Con la diffusione delle applicazioni dell'ecosistema IoT è aumentata la richiesta di dispositivi low power compatti ed equipaggiati con set di sensori integrati, in grado di rilevare parametri ambientali e fornire in tempo reale dati e informazioni. La scheda di sviluppo Arduino Nicla Sense ME è un piccolo strumento a bassa potenza implementabile nelle soluzioni di rilevamento intelligente, con un consumo energetico estremamente basso e fattore di forma ultra compatto. Caratterizzata da semplicità di integrazione e scalabilità, tipiche della piattaforma Arduino, la scheda Nicla Sense ME combina quattro sensori all'avanguardia di Bosch Sensortec di livello industriale racchiusi in un minimo ingombro. La piattaforma, versatile e robusta, consente agli utenti di sviluppare applicazioni di rilevamento intelligente. Nicla Sense ME è facile da usare per gli appassionati e sufficientemente flessibile per gli utenti più esperti.

Introduzione

Un nuovo componente si aggiunge alla famiglia Nicla della serie Arduino Pro: la scheda Nicla Sense ME, pensata appositamente per il rilevamento intelligente. L'hardware robusto include sensori di livello industriale con Intelligenza Artificiale incorporata. Con questa piccola scheda di sviluppo analizzare il movimento e l'ambiente circostante è davvero molto semplice. La scheda di sviluppo prende la denominazione ME proprio dalla capacità di analizzare il movimento e i parametri ambientali in tempo reale (M sta per Motion, E per Environment). Questo dispositivo è un prodotto modulare intelligente ricco di funzionalità avanzate, dalle dimensioni ridotte e facile da usare, molto versatile e accessibile per una vasta gamma di applicazioni di "remote environmental sensing" e, al contempo, dal costo contenuto. Tra le funzionalità più interessanti anche il basso consumo energetico e la possibilità di aggiungere capacità di rilevamento ai progetti esistenti. E' in grado di misurare rotazione, accelerazione, pressione, umidità, temperatura, qualità dell'aria e livelli di CO2 introducendo sul mercato avanzati sensori Bosch Sensortec completamente nuovi e di alta qualità. Con dimensioni estremamente ridotte - il nuovo fattore di forma è compatibile anche con le gamme Arduino MKR e Portenta - nonché un design robusto, questa scheda è particolarmente adatta a progetti che devono combinare la fusione dei sensori e le capacità di Intelligenza Artificiale al limite, unitamente a una grande potenza di calcolo e una capacità di elaborazione a basso consumo che la rende adatta anche ad applicazioni standalone dove il funzionamento è legato alla presenza di una batteria. La scheda, infatti, quando alimentata a batteria, diventa un dispositivo standalone completo. Proprio questa sua capacità di unire dimensioni compatte ad una grande potenza computazionale, le è valsa la definizione di "A tiny board for sensing the big world". Diamo ora uno sguardo ai campi di applicazione della scheda: tra i principali target applicativi ci sono le reti di sensori wireless (WSN, Wireless Sensor Networks), la fusione di dati, l'Intelligenza Artificiale, l'edge computing, la capacità di rilevamento ambientale, il rilevamento gas, la misura e il monitoraggio remoto di parametri di processo, l'analisi remota, il rilevamento industriale per identificare le condizioni operative all'interno di un macchinario, di una fabbrica o di una serra da remoto, anche in zone di difficile accesso. Le funzionalità mesh consentono una semplice implementazione di WSN con requisiti di infrastruttura minimi. Con l'analisi remota si ottiene subito anche un significativo miglioramento dei livelli di sicurezza. Arduino Nicla Sense ME consente inoltre l'implementazione e lo sviluppo di soluzioni personalizzate per gli utenti finali, inclusi dispositivi indossabili intelligenti connessi al cloud e applicazioni di robotica autonoma. In ambito didattico i ricercatori e i docenti possono utilizzare questa potente piattaforma per lavorare su uno standard riconosciuto a livello industriale per la ricerca e lo sviluppo di sensori wireless che può ridurre il time to market. Il consumo energetico ultra ridotto e la gestione integrata della batteria consentono una facile implementazione della scheda di sviluppo in varie funzionalità. 

