moins de composants.

Le nPM1300 est optimisé pour une efficacité maximale et une taille compacte et peut être configuré via une interface à deux fils compatible I2C (TWI). Cette interface permet un accès facile et une configuration d'un ensemble de fonctionnalités avancées de gestion de système, y compris la réinitialisation matérielle à deux boutons, la jauge de carburant de la batterie, le chien de garde au niveau du système, l'avertissement de perte de puissance et la récupération après un échec de démarrage.

Le PMIC nPM1300 est conçu pour fournir une régulation d'énergie efficace pour les SoCs des séries nRF52 et nRF53 de Nordic, prenant en charge des protocoles sans fil tels que Bluetooth Low Energy, LE Audio, Bluetooth mesh, Thread et Zigbee. Ce produit est un choix idéal pour les produits IoT compacts avancés, tels que les appareils portables avancés et les applications médicales portables.

Le nPM1100 est un autre circuit intégré de gestion d'alimentation ultra-petit pour le chargement de batteries et la distribution d'énergie, doté d'un régulateur abaisseur configurable à double mode et d'un chargeur de batterie intégré. C'est un composant complémentaire aux séries Nordic nRF52® et nRF53® de SoC, garantissant une distribution d'énergie fiable et un fonctionnement stable tout en maximisant la durée de vie de la batterie grâce à une haute efficacité et un courant de repos faible. Sa forme extrêmement compacte le rend idéal pour les appareils portables, les dispositifs médicaux connectés et autres applications à contraintes de taille, avec une utilisation de surface de circuit imprimé aussi petite que 23 mm².

Ce chargeur de batterie intégré est conçu pour les batteries lithium-ion et lithium-polymère avec une tension de fin de charge sélectionnable de 4,1 ou 4,2 V, prenant en charge des tensions nominales de 3,6 et 3,7 V, respectivement. Il dispose d'une protection thermique intégrée pour la batterie et d'une sélection automatique de trois modes de charge : charge d'entretien, charge à courant constant et charge à tension constante.

Le régulateur abaisseur intégré à haute efficacité du nPM1100 peut fournir jusqu'à 150 mA de courant avec des tensions de sortie sélectionnables de 1,8, 2,1, 2,7 ou 3,0 V. Il dispose d'un démarrage progressif et d'une transition automatique entre les modes hystérésis et PWM. Il permet également un mode PWM forcé pour garantir un fonctionnement énergétique propre. L'efficacité de conversion atteint jusqu'à 92 %, et l'encombrement est de seulement 27 mm2, y compris les composants passifs.

Le nRF21540 de Nordic est un module frontal RF (FEM) pour étendre la portée des protocoles propriétaires Bluetooth® Low Energy, Bluetooth® mesh, Thread, Zigbee et 2,4 GHz. Le nRF21540 est un amplificateur de portée sans fil « plug-and-play ». Il offre une fiabilité de connexion robuste en intégrant un amplificateur de puissance (PA) et un amplificateur à faible bruit (LNA), ce qui le rend idéal pour les solutions sans fil à courte portée et à faible consommation d'énergie.

Le nRF21540 est un produit complémentaire qui peut être utilisé pour améliorer le budget de liaison des SoC sans fil multi-protocoles avancés des séries nRF52 et nRF53. Lorsqu'il est utilisé avec les SoC des séries nRF52 ou nRF53, la puissance de sortie TX de +20 dBm et le gain RX de 13 dB du nRF21540 RF FEM garantissent une amélioration du budget de liaison de 16 à 20 dB. Cela correspond à une augmentation théorique de la distance de transmission de 6,3 à 10 fois.

Le nRF21540 est disponible dans un boîtier QFN16 de 4x4 et en complément du nRF21540 RF FEM. Nordic fournit une carte de développement qui peut être utilisée pour évaluer les performances du module RF avec des équipements de laboratoire et évaluer ses performances dans des applications pratiques lorsqu'il est combiné avec les SoCs des séries nRF52 ou nRF53. Les applications principales adaptées pour le nRF21540 incluent la maison intelligente, le suivi des actifs, l'audio, et les applications industrielles.

Kit de développement logiciel et plateforme de prototypage IoT évolutifs et unifiés

Pour accélérer le développement de produits des clients, Nordic a également lancé le nRF Connect SDK (Software Development Kit), une suite d'outils pour créer des produits Bluetooth basse consommation, Wi-Fi, IoT cellulaire, Bluetooth Mesh, Thread, Zigbee, et Matter.

Le nRF Connect SDK est un kit de développement logiciel évolutif et unifié conçu pour créer des produits basés sur tous les appareils sans fil des séries Nordic nRF52, nRF53, nRF70 et nRF91. Il fournit aux développeurs un cadre évolutif pour créer des logiciels optimisés en taille pour les appareils à mémoire limitée, ainsi que des logiciels puissants et complexes pour des appareils et applications plus avancés. Il intègre Zephyr RTOS ainsi que divers exemples, protocoles d'application, piles de protocoles, bibliothèques et pilotes matériels.

De plus, Nordic a introduit la plateforme de prototypage IoT Thingy:53, rendant possible la création de prototypes et de preuves de concept sans avoir besoin de matériel personnalisé. Thingy:53 est construit autour du SoC sans fil phare à double cœur nRF5340 de Nordic. La puissance de traitement et la capacité mémoire de ses processeurs double Arm Cortex-M33 lui permettent d'exécuter directement des modèles d'apprentissage automatique (ML) embarqués sur l'appareil.

Thingy:53 est également équipé d'une variété de capteurs intégrés, tels que des capteurs environnementaux, des capteurs de couleur et de lumière, des accéléromètres et des magnétomètres, qui peuvent tous être utilisés sans matériel supplémentaire. Il est alimenté par une batterie Li-Po rechargeable de 1350 mAh, qui peut être chargée via une interface USB-C. De plus, il possède un connecteur externe à 4 broches JST compatible avec les normes Stemma/Qwiic/Groove pour les accessoires matériels.

Conclusion

La technologie IoT transforme notre monde à une vitesse et à une échelle sans précédent. De la construction de villes intelligentes à l'application de la surveillance environnementale et à la révolution dans le domaine de la santé, l'IoT apporte des possibilités infinies à la société humaine. Elle améliore non seulement notre qualité de vie, mais joue également un rôle clé dans le traitement des défis mondiaux. Grâce à la technologie agricole intelligente, nous pouvons utiliser les ressources plus efficacement, réduire le gaspillage et minimiser la pollution environnementale. Grâce aux systèmes de transport intelligents, nous pouvons alléger la congestion et réduire les émissions de carbone. Grâce aux dispositifs de surveillance médicale et sanitaire à distance, nous pouvons fournir des services médicaux de meilleure qualité et améliorer le niveau de santé publique. Les solutions d'application IoT lancées par Nordic peuvent accélérer le développement par les clients de produits IoT, ce qui en vaut la peine pour que vous les compreniez et les adoptiez davantage.