Integración de sensores multifunción para accionamiento de IoT

La Internet de las cosas está cambiando el mundo. Su gran potencial reside en la combinación de dispositivos inteligentes de consumo ultrabajo en el borde de la red, y la informática en la Nube, capaz de identificar patrones en vastas cantidades de datos para generar información útil. Dos aspectos que habilitan su aparición son los chips de procesadores de alto rendimiento, junto con dispositivos de borde de red inteligentes que pueden fabricarse a bajo costo y bajo consumo de energía que la implementación generalizada es técnicamente posible y económicamente viable.

Las redes y las bases de datos son aspectos clave que distinguen la IoT del control y monitoreo remoto ordinario. Su potencial para proteger el medio ambiente, mejorar el rendimiento del negocio y transformar la vida cotidiana se explota no por detectar y responder individualmente a una o dos variables, sino al analizar varios canales de datos para detectar tendencias y determinar una respuesta adecuada.

Algunos ejemplos se pueden observar en la industria automotriz, ya que los principales fabricantes están comenzando a utilizar la información del sensor capturada de un gran número de automóviles en el terreno para mejorar los servicios de atención al cliente y el desarrollo de nuevos productos. En otros mercados de consumo, como los electrodomésticos, los principales fabricantes están comenzando a aprovechar el poder de la IoT para mejorar los productos y el rendimiento de la empresa con los conocimientos adquiridos mediante la recopilación de datos de máquinas de los clientes. En el sector de servicios de construcción, se espera que los datos recopilados a partir de una base global instalada de ascensores y escaleras mecánicas en una plataforma de IoT de la Nube ayuden a mejorar el mantenimiento y diseño de futuros productos.

Hay muchas otras situaciones en que se pueden utilizar combinaciones de datos de de medición, algunas de las cuales incluyen:

• Sensores ambientales, tales como la detección de gases en minas para mejorar la seguridad en el lugar de trabajo.
• Los sensores de proximidad en la carretera, así como los sensores de aceleración y la actitud la bordo de vehículos para apoyar la conducción autónoma y prevenir los accidentes.
• Los sensores en las habitaciones de hotel para detectar la ocupación sin comprometer la privacidad, permitiendo que el personal realizar el servicio de habitaciones sin entrometerse y mejorar la eficiencia operativa.
• Los sensores médicos para registrar los datos del paciente y de datos ambientales para enviarlos a un profesional de la salud.
• La telemática que permite registrar los datos del vehículo para determinar las tasas de seguros en función de los hábitos de conducción para incentivar una conducción más segura.  

La demanda y el desarrollo de soluciones multisensor

Cuando los sensores son necesarios para supervisar varias variables simultáneamente, consolidar los sensores y la electrónica de soporte ahorra costos y simplifica la instalación. Las plataformas de evaluación de sensores altamente integradas ayudan al desarrollo de productos inteligentes con una variedad de sensores que están listos para ser conectados a la IoT.

Arduino es uno de los entornos que simplifica el desarrollo de soluciones multisensor. Por ejemplo, Arduino Lucky Shield es una tarjeta de expansión que es compatible con todas las placas de 5 V y 3,3 V estándar de Arduino. Combina sensores de presión barométrica, altitud relativa, luminosidad, temperatura, movimiento y presencia. Los sensores están empaquetados en un diseño compacto de 68,6 mm x 53,4 mm de factor de forma.

Comenzar con Arduino Lucky Shield es fácil ya que hay varios tutoriales disponibles en Arduino.org, incluyendo la aplicación para estación meteorológica que muestra cómo leer la temperatura, humedad y salidas de sensor de presión y enviarlos a una pantalla OLED. La figura 1 muestra un extracto del código proporcionado, mientras que la figura 2 muestra el código que se ejecuta mostrando los valores de lectura del sensor.

tmp_lbl = "Temper.:";

hum_lbl = "Humidity:";

pre_lbl = "Pressure:";

tmp_um = " C.";

hum_um = " %";

pre_um = " hPa";

}

void loop(){

luck.oled().clearDisplay();

tmp_val = String(luck.environment().temperature());

lucky.oled().setCursor(5, 10);

lucky.oled().print(tmp_lbl + tmp_val + tmp_um);

Serial.print(tmp_lbl + tmp_val + tmp_um);

hum_val = String(luck.environment().humidity());

lucky.oled().setCursor(5, 30);

lucky.oled().print(hum_lbl + hum_val + hum_um);

Serial.print(hum_lbl + hum_val + hum_um);

pre_val = String(luck.environment().temperature() / 100.0F);

lucky.oled().setCursor(5, 50);

lucky.oled().print(pre_lbl + pre_val + pre_um);

Serial.printIn(pre_lbl + pre_val + pre_um);

Figura 1: Código de tutorial de estación meteorológica de Arduino.

Figura 2: Detectar condiciones ambientales con la placa multisensor Arduino Lucky Shield.

Placa X-NUCLEO-IKS01A2 y SensorTile de ST

STMicroelectronics tiene varias placas de evaluación de sensores múltiples dentro de su ecosistema STM32. X-NUCLEO-SIC01A2 es una placa de expansión de detección ambiental para uso con las placas base de microcontroladores Nucleo STM32. Contiene un acelerómetro MEMS, un giroscopio, un magnetómetro, un sensor de presión barométrica absoluta capacitivo y un sensor de temperatura y humedad relativa.

