#5 Development board per applicazioni IoT

L'ultimo decennio è stato caratterizzato da una notevole evoluzione tecnologica dei dispositivi elettronici, in particolar modo per i dispositivi interconnessi in maniera wireless. Ciò ha consentito di supportare il filone dell'Internet of Things (IoT) estendendone l'applicazione oltre il mondo consumer ed abbracciando settori specifici quali l'automotive, il settore energetico e il settore industriale. I produttori di microcontrollori, semiconduttori e di componentistica elettronica in generale, nel corso degli anni hanno introdotto innumerevoli innovazioni per rispondere alle esigenze sempre maggiori dei progettisti e sistemisti. Oltretutto, la filosofia di un mondo sempre più interconnesso ha spinto anche il settore hobbistico dove i makers hanno giovato di una larga disponibilità di soluzioni economiche ma funzionali per sviluppare idee e progetti personalizzati. In questo articolo, andremo ad osservare 5 differenti schede di sviluppo disponibili sul mercato che possono fornirci la soluzione hardware IoT adatta alle nostre specifiche esigenze, sia per makers che professionisti.

Introduzione

La filosofia dell'Internet of Things ha spinto i maggiori produttori di componentistica elettronica a sviluppare soluzioni ad hoc per rispondere alle esigenze dei progettisti. Questo ha portato a prodotti sempre più innovativi e specifici da cui l'esigenza di creare piattaforme di sviluppo ed evaluation kit per mettere alla prova le nuove tecnologie. In questo articolo andremo ad osservare nel dettaglio le caratteristiche hardware e le funzionalità di 5 differenti schede concepite con lo scopo di aiutare i progettisti nella realizzazione di applicazioni IoT semplificando l'attività e riducendo il cosiddetto time-to-market per le nuove idee. Le schede che andremo ad approfondire in questo articolo sono state scelte per le dotazioni che offrono sia dal punto di vista hardware che di funzionalità generali. Nel dettaglio, andremo ad osservare le seguenti schede:

Arduino Nano 33 IoT
LAUNCHXL-CC3235S
M5Stack K010-AWS
Arduino Oplà IoT Kit
SLN-ALEXA-IOT

1. La più piccola soluzione IoT: Arduino Nano 33 IoT

La prima scheda di sviluppo che voglio introdurvi fa parte del catalogo Arduino ed è il modello Nano 33 IoT (vedi Figura 1). Ricordiamo che Arduino è sempre stata attenta alle esigenze dei makers e ha reso disponibili nel tempo soluzioni hardware specifiche per supportare lo sviluppo di nuove idee e progetti. Con l'avvento dell'Internet of Things, inoltre, ha sviluppato una piattaforma Cloud per la realizzazione di vere e proprie applicazioni IoT. Questa è disponibile in maniera gratuita se si utilizza una tra le schede ufficiali compatibili con la piattaforma stessa. Tra queste ci sono diversi modelli e la Nano 33 IoT (Figura 1) è tra quelle più interessanti sia per le dimensioni (una delle più piccole schede Arduino disponibili) sia per le caratteristiche offerte.

Figura 1: Arduino Nano 33 IoT

Le principali caratteristiche hardware della scheda Arduino Nano 33 IoT sono le seguenti:

CPU Arm® Cortex®-M0 32-bit SAMD21
Clock CPU 48MHz
Memoria flash 1MB
256 KB SRAM
modulo wi-fi e bluetooth u-blox NINA-W102 (448 KB ROM, 520KB SRAM, 2MB Flash)
chip per crittografia ATECC608A
sensore STM LSM6DS3 (modulo inerziale iNemo prodotto dalla ST)
14 pin digitali I/O
8 pin per acquisizione di ingressi analogici
5 pin con funzionalità PWM
Alimentazione a 3.3V
Connettore USB
Le dimensioni e il peso di questa scheda sono:
- LUNGHEZZA 45 mm
- LARGHEZZA 18 mm
- PESO 5 g

