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Moduli IoT dell'azienda Microchip

2020-11-09

Moduli IoT dell'azienda Microchip

Da diversi anni, una delle espressioni più popolari nel settore dell'elettronica è l'IoT, ossia "Internet delle cose" (dall'inglese Internet of Things). Di seguito presentiamo dei moduli compatti che facilitano e accelerano la produzione e la prototipazione dei dispositivi IoT. Si tratta di kit preparati dall'azienda Microchip che consentono la comunicazione tramite Bluetooth o in reti Wi-Fi, pronti ad essere utilizzati con Amazon Web Services o Google Cloud.

Non solo nell'industria, ma anche nella vita quotidiana, stiamo assistendo ad una crescita vertiginosa di dispositivi, il cui funzionamento richiede una connessione costante o periodica a Internet, o almeno alla rete locale domestica o aziendale. Usiamo questa connettività praticamente ovunque: dal funzionamento della TV tramite lo smartphone, all'automazione completa delle fabbriche.

La comunicazione con e tra tutti i circuiti utilizzati nel sistema, consente di centralizzare la gestione (come nel caso di una linea di produzione o di una casa intelligente), ma comporta anche il download e il trasferimento di una grande quantità di dati. I dati vengono raccolti da una varietà di sensori, in genere utilizzando microcontrollori, la cui potenza di calcolo non consente un'analisi completa delle informazioni (per non parlare della loro presentazione in modo comprensibile per l'utente). Un server locale può aiutare nell'elaborazione dei dati, tuttavia il costo della sua installazione e manutenzione spesso si rivela sproporzionato rispetto ai vantaggi. Pertanto i costruttori sempre più spesso optano per servizi offerti da terzi, come ad es. Amazon o Google, ossia di archiviazione ed elaborazione dei dati "nel cloud".

Ecco un'altra sfida che ogni apparecchio IoT deve affrontare: la sicurezza. Purtroppo un dispositivo troppo semplice costituirà un punto debole dell'infrastruttura nella vostra rete domestica o aziendale. Inoltre, non garantirà un'adeguata protezione dei dati. Non c'è bisogno di ricordare a nessuno le tragiche conseguenze di un livello di protezione inadeguato, soprattutto nel caso delle reti connesse a Internet.

Moduli IoT dell'azienda Microchip

Per la creazione di dispositivi IoT spesso vengono utilizzati microcontrollori a 32 bit. Dispongono di una potenza di calcolo appropriata e sono concepiti per le applicazioni di rete. Le loro risorse consentono l'installazione di un software completo responsabile della gestione delle applicazioni dell'utente, del supporto dello standard di trasmissione wireless e che garantisce un adeguato livello di sicurezza dei dati scambiati tra il dispositivo e il cloud (autenticità e crittografia). D'altra parte, la necessità di costruire un software così esteso costituisce allo stesso tempo uno svantaggio. Lo sviluppo di tale soluzione richiede molto tempo, richiede la conoscenza dell'architettura del circuito utilizzato, nonché la conoscenza avanzata delle librerie per gestire lo stack TCP/IP e protocolli come MQTT o un sistema operativo compatibile. Inoltre, dobbiamo prendere in considerazione l'implementazione di soluzioni responsabili per la sicurezza in termini di informazioni trasmesse e possibile aggiornamento del firmware del nostro dispositivo. In molti casi è possibile che l'utilizzo di un microprocessore a 32 bit complichi inutilmente il progetto. Soprattutto quando progettiamo un'applicazione funzionalmente semplice (ad es. destinata alla lettura dei dati provenienti da sensori ambientali e che reagisce alla loro variazione sulla base delle istruzioni in arrivo dal centro di gestione tramite cloud).

Ecco perché l'azienda Microchip, tramite la TME, offre moduli IoT compatti dotati di microcontrollori a 8 e 16 bit – AVR o PIC, a seconda delle esigenze e preferenze.

Le singole funzionalità SMART/CONNECTED/SECURE vengono implementate mediante blocchi dedicati (microcontrollore/modulo di comunicazione/sistema di autorizzazione)

I dati chiave sui sei moduli disponibili nell'offerta della TME sono riportati nella tabella seguente. La loro suddivisione base è la distinzione tra microcontrollori AVR e PIC. In ciascuno di questi gruppi, i nostri clienti possono scegliere tra tre modelli: un modulo ad alta efficienza energetica adatto per la comunicazione Bluetooth; un modulo Wi-Fi progettato per il funzionamento con Amazon Web Services (AWS); o un modulo Wi-Fi dedicato per il Google Cloud. Tutte le schede sono dotate di un debugger che migliora la cooperazione con l'IDE e accelera la fase di prototipazione. Grazie ad esso e alla comunicazione tramite porta USB, la programmazione del modulo nell'ambiente Microchip MPLAB® X AMBIENTE avviene molto agevolmente. Il modulo viene riconosciuto automaticamente dal software, i LED indicano lo stato corrente del dispositivo e l'utente dispone di una porta COM virtuale e un canale dell'analizzatore logico (GDI GPIO). Inoltre i prodotti basati su microcontrollori AVR rimangono compatibili con il popolare ambiente Atmel Studio e Atmel Start.

Vale la pena di notare come grazie alla tecnologia eXtreme Low Power (XLP) i moduli Bluetooth possano essere alimentati mediante una batteria a "pasticca" CR2032. Altri modelli sono dotati di un controller di ricarica e di un connettore per il collegamento di una cella agli ioni di litio (Li-Ion) o ai polimeri di litio (Li-Pol).

