Sviluppo di una piattaforma remota semplice e facile da usare per la valutazione di un sensore

Grazie ai progressi della tecnologia MEMS, oggi sono disponibili numerosi sensori per applicazioni che spaziano dal controllo del movimento alla biometria e molto altro. I progetti che includono sensori richiedono innanzitutto la ricerca dei potenziali componenti. Per identificare le potenziali soluzioni, la pagina Selettore di prodotti a sensore di DigiKey è un'ottima risorsa. Una volta stabilito il sensore più adatto, di solito il passaggio successivo consiste nel testarlo e valutarlo. Francamente, testare un sensore sul banco di lavoro è solo il punto di partenza. Se ne possono verificare la comunicazione e la funzionalità, ma il test vero e proprio andrebbe fatto nell'ambiente d'uso reale.

Figura 1. Piattaforma di valutazione di un sensore realizzata da DigiKey. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

Lo scopo del progetto era sviluppare una piattaforma di valutazione flessibile, che potesse adattarsi facilmente a più sensori e inviare i dati di test all'utente in modalità wireless, utilizzando hardware di serie disponibile da DigiKey. Per la comunicazione wireless è stato adottato il protocollo Zigbee, perché permette di utilizzare più nodi di comunicazione radio indipendenti sulla stessa rete e la capacità di connettività a maglie assicura una maggiore portata del segnale e una migliore resilienza della rete. Ho deciso di utilizzare un sensore ambientale esterno per il mio progetto di test della piattaforma di valutazione, perché la nostra posizione (nord ovest del Minnesota) offre un'ampia varietà di condizioni metereologiche.

Piattaforma di valutazione del sensore

Il modulo Zigbee Xbee3 di Digi è il controller intelligente per la piattaforma. I motivi che mi hanno portato a scegliere Xbee3 includono la capacità di agire da controller embedded autonomo, l'integrazione di un sistema di comunicazione wireless Zigbee e il supporto di FOTA (firmware via etere) per gli aggiornamenti da remoto. Per assicurare una configurazione semplice, Xbee3 è inserito in una scheda di sviluppo Grove Xbee che espone i connettori di collegamento da Xbee3 I/O a Grove per facilitare l'accesso.

Figura2: Piattaforma di valutazione del sensore. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

L'hardware di comunicazione Zigbee è montato all'interno di un involucro IP65 PN-1323-CMB di Bud per l'utilizzo in ambienti esterni. Per l'interfaccia esterna a un bus I²C e un alimentatore da 5 V sono stati utilizzati connettori per montaggio a pannello M8 di TE Connectivity. Per collegare l'antenna esterna è stato utilizzato un adattatore per montaggio a pannello da U.FL a RP-SMA 336320-12-0250 di Amphenol.

Distribuzione della piattaforma con un sensore ambientale

Il sensore ambientale scelto per il test è MS8607 di TE Connectivity che misura pressione, temperatura e umidità. TE ha una scheda di valutazione Grove MS8607 che ha reso semplicissimo interfacciare il sensore alla piattaforma di valutazione. Tutti i dettagli del progetto, tra cui il codice sorgente dell'applicazione, sono documentati nella pagina del progetto Sensore di pressione, temperatura, umidità esterno MS8607 Zigbee Xbee3 sul sito eeWiki di DigiKey. La figura 3 mostra l'interfaccia per il collegamento elettrico e lo schema dei collegamenti tra il sensore e la piattaforma radio Zigbee.

Figura 3: Progetto per sensore di pressione, temperatura, umidità esterno Zigbee Xbee3 – collegamenti elettrici e schema di cablaggio (realizzato con DigiKey Scheme-it®)

La distinta base completa e i dettagli del progetto sono contenuti nel progetto DigiKey Scheme-it® riportato di seguito.

In questo progetto di test, la piattaforma del sensore è stata installata sul tetto dell'edificio che ospita la sede di DigiKey. La figura 4 mostra pressione, temperatura e umidità raccolte dal sensore nel mese di febbraio 2020.

Figura 4: Rilevamento di pressione, temperatura e umidità. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

Vantaggi di FOTA dal punto di vista pratico

Dopo aver installato la piattaforma del sensore sul tetto del nostro edificio, ho notato che i dati della temperatura di MS8607 non corrispondevano a quelli del sensore di un altro produttore montato nello stesso ambiente. Quando avevo testato entrambi i sensori con la temperatura ambiente sulla mia scrivania, le letture erano analoghe ma, una volta installati all'esterno, alle basse temperature la differenza era sostanziale. Dopo aver controllato la scheda tecnica, mi sono accorto che non avevo implementato la formula di correzione secondaria della bassa temperatura nel codice dell'applicazione MicroPython. Dato che i moduli Zigbee Xbee3 di Digi supportano FOTA per firmware e file system applicativo, sono riuscito a correggere e aggiornare il codice applicativo a distanza, via etere, dalla mia scrivania senza dovermi avventurare nella neve per recuperare la piattaforma del sensore e portarla all'interno per riprogrammarla. FOTA permette di aggiornare da remoto sia il firmware di comunicazione radio che l'applicazione Micropython da un altro nodo Zigbee della stessa rete. Trovate le informazioni sull'implementazione di FOTA Xbee3 e un esempio funzionante nel progetto eeWiki Aggiornamento FOTA (Firmware via etere) Xbee3 con XCTU.

Conclusione

I moduli Zigbee wireless Xbee3 di Digi utilizzati come controller intelligente per la piattaforma di valutazione del sensore hanno dato buoni risultati. La piattaforma è flessibile, facile da modificare per sensori diversi e si può aggiornare agevolmente sul campo. Zigbee assicura una rete wireless affidabile per i dati del sensore, che può essere espansa in modo semplice.