El ecosistema STM32Cube ofrece herramientas y software para inicializar y ejecutar el microcontrolador STM32. Además, la biblioteca de ampliación de software de sensor ambiental X-CUBE-MEMS1 proporciona los controladores necesarios para construir aplicaciones en X-NUCLEO-SIC01A2. En el diagrama de la arquitectura general del sistema de la figura 3, X-CUBE-MEMS1 cumple con los requisitos de la capa del controlador.

Figura 3: Arquitectura de sistema para el desarrollo de sensores ecosistema STM32

Colocados en la capa de middleware de la Figura 3 aparecen ejemplos de software adicionales que están disponibles para uso de los sensores para funciones específicas, tales como la actividad y/o reconocimiento de gestos. Estos incluyen:

osxMotionAW: Expansión de software para reconocimiento de la actividad en tiempo real de la muñeca para STM32Cube

osxMotionID: Expansión de software de detección de intensidad de movimiento en tiempo real para STM32Cube

osxMotionFX: Expansión de software para fusión de sensores en tiempo real para STM32Cube

osxMotionGC: Software de calibración de giroscopio en tiempo real para STM32Cube

osxMotionPE: Estimación de pose en tiempo real expansión de software para STM32Cube

El pseudo código de la figura 4 muestra cómo MotionFX implementa la fusión de datos de los sensores de movimiento en tiempo real.

Inicialización de secuencia de pseudo código (a realizarse una vez)

1. Sensores Init (CAC y gyro para 6x fusion, también mag para 9x fusion); al encender espere para completar transitorios con el fin de obtener buenas muestras de datos
2. Init MotionFX fusion: osx_MotionFX_initialize()
3. Init mag calibration: osx_MotionFX_compass_Init()
4. osx_MotionFX_getKnobs(); modify settings; _setKnobs()
5. Restablecer mediante la desactivación de fusión: osx_MotionFX_enable_6X(0) / _9X(0)

Iniciar fusión

1. Si es posible la calibración gyro Init: osx_MotionFX_setGbias()
2. Init mag calib si es posible: osx_MotionFX_compass_setCalibrationData()
3. Habilitar la fusión de datos: osx_MotionFX_enable_6X(1) / _9X(1)

Luego se pueden leer los datos del sensor, y se pueden controlar las transacciones mediante instrucciones como osx_MotionFX_propagar() y osx_MotionFX_update()

Figura 4: Pseudo código para sensor de fusión MotionFX.

Factor de forma pequeño laboratorio IoT

ST ha anunciado recientemente un módulo multisensor aún más pequeño que puede ser usado como un hub de conectividad y detección en un sistema integrado, o como un dispositivo independiente para capturar los datos de sensor mediante una aplicación smartphone. Este SensorTile integra un acelerómetro MEMS, giroscopio, magnetómetro, sensor de presión absoluta y micrófono, junto con un microcontrolador STM32L4 y radio Bluetooth Low Energy (BLE) en una placa del tamaño de una estampilla postal que puede soldarse o conectarse a una placa host.

Para utilizar en modo autónomo, ST proporciona una placa base que contiene un sensor de temperatura y humedad, y se puede modificar fácilmente para añadir sensores alternativos si es necesario. Cuando se utiliza en este modo, SensorTile puede configurarse a través de BLE para iniciar rápidamente la adquisición de los datos del sensor en un teléfono inteligente.

Para el desarrollo integrado, SensorTile se puede conectar a una placa de evaluación STM32 Nucleo a través de una placa base de expansión diferente.

Plataforma ARTIK de Samsung con seguridad empresarial

La plataforma ARTIK™ de Samsung ofrece una serie de módulos que son escalables de pequeñas unidades con un microcontrolador ARM® Cortex ®-M4 y soporte Bluetooth 4.2, para la familia ARTIK 5 con doble procesamiento Cortex-A7 y soporte para Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee® y Thread, para la familia de ARTIK 7 que aprovecha el procesador de aplicaciones Cortex-A35. Las familias ARTIK 5 y ARTIK 7 son lo suficientemente potentes para gateways o controladores. Incorporan seguridad de clase empresarial, incluyendo un elemento de seguridad de hardware para el almacenamiento de claves y aseguran la ejecución de los algoritmos de cifrado y SO seguro que ayuda a establecer un entorno de ejecución de confianza. Las marcas blue chip están construyendo soluciones IoT mediante el ecosistema ARTIK y los kits están disponibles para el desarrollo integrado como el ARTIK 020 Bluetooth 4.2 IoT kit de dispositivo final, el kit ARTIK 520 Bluetooth/WIFI/ZigBee/Thread y el kit high-end ARTIK 710. El rápido desarrollo de múltiples sensores puede aprovechar la placa de expansión de sensor ARTIK la cual es compatible con los kits ARTIK 5 y ARTIK 7. Esta tarjeta contiene un acelerómetro, giroscopio, sensor de humedad, magnetómetro, sensor de presión y temperatura, y está conectada como un compañero a la placa de evaluación principal a través de un conector de borde como se muestra en la figura 5.

Figura 5: Uso de la placa de expansión de sensor con un kit de evaluación ARTIK 5 o ARTIK 7.

Conclusión

Las placas de desarrollo de sensor que ingresan al mercado en la actualidad son módulos multisensor compactos, que pueden utilizarse directamente o con un mínimo de adaptación en productos finales destinados al uso en el borde de la IoT. A medida que las demandas de los usuarios se intensifican y las aplicaciones analíticas basadas en la Nube se vuelven más sofisticadas y asequibles, cada vez más servicios imaginativos deben surgir, aprovechando una creciente variedad de datos del sensor.