Mise en œuvre de capteurs IoT - la méthode facile

Si votre application IoT nécessite une variété de capteurs et un processeur IoT connecté puissant ainsi qu'un chemin rapide vers un prototype fonctionnel, alors la Sensor Mezzanine Board et la SD 600eval de TE Connectivity (TE) sont les solutions parfaites.

Introduction

Les capteurs sont les yeux et les oreilles de l'Internet des objets (IoT). Sans capteurs, d'où viendrait l'information qui alimente les analyses de données volumineuses essentielles aux applications IoT ? Les capteurs environnementaux contribuent à une gestion énergétique efficace du chauffage et de la climatisation dans les bâtiments intelligents, tandis que les capteurs dans les grandes applications agricoles testent l'humidité et les conditions du sol pour optimiser le soin des cultures, la détection des ravageurs, la récolte et même le transport. Les opportunités de transformer les données des capteurs en connaissances qui stimulent de nouvelles entreprises et modèles commerciaux se multiplient, donc amener votre nouvelle idée sur le marché en premier peut être l'élément le plus important pour le succès d'un nouveau produit IoT.

Un des meilleurs moyens d'accélérer votre délai de mise sur le marché est d'utiliser du matériel de développement existant avec un code fonctionnel et des systèmes d'exploitation et des applications de haut niveau. Pour les applications IoT, cela signifie généralement obtenir une carte processeur standard avec Android, Linux ou Windows IoT core déjà en fonctionnement. Une carte d'extension de capteurs avec une large gamme de fonctions de capteurs – environnementales et de positionnement – compatible avec la carte processeur principale fournirait un système complet à partir duquel développer vos applications. Utiliser la carte processeur Arrow SD 600eval et la TE Connectivity (TE) Sensor Mezzanine Board pourrait être juste la solution pour développer vos solutions IoT en un temps record.

Utilisation d'une carte de développement de capteurs pour accélérer votre conception

Une des manières les plus rapides de lancer votre conception est de commencer avec une carte de développement qui héberge les capteurs que vous souhaitez pour votre conception. Cela vous permet de débuter le développement logiciel tôt, avant d'avoir le facteur de forme final pour le matériel cible. Avec l'essor des facteurs de forme standard pour les kits de développement, comme la célèbre norme 96board, il est devenu beaucoup plus facile de trouver des cartes principales, comme l'Arrow SD 600eval, avec la puissance de traitement, la mémoire embarquée et l'ensemble de périphériques nécessaires dans des applications IoT complexes. La carte de développement Sensor Shield de TE, illustrée à la Figure 1 ci-dessous, comprend trois dispositifs de capteurs populaires dans un facteur de forme standard compatible avec la norme 96board.

Les capteurs disponibles sur le TE’s Sensor Shield comprennent le capteur de pression, de température et d'humidité MS8607, le capteur de température TSYS01 et le capteur de position rotatif et linéaire KMA36. Ces capteurs utilisent des interfaces série standard, ce qui les rend faciles à connecter à un microcontrôleur, et des fonctionnalités avancées idéales pour les applications Internet des objets.

Le capteur combiné compact MS8607

Dans de nombreuses applications IoT, la petite taille et la faible consommation d'énergie sont des exigences critiques. Un capteur combiné qui fournit la pression, l'humidité et la température dans un petit format peut être un excellent choix pour les applications où la taille et la consommation d'énergie sont limitées. Le MS8607 de TE est non seulement compact, utilisant un boîtier QFN ultra-petit de 5 x 3 x 1 mm, illustré à la Figure 2 ci-dessous, mais offre également une large plage de fonctionnement de 10 à 2000 mbar de pression, 0 % à 100 % d'humidité relative et de -40 à 85 °C de température. Le MS8607 de TE fournit également une excellente résolution pour les applications IoT courantes avec 0,016 mbar, 0,04 % HR et 0,01 °C. La tension d'alimentation fonctionne sur une large plage, de 1,5V à 3,6V, pour prendre en charge un fonctionnement à faible consommation d'énergie. L'interface série I2C facilite la connexion du MS8607 à un microcontrôleur standard.

La fonctionnalité de haute résolution de pression combinée à la linéarité de haute pression, d'humidité et de température (PHT) fait du MS8607 un candidat idéal pour la surveillance environnementale, comme un altimètre dans les smartphones, tablettes et PC, ainsi que pour les applications PHT telles que le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC), les stations météorologiques, les imprimantes 3D de précision, les appareils électroménagers et les humidificateurs. Le MS8607 est fabriqué en utilisant une technologie MEMS éprouvée, largement utilisée depuis plus d'une décennie.

Le CI de position rotationnelle et linéaire haute précision KMA36

La détection de position peut être un élément crucial dans les applications industrielles de l'Internet des objets où la position d'un élément mécanique tel qu'un moteur, une vanne ou un bras de robot contrôle un processus complexe. Souvent dans ces applications, le fonctionnement sans contact, la haute précision, la résistance à l'usure et la tolérance aux changements environnementaux sont également des exigences clés. Le KMA36 de TE est un capteur de position magnétique universel, hautement fiable et de haute précision. Il fournit une mesure précise de rotation ou linéaire avec une résolution allant jusqu'à 0,04 degré en utilisant 13 bits. Comme illustré à la Figure 2 ci-dessous, il combine un élément magnétorésistif avec un convertisseur analogique-numérique et des fonctions de traitement de signal, intégrés dans un boîtier TSSOP standard et compact.

