Développer une plateforme d'évaluation de capteur à distance simple et conviviale

Grâce aux avancées de la technologie MEMS, de nombreux nouveaux capteurs sont disponibles pour les applications s'étendant du contrôle de mouvement à la biométrie, en passant par tout ce qu'il y a entre les deux. Les projets intégrant des capteurs impliquent d'abord une recherche pour identifier les composants potentiels. Pour la phase de recherche, le sélecteur de capteurs de DigiKey est une excellente ressource pour identifier les capteurs potentiels. Une fois qu'un capteur a été identifié, l'étape suivante typique consiste à effectuer des tests et des évaluations. On ne va pas se mentir : le test d'un capteur sur votre poste de travail n'est que le point de départ. On peut ainsi vérifier la communication et les fonctionnalités, mais il est préférable de tester dans l'environnement réel dans lequel le capteur sera utilisé.

Figure 1 : Plateforme d'évaluation de capteur déployée chez DigiKey Electronics. (Source de l'image : DigiKey Electronics)

L'objectif de ce projet était de développer une plateforme d'évaluation flexible capable de s'adapter facilement à de nombreux capteurs, de renvoyer en mode sans fil des données de test à l'utilisateur et d'utiliser du matériel prêt à l'emploi disponible chez DigiKey. Le protocole Zigbee a été choisi pour la communication de données sans fil, car il permet l'utilisation de plusieurs radios indépendantes sur le réseau, et la capacité de maillage fournit une portée et une résilience réseau accrues. J'ai décidé d'utiliser un capteur environnemental extérieur pour déployer un projet test de la plateforme d'évaluation étant donné que notre emplacement (nord-ouest du Minnesota) présente des conditions météo très variées.

Plateforme d'évaluation de capteur

Le module Xbee3 Zigbee de Digi est le contrôleur intelligent utilisé pour la plateforme. Le Xbee3 a été choisi, car il a la capacité d'agir en tant que contrôleur embarqué autonome, il intègre les communications sans fil radio Zigbee et il prend en charge la technologie FOTA (Firmware Over The Air) pour les mises à jour à distance. Pour faciliter la configuration, le Xbee3 est branché à une carte de développement Xbee Grove qui relie les E/S du Xbee3 aux connecteurs Grove pour un accès simplifié.

Figure 2 : Plateforme d'évaluation de capteur. (Source de l'image : DigiKey Electronics)

Le matériel radio Zigbee a été monté dans un boîtier PN-1323-CMB répertorié IP65 de Bud pour que la plateforme puisse être placée dans un environnement extérieur. Des connecteurs à montage sur panneau M8 de TE Connectivity ont été utilisés pour fournir une interface externe vers un bus I2C et une alimentation de 5 V. Un adaptateur à montage sur panneau u.FL vers RP-SMA 336320-12-0250 d'Amphenol a été utilisé pour connecter l'antenne externe.

Déploiement de la plateforme avec un capteur environnemental

Le capteur environnemental sélectionné pour le déploiement test est le MS8607 de TE Connectivity, pour la mesure de la pression, de la température et de l'humidité. La carte d'évaluation Grove MS8607 de TE a permis de réaliser très facilement l'interfaçage avec la plateforme d'évaluation de capteur. Les détails complets du projet, notamment le code source d'application, sont documentés sur la page du projet de capteur extérieur de pression, de température et d'humidité (PTH) MS8607 Xbee3 Zigbee sur le site eeWiki de DigiKey. La Figure 3 montre les connexions électriques et le schéma de câblage entre le capteur et la plateforme radio Zigbee.

Figure 3 : Projet de capteur PTH extérieur Xbee3 Zigbee - Connexions électriques et schéma de câblage. (Réalisé à l'aide de DigiKey Scheme-it®)

La nomenclature (BOM) intégrale et les détails du projet se trouvent dans le projet DigiKey Scheme-it® ci-dessous.

Dans ce projet test, la plateforme de capteur a été déployée sur le toit du bâtiment où se trouve le siège de DigiKey Electronics. La Figure 4 montre les données de pression, de température et d'humidité recueillies par le capteur PTH en février 2020.

Figure 4 : Données de pression, de température et d'humidité. (Source de l'image : DigiKey Electronics)

Avantages réels de la technologie FOTA

Après avoir installé la plateforme de capteur sur le toit du bâtiment où se trouve notre siège, j'ai remarqué que les données de température du MS8607 ne correspondaient pas à celles d'un capteur d'un autre fabricant utilisé dans le même environnement. Lors des tests effectués à mon bureau à température ambiante, les deux capteurs affichaient des valeurs similaires, mais une fois installés à l'extérieur, il y avait une différence considérable à basse température. Après avoir étudié la fiche technique, je me suis rendu compte que je n'avais pas implémenté la formule de correction de basse température secondaire dans le code d'application MicroPython. Étant donné que les modules Zigbee Xbee3 de Digi prennent en charge la technologie FOTA pour le micrologiciel et le système de fichiers d'application, j'ai pu corriger et mettre à jour mon code d'application à distance depuis le confort de mon bureau. Je n'ai pas eu à me frayer un chemin dans la neige pour aller récupérer la plateforme de capteur et la ramener à l'intérieur pour la reprogrammation. La technologie FOTA permet à l'utilisateur de mettre à jour à distance le micrologiciel radio et l'application MicroPython à partir d'un autre nœud Zigbee sur le même réseau. Vous trouverez dans le projet eeWiki relatif à la mise à jour micrologicielle sans fil (FOTA) Xbee3 grâce à XCTU des informations concernant l'implémentation de la technologie FOTA Xbee3 ainsi qu'un exemple.

Conclusion

Les modules Zigbee sans fil Xbee3 de Digi offrent de bonnes performances en tant que contrôleur intelligent pour la plateforme d'évaluation de capteur. La plateforme est flexible ; on peut facilement la modifier pour différents capteurs et la mettre à jour sur le terrain. Zigbee fournit un réseau sans fil robuste et facilement extensible pour les données de capteur.