Modello Microcontrollore Connettività Supporta
AVR-BLE ATmega3208 Bluetooth n/d
AVR-IOT-WA ATmega4808 Wi-Fi Amazon Web Services
AVR-IOT ATmega4808 Wi-Fi Google Cloud
PIC-BLE PIC16LF18456 Bluetooth n/d
PIC-IOT-WA PIC24FJ128GA705 Wi-Fi Amazon Web Services
PIC-IOT PIC24FJ128GA705 Wi-Fi Google Cloud

Ciascun modulo dispone di componenti aggiuntivi installati su PCB. A seconda del modello, questi possono essere: connettore GPIO che offre accesso diretto alle funzioni del microcontrollore, pulsanti fisici, LED aggiuntivi, sensore di luce (TEMT6000, solo per le versioni Wi-Fi), sensore di temperatura (MCP9808 o MCP9844) o accelerometro (BMA253, solo per le versioni Bluetooth).

Connettività e sicurezza

La comunicazione WiFi è stata effettuata utilizzando un modulo ATWINC1510 prodotto dall'azienda Microchip. Questo opera nella banda 2.4GHz (b/g/n), supporta il protocollo TCP/IP nella versione IPv4 ed è compatibile con reti crittografate tramite protocolli WPA/WPA2, TLS e SSL. Gli articoli destinati alla connettività Bluetooth sono dotati di modulo RN4870. Si tratta di una soluzione collaudata e originale dell'azienda Microchip. Consente la comunicazione nello standard Bluetooth 5 e viene gestito mediante comandi trasmessi tramite l'interfaccia UART. Entrambi i moduli di comunicazione (e pertanto tutti i prodotti presentati) dispongono di certificati per l'utilizzo nelle regioni chiave del mondo: Nord America, Europa, Giappone, Corea, Taiwan, nonché Cina.

I dati trasmessi dai moduli Microchip vengono ulteriormente protetti mediante l'utilizzo del coprocessore di crittografia ATECC608A. Si tratta di un sistema che sfrutta la tecnica ECC (crittografia a curva ellittica). Poiché l'autenticazione (crittografia) avviene in un layout dedicato, viene eseguita in modo rapido e affidabile, garantendo un'elevata sicurezza delle informazioni trasmesse. Questi dispositivi sono già pre-registrati nei sistemi AWS o Google Cloud, ciò costituisce un risparmio di tempo aggiuntivo per l'utente.

Microcontrollori

I moduli, il cui cuore è costituito da microcontrollori AVR, dispongono di uno dei due sistemi installati, ATmega3208 o ATmega4808. Si tratta di architetture a 8 bit della stessa famiglia, che differiscono per la quantità di memoria di programma (rispettivamente: 32KB e 48KB) e per la memoria operativa (4KB e 8KB). Possono operare con una frequenza di 20MHz. I microcontrollori sono dotati di 4 timer con divisori di frequenza a 16 bit. Inoltre a disposizione dell'utente vi sono 12 canali del trasduttore A/D. I circuiti possono comunicare con le periferiche utilizzando i protocolli SPI I2C e USART.

Una soluzione più avanzata è il microcontrollore PIC16LF18456, presente nei moduli PIC-BLE. È stato progettato per assicurare un'elevata efficienza energetica (tecnologia eXtreme Low-Power) e funziona con numerosi sensori. Dispone di un convertitore analogico-digitale a 12 bit a 24 canali con funzione di conversione (ADC2). Può funzionare indipendentemente dal core e risvegliare il core dallo stato di freeze, limitando così il consumo di energia. Il sistema include anche spazio per due comparatori, due generatori PWM a 10 bit, 4 contatori a 8 bit e 4 contatori a 16 bit, nonché un convertitore D/A a 5 bit.

Nei moduli PIC-IoT vengono utilizzati microcontrollori PIC24FJ128GA705. Si tratta di circuiti a 16 bit che operano con frequenze fino a 32MHz. Sono destinati alle applicazioni mobili (alimentate a batterie ricaricabili). Come nel caso del PIC16LF18456, al loro interno è stata applicata la tecnologia CIP, ossia con periferiche indipendenti dal core, ciò consente un ulteriore risparmio energetico. Sulla base del microcontrollore è possibile creare una tastiera tattile virtuale nella tecnologia capacitiva. Inoltre dispone di un orologio in tempo reale e 3 comparatori analogici. Con i componenti presenti nei moduli PIC-IoT, questo sistema costituisce uno strumento facile da programmare ma allo stesso tempo potente, che può essere utilizzato per costruire dispositivi IoT avanzati.

Il video sottostante mostra una semplice applicazione che utilizza le funzionalità base dei moduli Microchip dotati di microcontrollore PIC. Il sistema è collegato al servizio Google Nest. Una volta ottenuta una richiesta, vengono acquisite le informazioni meteo per una determinata posizione geografica. Utilizzando una delle schede Click del marchio Mikroelektronika (in questo caso un controller per motore passo-passo), il modulo posiziona la lancetta in modo che mostri sul quadrante il simbolo delle condizioni meteorologiche correnti per la posizione geografica desiderata.

Qui vale la pena di notare che ciascuno dei prodotti del marchio Microchip presentati supporta i moduli Click del marchio Mikroelektronika. Nel nostro catalogo disponiamo di centinaia di articoli di questo produttore e vi invitiamo a scoprire la sua offerta.

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