Kit de avaliação facilita a prototipagem de automação residencial da Internet das coisas

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No mundo da Internet das Coisas (IoT), que muda rapidamente, não faltam possibilidades para dispositivos domésticos inteligentes. Para os desenvolvedores, isso significa mais desafios de design do que nunca. Projetos, por exemplo, não podem mais levar anos para passar do conceito para o mercado.

A prototipagem rápida permite que uma empresa de IoT considere a entrada, necessidades e desejos do cliente e demonstre rapidamente como seria sua solução. Envolve tempo e custos mínimos de desenvolvimento, proporcionando a flexibilidade necessária na integração de ajustes ao longo do caminho. E, ao mesmo tempo, oferece uma vantagem imediata de colocação no mercado.

Voltado para aplicativos inteligentes de automação residencial de IoT, o IOT-HOME-KIT da Digi-Key kit de avaliação (Figura 1) utiliza a placa de desenvolvimento AVR-IoT WG da Microchip Technology, a MIKROE-1926 Stepper 2 Click Board da MikroElektronika e o motor de passo 324 da Adafruit. A intenção do kit é iniciar os designers em aplicativos domésticos inteligentes de IoT sem ter que procurar peças compatíveis.

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1. O Digi-Key IOT-HOME-KIT. A intenção do kit é iniciar os designers em aplicativos domésticos inteligentes de IoT sem ter que procurar peças compatíveis.

Além disso, é fornecido um conector mikroBUS para expandir os recursos da placa com mais de 450 sensores e atuadores oferecidos pela MikroElektronika por meio de um crescente portfólio de placas Click.

Dev Board

No coração do kit está a placa de desenvolvimento do AVR-IoT WG (Figura 2). A pequena plataforma expansível de demonstração e desenvolvimento para soluções de IoT é baseada na arquitetura do microcontrolador AVR e usa a tecnologia Wi-Fi. A placa é suportada por dois ambientes de desenvolvimento integrado (IDEs) – Atmel Studio e Microchip MPLAB X IDE -, oferecendo a capacidade de inovar com o ambiente escolhido.

2. A seguir, são apresentados os principais elementos da placa de desenvolvimento do AVR-IoT WG.2. A seguir, são apresentados os principais elementos da placa de desenvolvimento do AVR-IoT WG.

Além disso, oferece uma maneira segura e imediata de conectar seu aplicativo incorporado à plataforma principal de Cloud IoT do Google. UMATodas as mensagens enviadas e recebidas do Google Cloud são criptografadas e, portanto, não podem ser lidas por terceiros que espionam.

O conselho de desenvolvimento combina:

  • Um MCU ATmega4808 de 8 bits
  • Um IC seguro do elemento seguro ATECC608A CryptoAuthentication
  • Um controlador de rede Wi-Fi ATWINC1510 totalmente certificado que fornece uma maneira simples de conectar um aplicativo incorporado à plataforma principal de Cloud IoT do Google

Vamos analisar esses componentes, um de cada vez:

o Microchip ATmega4808 é um microcontrolador que apresenta o processador AVR de 8 bits com multiplicador de hardware executando em até 20 MHz e com até 48 kB de flash, 6 kB de SRAM e 256 bytes de EEPROM. Ele vem pré-carregado com firmware que permite que os usuários se conectem e enviem dados rapidamente para a plataforma IoT do Google Cloud usando os sensores de temperatura e luz a bordo.

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A CPU do AVR usa uma arquitetura Harvard com barramentos separados para programa e dados. As instruções na memória do programa são executadas com um pipeline de nível único. Enquanto uma instrução está sendo executada, a próxima instrução é pré-buscada na memória do programa. Isso permite que as instruções sejam executadas em cada ciclo do relógio.

Para conectividade, a placa inclui um Microchip ATWINC1510-MR210PB certificado IEEE 802.11 b / g / n Módulo Wi-Fi projetado especificamente para dispositivos IoT de baixa potência. O módulo integra um amplificador de potência (PA), amplificador de baixo ruído (LNA), comutador, gerenciamento de energia e uma antena impressa (ou um conector micro-coaxial para uma antena externa). Juntamente com a ROM de inicialização (read-only memory) para capacidade de inicialização rápida do firmware, a pilha de rede integrada suporta protocolos padrão da Internet usando aceleradores de hardware para acelerar os protocolos de segurança Transport Layer Security (TLS) e Wi-Fi.

O módulo fornece portas SPI para fazer interface com um controlador host. O WINC1510 vem com memória flash interna, bem como várias interfaces periféricas, incluindo UART e SPI. A única fonte de relógio externo necessária é o oscilador ou cristal interno de alta velocidade (26 MHz).

Microchip ATECC608A é um elemento seguro do portfólio CryptoAuthentication da empresa com recursos de criptografia de curva elíptica (ECC). Como em todos os produtos Microchip CryptoAuthentication, o ATECC608A emprega armazenamento de chaves criptográficas baseado em hardware e contramedidas criptográficas, o que elimina qualquer backdoors em potencial associado a fraquezas do software. O dispositivo é adequado para o mercado de IoT, fornecendo toda a gama de necessidades de segurança, como confidencialidade, integridade de dados e autenticação para sistemas com MCUs ou MPUs executando algoritmos de criptografia / descriptografia.

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O kit possui dois sensores – um Sensor de luz de fotodíodo Vishay TEMT6000X01 e um sensor de temperatura de alta precisão. O último, sensor de temperatura digital MCP9808 da Microchip, converte temperaturas entre -20 e + 100 ° C no domínio digital com precisão de ± 0,25 ° C / ± 0,5 ° C (típica / máxima).

