L'IoT vise à favoriser l'intégration de capteurs multifonctions

L'Internet des objets change le monde. Son potentiel extraordinaire repose sur la combinaison de dispositifs intelligents ultrabasse consommation à la périphérie réseau, et sur le cloud computing qui permet d'identifier les comportements dans de grands volumes de données afin de générer des informations utiles. Les deux facteurs permettant l'émergence de l'IoT sont les puces de processeur hautes performances et les périphériques réseau intelligents dont la fabrication à faible coût et la basse consommation énergétique permettent un déploiement omniprésent, tant sur le plan technique qu'économique.

La mise en réseau et les mégadonnées (Big Data) sont les principaux critères distinguant l'IoT des solutions de surveillance et de commande à distance ordinaires. Le potentiel pour la protection de l'environnement, l'amélioration des performances opérationnelles et la transformation de la vie quotidienne est exploité non pas dans la détection ou le traitement ponctuel d'une ou de deux variables, mais dans l'analyse de plusieurs canaux de données pour détecter la tendance et pour déterminer une réponse adéquate.

Certains exemples se trouvent dans le secteur automobile, notamment le fait que les principaux fabricants commencent à utiliser les informations recueillies à partir des capteurs d'un grand nombre de voitures sur le terrain pour améliorer leur service à la clientèle et le développement de nouveaux produits. Dans d'autres marchés grand public, comme les appareils ménagers, les principaux fabricants commencent à tirer parti de la puissance de l'IoT pour améliorer la performance de leurs produits et de leurs activités grâce à l'analyse des données recueillies à partir des machines des clients. Dans le secteur des services de construction, le transfert des données recueillies à partir d'un parc installé d'ascenseurs et d'escalators à l'échelle mondiale vers une plateforme IoT sur le cloud devrait faciliter l'amélioration de la maintenance et de la conception de futurs produits.

Il existe de nombreux autres scénarios permettant d'utiliser la combinaison des données capturées. Voici quelques exemples :

• La détection des conditions environnementales, notamment la détection de gaz dans les mines pour améliorer la sécurité du lieu de travail.
• Les détecteurs de proximité installés dans les rues, ainsi que les capteurs d'accélération et de comportement qui sont embarqués dans les véhicules pour faciliter la conduite autonome et la prévention des accidents.
• Les capteurs dans les chambres d'hôtel permettant de détecter une présence sans déroger à la vie privée des occupants et permettant au personnel de nettoyer les chambres sans déranger et d'améliorer le rendement opérationnel.
• Les capteurs médicaux permettant d'enregistrer les données du patient et de son environnement pour les transmettre à un professionnel de la santé.
• La télématique permettant l'enregistrement des données d'un véhicule pour déterminer les taux d'assurance selon les habitudes de conduite afin de susciter une conduite plus sécurisée.  

Demande et développement de solutions multicapteurs

Si les capteurs sont indispensables dans l'analyse simultanée de plusieurs variables, regrouper les capteurs et les composants électroniques auxiliaires permet de réduire les coûts et de simplifier l'installation. Les plateformes d'évaluation de capteurs hautement intégrés facilitent le développement de produits intelligents et dotés de plusieurs capteurs qui sont prêts à être connectés à l'IoT.

Arduino figure parmi les environnements facilitant le développement de solutions multicapteurs. Par exemple, Arduino Lucky Shield est une carte d'extension compatible avec les cartes Arduino standard de 5 V et 3,3 V. Il combine des capteurs de pression atmosphérique, d'altitude relative, de luminosité, de température, de mouvement et de présence. Les capteurs sont intégrés dans un boîtier compact de 68,6 mm x 53,4 mm.

Le démarrage avec Arduino Lucky Shield est simple, et plusieurs tutoriels sont disponibles sur le site Arduino.org, y compris une application de station météo indiquant comment lire les sorties des capteurs de température, d'humidité et de pression et comment les envoyer vers un écran OLED. La Figure 1 affiche un extrait du code fourni et la Figure 2 affiche le code opérationnel indiquant les valeurs lues par les capteurs.

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);

Figure 1 : Code du tutoriel de station météorologique d'Arduino.

Figure 2 : Détection des conditions environnementales avec la carte multicapteur Arduino Lucky Shield.

Carte X-NUCLEO-IKS01A2 et technologie SensorTile de ST

STMicroelectronics intègre plusieurs cartes d'évaluation multicapteurs dans son écosystème STM32. Le X-NUCLEO-IKS01A2 est une carte d'extension de détection environnementale destinée à une utilisation avec les cartes de base de microcontrôleurs STM32 Nucleo. Il comprend un accéléromètre MEMS, un gyroscope, un magnétomètre, un capteur de pression atmosphérique absolue et un capteur capacitif d'humidité relative et de température.

L'écosystème STM32Cube fournit des outils et des logiciels d'initialisation et d'exécution du microcontrôleur STM32. De plus, la bibliothèque d'extension logicielle de capteurs environnementaux X-CUBE-MEMS1 fournit les pilotes nécessaires à la conception d'applications sur le X-NUCLEO-IKS01A2. Dans le schéma d'architecture système global de la Figure 3, le X-CUBE-MEMS1 répond aux exigences de couches du pilote.

Figure 3 : Architecture du système pour le développement de capteurs dans un écosystème STM32.

