Oggi, molti produttori di moduli utilizzano le soluzioni low power della Nordic Semiconductor basate su System-on-Chip (SoC) della serie nRF51 o nRF52. Utilizzando questi moduli è possibile sfruttare tutti i punti di forza dell’architettura hardware e software senza la necessità di un microcontrollore aggiuntivo.
Introduzione
L’avvento dell’IoT sta indirizzando il futuro dell’elettronica verso un mondo dove gli oggetti fisici saranno tutti connessi, e la comunicazione wireless offrirà maggiori livelli di libertà e flessibilità. Nordic Semiconductor fondata nel 1983 e certificata ISO 9001:2008, gioca un ruolo chiave nel mercato con chip wireless ultra-low power (ULP) impiegati nei vari prodotti di consumo, con applicazioni che spaziano dai controller di gioco, sensori di fitness, controller multimediali e tanti altri.
Vi è una crescente domanda di connettività wireless ultra-low power da parte dei consumatori che cercano di estendere la loro esperienza wireless verso dispositivi elettronici compatti con piccole batterie come nelle soluzioni wearable. I dispositivi nRF51 supportano una vasta gamma di protocolli tra cui Bluetooth low energy (precedentemente chiamato Bluetooth Smart), ANT e protocolli proprietari a 2.4GHz come Gazell. Costruita con tecnologia di processo a 55nm, la Serie nRF52 è architettata a svolgere compiti sempre più complessi nel più breve tempo possibile tenendo cura del consumo energetico della batteria. La tecnologia BLE porta la connettività senza fili a basso costo nei dispositivi di piccole dimensioni che richiedono molta durata. E' stata progettata fin dall'inizio per rispondere alle esigenze di efficienza energetica e semplicità di design.
Bluetooth 5 è l'ultima versione della specifica Bluetooth. Si tratta di uno sviluppo che offrirà nuove interessanti opzioni per una più lunga durata. La nuova versione coprirà un'area maggiore di circa 4 volte rispetto alla versione precedente, con un deciso aumento della velocità di trasferimento dati. I vari aggiornamenti permetteranno inoltre di ridurre le interferenze con altre tecnologie di comunicazione senza fili (per esempio quella LTE), in modo da creare un ecosistema wireless dove possano coesistere tutti i protocolli nell'ambito dell'IoT e IIoT con oltre 40 miliardi di dispositivi connessi entro il 2020. Il SoC nRF52840 (figura 1) è ideale per applicazioni wireless ultra-low power, costruito intorno a una CPU ARM Cortex -M4F 32-bit con 1 MB di flash e RAM di 256 KB. Il ricetrasmettitore a 2,4 GHz integrato supporta Bluetooth 5, 802.15.4, ANT e protocolli proprietari a 2.4GHz. E’ compatibile con i prodotti della serie nRF52 e nRF51.
Figura 1: layout della memoria nel SoC nRF52840
Applicazioni
La TME mette a disposizione nel proprio portale una serie di moduli Bluetooth della Wireless-Tag che sfrutta le potenzialità dei System-On-Chip della Nordic Semiconductor. L’azienda Wireless-Tag è stata fondata nel 2012 è opera nel campo IoT e M2M con la fornitura di moduli wireless. E’ partner di NXP, Arduino, Lemaker, Espressif, Neoway, ZTE.
WT51822-DK è un kit di sviluppo progettato per facilitare l’utilizzo del Bluetooth SoC nRF51822-01 / 02/04 / 04AT. Il modulo Bluetooth funziona come un dispositivo slave, e utilizza un chip FTDI USB-to-UART; quindi prima del collegamento con un PC è necessario installare il driver FTDI (figura 2).
Figura 2: il modulo WT51822-DK
WT51822-S4AT utilizza il Nordic nRF51822 come chip di controller. La piccola dimensione lo rende adatto per tutte quelle applicazioni che necessitano di particolare attenzione alle dimensioni fisiche come nei dispositivi indossabili. Il modulo integra il protocollo completo Bluetooth BLE 4.0 e attraverso l'interfaccia UART l'utente può scambiare dati o controllare i parametri di comunicazione (figura 3).
Figura 3: il modulo WT51822-S4AT. In primo piano è visibile il SoC n51822 della Nordic Semiconductor
Il modulo WT51822-S1/S2 usa SoC nRF51822/nRF51822-QFAA che integra il ricetrasmettitore serie nRF51/52 a 2.4 GHz, una CPU ARM Cortex-M0 a 32 bit, memoria flash e periferiche analogiche e digitali. Lo stack Bluetooth a bassa energia per nRF51822 è implementato nella serie S100 di SoftDevices (figura 4).
Figura 4: il modulo WT51822-S1
La serie S100 di SoftDevices è disponibile gratuitamente e può essere scaricata e installata sul SoC nRF51822 indipendentemente dal codice della stessa applicazione. SoftDevices sono file binari pre-compilati scaricabili direttamente dal sito della Nordic, che riducono le dipendenze di compilazione per gli sviluppatori di applicazioni.
nRF52840 PDK è un versatile kit di sviluppo single board per Bluetooth 5, Bluetooth BLE, ANT, 802.15.4 e applicazioni proprietarie a 2.4 GHz. Il kit è compatibile con Arduino Uno REV3, rendendo possibile l'uso di shield di supporto. Un'antenna NFC può essere collegata al kit per attivare la funzionalità tag NFC. Il kit consente l'accesso a tutti gli I / O e alle varie interfacce tramite connettori, e dispone inoltre di 4 LED e 4 pulsanti che sono programmabili dall'utente. Supporta il Nordic Software Development Tool-chain utilizzando Keil, IAR e GCC (figura 5).
Figura 5: il modulo nRF52840 PDK
Ulteriori kit di sviluppo sono nRF52 DK che utilizza SoC nRF52832 con la compatibilità di Arduino, e nRF51 DK che supporta lo sviluppo per nRF51822, nRF51824 e nRF51422. Vi è anche il supporto per ARM mbed tool-chain per la prototipazione rapida e lo sviluppo utilizzando ambienti IDE basati su cloud di mbed.
Conclusioni e considerazioni
Bluetooth ha molto da offrire, con un mercato sempre più difficile e con vincoli sempre più stringenti. Il protocollo di comunicazione Bluetooth aiuta a portare con sé la promessa di libertà dai cavi di collegamento e semplicità in rete. Con la nuova versione, Bluetooth 5, si è potenzialmente in grado di trasmettere fino a 4 volte il raggio che aveva in precedenza lo standard BLE. Le esigenze dei design bluetooth a basso consumo energetico sono sempre più complesse, possono variare dall'elaborazione audio digitale ad algoritmi di sicurezza e interfacce utente. La Nordic Semiconductor offre SoC Wi-Fi/Bluetooth per applicazioni domestiche intelligenti e indossabili avanzati, così come sensori industriali e altri dispositivi dell'Internet of Things (IoT).
I Moduli e kit Bluetooth low energy con SoC della Nordic Semiconductor sono disponibili a catalogo TME
Molto interessante è il modulo nRF52840 PDK con Bluetooth 5. A proposito di quest’ultimo a breve approfondiremo aspetti generali di questo nuovo protocollo ultra-low-power.