A placa de desenvolvimento inclui quatro LEDs usados ​​para fornecer informações de diagnóstico:

  • Um LED azul de conexão de rede Wi-Fi “WIFI” indica uma conexão bem-sucedida à rede Wi-Fi local.
  • Um LED verde “CONN” do Google Cloud Connection indica uma conexão bem-sucedida aos servidores do Google Cloud.
  • Um LED amarelo de publicação de dados “DATA” para servidores indica que um pacote de dados do sensor foi publicado com êxito para
  • Um LED vermelho de status “ERRO” indica que ocorreu um erro após a etapa anterior.
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Os recursos de programação e depuração integrados estão disponíveis no PKOB Nano, com apenas um cabo USB necessário. Para usuários familiarizados com o MPLAB X IDE, a placa pode ser programada e / ou depurada diretamente através da operação padrão deste IDE. A placa de desenvolvimento é detectada automaticamente pelo MPLAB X.

Motor deslizante

Um motor de passo usa uma roda dentada e eletroímãs para girar a roda um “passo” de cada vez. Cada pulso alto enviado energiza a bobina, atrai os dentes mais próximos da roda dentada e aciona o motor um passo. É um tipo simples de motor DC que fornece alto torque e precisão. Ao contrário de um motor CC sem escova, ele não requer feedback do sensor para determinar a distância que o motor girou, para que um sistema de aparência aberta possa ser aplicado. A posição sempre pode ser determinada desde que a posição inicial seja conhecida.

A precisão é uma das principais vantagens de um motor de passo. Todo motor de passo tem um ângulo de passo correspondente ao número de graus que o motor gira para cada pulso. O motor de passo Adafruit no kit de automação residencial tem um ângulo de passo de 1,8 graus, produzindo 200 posições possíveis.

Para controlar o motor de passo, o kit inclui o Controlador de motor de passo A4988, fornecendo uma interface modulada por largura de pulso (PWM). O A4988 possui uma capacidade de acionamento de saída de até 35 V e ± 2 A e permite controlar um motor de passo bipolar com corrente de saída de até 2 A por bobina. O driver fornece cinco resoluções de etapas diferentes: etapa completa, meia etapa, quarto de etapa, oito etapas e décima sexta etapa. Além disso, possui um potenciômetro para ajustar a saída de corrente, desligamento térmico por excesso de temperatura e proteção contra corrente de cruzamento.

Um projeto de exemplo: o relógio do tempo

Como exemplo de caso de uso, a Digi-Key e o Microchip oferecem um Relógio Meteorológico, que é um relógio com informações sobre o tempo em vez da hora no mostrador do relógio. (Fig. 3). Por exemplo, se o tempo estiver ensolarado, um ponteiro do relógio apontará para ensolarado no mostrador do relógio. O projeto usa o Kit de automação residencial e o Google Cloud Platform.

3. Os ponteiros do relógio meteorológico apontam para as condições meteorológicas atuais.3. Os ponteiros do relógio meteorológico apontam para as condições meteorológicas atuais.

O relógio meteorológico requer dados climáticos atualizados para funcionar. Os dados devem ser buscados e convertidos para a posição do ponteiro do relógio em intervalos regulares. A tarefa não é realizada pelo próprio dispositivo, mas pela nuvem por meio do Google Cloud Platform. Para fazer a nuvem buscar e processar os dados climáticos regularmente, digamos, em um intervalo de trinta minutos, o Google Cloud Scheduler pode ser usado. Isso permite automatizar tudo, incluindo novas tentativas em caso de falha para reduzir o trabalho manual e a intervenção.

Os dados meteorológicos são fornecidos pelo YR.no, um serviço meteorológico gratuito e aberto do Instituto Meteorológico da Noruega. Periodicamente, os dados meteorológicos são baixados do YR.no e armazenados usando Google Cloud Storage. O download e a conversão são feitos por um script python através de um Função Cloud – um pequeno pedaço de código que não precisa de um servidor ou de outros recursos dedicados, sendo executado quando um desencadear evento ocorre.

A conexão de dispositivos ao Google Cloud descarrega várias tarefas do MCU, que não tem conhecimento das informações meteorológicas. Ele recebe apenas instruções da nuvem e envia os ponteiros do relógio para a posição correta através do motor de passo. O relógio meteorológico recebe uma posição do ponteiro do relógio entre zero e 200. Dependendo da posição atual do ponteiro do relógio, o motor gira no sentido horário ou anti-horário, girando na direção com a menor distância. Quando os dados climáticos ficam disponíveis, o relógio envia uma mensagem MQTT de posição para o quadro, que representa a posição do ponteiro do relógio.

Em suma

O objetivo da prototipagem é validar a viabilidade do design de um produto, identificar possíveis deficiências e desenvolver as modificações necessárias de maneira eficiente. Ao usar a solução Digi-Key IOT-HOME-KIT, os engenheiros podem garantir que o design e os recursos do produto estejam alinhados com as perguntas dos clientes, como: Quais recursos eles estão procurando? É tecnicamente viável? Todos os recursos pretendidos podem ser integrados ao produto final? E com que facilidade os usuários podem interagir com a solução?

Para obter mais informações sobre o kit e as peças discutidas neste artigo, use os links fornecidos para acessar as páginas do produto no site da Digi-Key.

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