Au niveau de la couche intergicielle de la Figure 3, d'autres exemples de logiciels permettent d'utiliser les capteurs pour des fonctions spécifiques comme la reconnaissance des activités ou des mouvements. Parmi eux figurent :

osxMotionAW : complément logiciel portable au poignet de reconnaissance des activités en temps réel pour STM32Cube

osxMotionID : complément logiciel de détection en temps réel de l'intensité des mouvements pour STM32Cube

osxMotionFX : complément logiciel de fusion de capteurs en temps réel pour STM32Cube

osxMotionGC : logiciel d'étalonnage gyroscopique en temps réel pour STM32Cube

osxMotionPE : complément logiciel d'estimation de pose en temps réel pour STM32Cube

Le pseudo-code de la Figure 4 indique comment MotionFX met en œuvre la fusion des données du détecteur de mouvement en temps réel.

Initialisation de la séquence de pseudo-code (à réaliser une fois)

1. Initialiser les capteurs (accéléromètre et gyroscope pour une fusion 6x, avec magnétomètre pour une fusion 9x) ; au démarrage, attendre la fin des transitoires pour obtenir de bons échantillons de données
2. Initialiser la fusion MotionFX : osx_MotionFX_initialize()
3. Initialiser l'étalonnage du magnétomètre : osx_MotionFX_compass_Init()
4. osx_MotionFX_getKnobs() ; modifier les paramètres ; _setKnobs()
5. Réinitialiser en désactivant la fusion : osx_MotionFX_enable_6X(0) / _9X(0)

Démarrage de la fusion

1. Initialiser l'étalonnage du gyroscope, le cas échéant : osx_MotionFX_setGbias()
2. Initialiser l'étalonnage du magnétomètre, le cas échéant : osx_MotionFX_compass_setCalibrationData()
3. Activer la fusion des données : osx_MotionFX_enable_6X(1) / _9X(1)

Les données des capteurs peuvent être lues et les transactions peuvent être contrôlées à l'aide d'instructions comme osx_MotionFX_propagate() et osx_MotionFX_update()

Figure 4 : Pseudo-code pour la fusion de capteurs MotionFX.

Expérience IoT en format compact

ST a récemment annoncé un module multicapteur encore plus petit pouvant être utilisé comme concentrateur de détection et de connectivité dans un système embarqué, ou comme dispositif autonome pour capturer des données de capteurs à l'aide d'une application de smartphone. Ce SensorTile intègre un accéléromètre MEMS, un gyroscope, un magnétomètre, un capteur de pression absolue et un microphone, ainsi qu'un microcontrôleur STM32L4 et une radio Bluetooth Low-Energy (BLE) sur une carte de la taille d'un timbre postal pouvant être soudée ou connectée à une carte hôte.

Pour une utilisation en mode autonome, ST fournit une carte de support qui comprend un capteur de température et d'humidité supplémentaire et qui peut être facilement modifiée pour l'ajout d'autres capteurs, si nécessaire. Lorsqu'il est utilisé dans ce mode, le SensorTile peut être configuré via BLE afin de pouvoir rapidement démarrer la collecte des données des capteurs sur un smartphone.

Pour un développement embarqué, le SensorTile peut être branché à une carte d'évaluation STM32 Nucleo via une carte de support d'extension différente.

Plateforme ARTIK de Samsung avec sécurité d'entreprise

La plateforme ARTIK™ de Samsung fournit une série de modules évolutifs, notamment des petites unités intégrant un microcontrôleur ARM® Cortex®-M4 et une prise en charge Bluetooth 4.2, la gamme ARTIK 5 avec un processeur Cortex-A7 et une prise en charge Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee® et Thread, ainsi que la gamme ARTIK 7 qui exploite un processeur d'application Cortex-A35. Les gammes ARTIK 5 et ARTIK 7 sont suffisamment puissantes pour les passerelles ou les contrôleurs. Elles intègrent une sécurité de classe entreprise, y compris un élément de sécurité matériel pour le stockage des clés et une exécution sécurisée des algorithmes de chiffrement, ainsi qu'un système d'exploitation sécurisé permettant d'établir un environnement opérationnel de confiance. Les marques blue chip conçoivent des solutions IoT à l'aide de l'écosystème ARTIK. Des kits sont disponibles pour un développement embarqué, comme le kit de terminaux IoT Bluetooth 4.2 ARTIK 020, le kit Bluetooth/Wi-Fi/ZigBee/Thread ARTIK 520 et le kit haut de gamme ARTIK 710. Le développement rapide des multicapteurs peut tirer parti de la carte d'extension de capteurs ARTIK qui est compatible avec les kits ARTIK 5 et ARTIK 7. Cette carte contient un accéléromètre, un gyroscope, un capteur d'humidité, un magnétomètre, un capteur de pression et de température, et se connecte en tant que carte auxiliaire à la carte d'évaluation principale via un connecteur enfichable comme indiqué à la Figure 5.

Figure 5 : Utilisation de la carte d'extension de capteurs avec un kit d'évaluation ARTIK 5 ou ARTIK 7.

Conclusion

Les cartes de développement de capteurs actuellement mises sur le marché sont des modules multicapteurs compacts pouvant être utilisés directement ou avec de légères modifications dans les produits finaux conçus pour une utilisation en périphérie de l'IoT. À mesure que la demande des utilisateurs s'intensifie et que les applications analytiques basées sur le cloud deviennent de plus en plus sophistiquées et abordables, de nouveaux services toujours plus novateurs devraient voir le jour, tirant parti d'une variété croissante de données de capteurs.