Dans les applications où la précision est importante, la technologie Magnétorésistive Anisotrope (AMR) utilisée par le KMA36 de TE est capable de déterminer avec précision, sans contact mécanique, l'angle magnétique d'un aimant externe sur une plage complète de 360°, ainsi que la position incrémentielle sur une bande polaire magnétique avec une longueur de pôle de 5 mm. Le mode veille et basse consommation, ainsi qu'un réveil automatique via l'I2C, font du KMA36 un excellent choix pour les applications sur batterie. Les données de position peuvent être transmises en utilisant un bus de communication PWM ou I2C numérique pour une opération autonome ou des applications basées sur microcontrôleur. Les paramètres programmables offrent à l'utilisateur une large gamme d'options de configuration pour simplifier le traitement ultérieur des données. Le KMA36 est presque insensible à la dérive magnétique due aux tolérances mécaniques, aux variations de température ou au stress thermique. Son fonctionnement sans entretien et sa large bande passante permettent des implémentations robustes même dans des environnements industriels difficiles.

Le capteur de température haute résolution TSYS01

Dans de nombreuses applications de traitement IoT industrielles, une mesure de température précise est essentielle. Une petite différence de température dans certains processus industriels peut faire la différence entre un résultat réussi et un échec. Dans certains processus industriels, la sécurité de l'opérateur dépend de ces mesures précises, ce qui rend la précision et le fonctionnement robuste encore plus critiques. Le TSYS01 de TE est un capteur de température haute résolution sur une seule puce. Il comprend une puce de détection de température et un convertisseur analogique-numérique Delta Sigma 24 bits. La combinaison de la valeur de température numérique 24 bits et des valeurs de calibration de précision réglées en usine crée à la fois une lecture de température très précise avec une haute résolution de mesure. Le TSYS01 peut être connecté à n'importe quel microcontrôleur via une interface I2C ou SPI. Le microcontrôleur est généralement utilisé pour calculer le résultat de la température basé sur les valeurs ADC et les paramètres de calibration.

Connexion au Cloud avec la carte SD 600eval

Une fois que les données sont collectées par le capteur, vous pourriez avoir besoin de traiter davantage les données, de comparer les résultats à des cibles seuils et de transférer les données vers un stockage basé sur le cloud pour un traitement analytique de « big data ». Les données des capteurs obtenues de tous les moteurs dans une usine industrielle, par exemple, peuvent être utilisées pour prédire l'usure mécanique et prévenir proactivement les événements de panne de ligne. Si les données sont disponibles pour le fabricant de moteurs pour tous les moteurs utilisés dans toutes les usines des clients, le fabricant peut combiner toutes ces données pour une analyse encore plus détaillée. Peut-être que le fabricant de moteurs peut même vendre les résultats de l'analyse en tant que service aux propriétaires d'usine pour aider à orienter les activités de maintenance et de réparation. Les utilisations de l'analytique des données à partir des capteurs ouvrent de tout nouveaux modèles commerciaux et sources de revenus pour les entreprises qui vendaient auparavant uniquement des produits et non des connaissances.

Pour connecter les données collectées par le Sensor Board de TE au cloud, une carte de base avec processeur est nécessaire. Pour prototyper rapidement et valider le design, une carte de base utilisant le même facteur de forme de connectivité 96board est idéale. La carte Arrow SD 600eval, illustrée à la Figure 4 ci-dessous, utilise la norme 96board très compacte, mais elle offre également une puissance de traitement significative, des options d'interconnexion (y compris le Wi-Fi) et une mémoire embarquée remarquable, ce qui est tout ce dont on a besoin pour une plateforme de traitement des capteurs robuste avec connectivité au cloud.

La puissance de traitement du SD 600eval repose sur le célèbre processeur Snapdragon utilisé dans une variété de téléphones portables et d'applications connectées. L'utilisation du processeur quadricœur Snapdragon permet au SD 600eval de faire fonctionner Android et Linux, prenant en charge la plus large gamme de connectivité possible. La mémoire LPDRAM de 2 Go et le stockage eMMC de 16 Go à bord permettent de faire fonctionner ces systèmes d'exploitation efficacement. La connectivité, même dans un format aussi compact, est impressionnante avec un WLAN 802.11a/b/g/n/ac double bande 2,4 GHz et 5 Hz, Bluetooth 4.x + BR/EDR + BLE, et GPS disponibles avec une antenne externe ou embarquée. La connectivité Gigabit Ethernet et SATA est également prise en charge.

Les capacités multimédia sont tout aussi impressionnantes avec une interface série de caméra 4 voies MIPI (CSI), une interface 2 voies MIPI CSI, et la lecture vidéo HD 1080p. Le traitement audio comprend PCM/AAC+/MP3/WMA avec ECNS et post-traitement Audio+. Deux connecteurs USB 2.0 Type A (mode hôte uniquement) et un OTG USB 2.0 via Micro AB fournissent des options de connectivité supplémentaires. Un connecteur haute vitesse à 60 broches et un connecteur basse vitesse à 40 broches le rendent facilement extensible.

Les caractéristiques matérielles sont impressionnantes, mais le logiciel disponible permet d'accéder facilement à toutes ces capacités matérielles directement depuis un programme d'application. Le développement est un jeu d'enfant avec Android ou Linux et les pilotes, frameworks et Interfaces de Programmation d'Applications (APIs) disponibles. Des guides d'utilisateur détaillés, des Packages de Support de Carte (source et binaire), des chargeurs de démarrage et des installateurs donnent à votre développement une très grande avance.

Conclusion

Si votre application IoT nécessite une variété de capteurs et un processeur IoT puissant connecté ainsi qu'un chemin rapide vers un prototype fonctionnel, la Sensor Mezzanine Board de TE et le SD 600eval sont les solutions parfaites. Commandez le SD 600eval et les capteurs TE dont vous avez besoin chez Arrow via les liens fournis dans la section de référence ci-dessous. N'attendez pas, commencez dès aujourd'hui !