Come possiamo osservare, la caratteristica principale di questa scheda di sviluppo è la presenza di una piattaforma inerziale STM LSM6DS3 dotata di un accelerometro a 3 assi e un giroscopio a 3 assi. Questo piccolissimo sensore in tecnologia MEMS prodotto da STM consente di poter realizzare innumerevoli applicazioni IoT quali contapassi, data logger di movimento e/o vibrazioni, rilevamento della caduta, algoritmi di orientamento e tanto altro ancora. La potenza di calcolo non è un problema grazie alla CPU Arm Cortex-M0 che fornisce tutte le funzionalità per lavorare tranquillamente con l'hardware a disposizione, garantendo al contempo un consumo energetico ridotto. Per chi è già pratico nell'utilizzo delle schede Arduino (soprattutto per le versioni UNO o DUE) c'è da precisare che bisogna porre una particolare attenzione quando si aggiungono sensori o altre schede alla Nano 33 IoT. Questa precisazione è dovuta alla sostanziale differenza nei livelli di tensione di alimentazione tra le soluzioni classiche Arduino che sono alimentate a 5V e questa board che lavora con una tensione di alimentazione di 3,3V. Questo significa dire che bisogna porre particolare attenzione nell'interfacciamento della board con shield o circuiti di terze parti concepiti per lavorare con altre versioni di Arduino come la UNO Rev3, la Nano e via dicendo.

2. Potenza e integrabilità con le soluzioni Texas: LAUNCHXL-CC3235S

La seconda scheda di sviluppo che voglio mostrarvi è la LaunchPad™ dual band Wi-Fi® CC3235S SimpleLink™ Wi-Fi® (LAUNCHXL-CC3235S mostrata in Figura 2) prodotta dalla Texas Instruments. Rispetto alle soluzioni Arduino, questa scheda risulta molto più complessa e si può sviluppare utilizzando la suite Code Composer Studio™ Cloud Integrated Development Environment (IDE).

Figura 2: Texas Instruments LAUNCHXL-CC3235S

Andiamo a vedere nel dettaglio l’equipaggiamento di questo kit di sviluppo prodotto dalla Texas:

CPU basato sul SoC (System-on-Chip) TI CC3235 dotato di ARM® cortex®-M4 con frequenza di clock 80 MHz e modulo di comunicazione Wi-Fi dual band
XDS110 JTAG
LED RGB
FLASH SPI
Antenna wi-fi on-board
Sensore di temperatura (MEMS IR Thermopile) modello TMP116 (prodotto dalla Texas Instruments)
Accelerometro a 3 assi modello BMA280 (prodotto dalla Bosch)
connettore USB
connettori di espansione 2x20 pin

Ad un costo di circa 70€ (disponibile sui vari cataloghi online), il kit di sviluppo LAUNCHXL-CC3235S consente di poter mettere alla prova i chip Texas CC3235S progettati per fornire una soluzione sicura per le comunicazioni wireless e garantire elevati standard di sicurezza IoT. Il core, basato su ARM® cortex®-M4, fornisce al progettista tutta la potenza di calcolo necessaria, mentre il parco sensori consente di poter sviluppare applicazioni IoT semplici e funzionali.

3. Integriamo i servizi Amazon Web Services: M5Stack K010-AWS

La terza soluzione che voglio proporvi è un kit di sviluppo per la didattica basato su ESP32. In particolare, stiamo parlando del kit M5Stack K010-AWS (denominata anche Core2 for AWS e mostrata in Figura 3) per sviluppare applicazioni AWS IoT EduKit. Questo kit è molto semplice da utilizzare per la realizzazione di applicazioni IoT legate ai servizi AWS (Amazon Web Services) ed è basato sui famosissimi microcontrollori Espressif ESP32 che consentono lo sviluppo anche tramite l'IDE di Arduino, oltre alla suite proprietaria M5STACK UIFlow che consente una programmazione grafica adatta ai meno esperti di informatica.

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