Figura 1: La scheda di sviluppo Arduino Nicla Sense ME

Nicla Sense ME: il rilevamento smart a portata di mano

Con Nicla Sense ME si ottengono subito una serie di vantaggi chiave, alcuni dei quali sono stati anticipati nel paragrafo precedente: dimensioni estremamente ridotte, funzionalità diversificate di alto livello, bassissimo consumo energetico, maggiore capacità di rilevamento, è dotata di un processore potente, effettua misurazioni precise di movimento e parametri ambientali, ha un hardware robusto, include un set di sensori di livello industriale con Intelligenza Artificiale integrata. La connettività BLE (Bluetooth Low Energy) massimizza la compatibilità con apparecchiature professionali e di consumo. L'elaborazione dei dati del sensore è attiva 24 ore su 24, 7 giorni su 7. In virtù del potente processore, Nicla Sense ME è anche in grado di ospitare l'Intelligenza ai bordi (edge). Un driver LED I2C pilota il LED RGB ed è in grado di erogare un'uscita massima di 40 mA. In Tabella 1 sono indicati i parametri e i dati tecnici dettagliati della scheda.

Nello specifico, i sensori Bosch integrati sulla piattaforma Nicla Sense ME sono:

• Sensore di movimento Bosch BHI260AP con AI integrato: il Bosch BHI260 è un sensore programmabile a bassissima potenza, che combina un core processor Fuser2, IMU a 6 assi (giroscopio e accelerometro) insieme a un framework software per la fusione dei sensori (sensor fusion). Il BHI260 è il core del sensore intelligente, che ospita un sistema di riconoscimento programmabile, in grado di gestire la comunicazione con altri sensori su Arduino Nicla Sense ME tramite connessioni I2C e SPI. C'è inoltre una Flash dedicata da 2 MB utilizzata per memorizzare il codice Execute in Place (XiP) e per l'archiviazione di dati come i dati di calibrazione dell'algoritmo di fusione del sensore Bosch (BSX). Il BHI260 è in grado di caricare algoritmi personalizzati che possono essere addestrati su un PC. L'algoritmo intelligente generato opera quindi su questo chip.
• Magnetometro a 3 assi Bosch BMM150: il magnetometro a 3 assi Bosch BMM150 fornisce misurazioni accurate a 3 assi del campo magnetico con precisione a livello di bussola. In combinazione con l'IMU BHI260, la fusione dei sensori Bosch può essere utilizzata per ottenere un orientamento spaziale ad alta precisione e vettori di movimento per il rilevamento della direzione nei robot autonomi e per la manutenzione predittiva. C'è una connessione I2C dedicata al BHI260, che funge da host.
• Sensore di pressione Bosch BMP390: il sensore di pressione Bosch BMP390 offre accuratezza e stabilità di livello industriale nelle misurazioni della pressione. Il sensore è progettato per un uso prolungato, con una precisione relativa di ±0,03 hPa e un valore efficace di 0,02 Pa in modalità ad alta risoluzione. Bosch BMP390 è adatto per misurazioni rapide con una frequenza di campionamento di 200 Hz o per un utilizzo a bassa potenza con una frequenza di campionamento di 1 Hz che consuma meno di 3,2 µA.
• Sensore ambientale Bosch BME688: il sensore Bosch BME688 dell'Arduino Nicla Sense ME è in grado di eseguire il monitoraggio ambientale intelligente. Ciò fornisce funzionalità per la rilevazione di pressione, umidità, temperatura e di composti organici volatili (VOC). Il Bosch BME688 esegue il rilevamento del gas tramite un array di semiconduttori a ossido di metallo eNose con un ciclo di scansione del gas tipico di 10,8 secondi.

                              Figura 2: La scheda di sviluppo Arduino Nicla Sense ME

                            Figura 3: Il set di sensori Bosch Sensortec integrati sulla scheda di sviluppo Nicla Sense ME

La scheda Nicla Sense ME è disponibile a catalogo sul sito web della TME Electronic Components cliccando sul seguente link: NICLA SENSE ME ARDUINO - Scheda espansiva | MKR; 5VDC; Bluetooth,I2C,SPI,UART; Nr diodi: 1; ABX00050 | TME - Componenti elettronici. TME Electronic Components è fornitore leader nel mercato dei componenti elettronici e industriali. L'offerta di TME include prodotti di quasi 1200 produttori, e il suo gruppo è composto da 12 società dislocate in Europa, Asia ed America Settentrionale.

Conclusioni

Arduino Nicla Sense ME è la soluzione ideale per tutte quelle applicazioni nelle quali il rilevamento e il monitoraggio intelligente sono fondamentali. La scheda di sviluppo è ultra compatta, a risparmio energetico e adatta per la prototipazione rapida. Questo piccolo strumento elettronico, grazie alla combinazione di sensori altamente integrati, consente a un'ampia gamma di applicazioni di rivolgersi ai diversi segmenti dei mercati emergenti dell'IoT e dell'AI. Per programmare la scheda Arduino Nicla Sense ME offline è sufficiente installare l'ambiente di sviluppo Arduino Desktop IDE. Per collegare la scheda al computer sarà sufficiente disporre di un cavo micro USB, che fornisce anche alimentazione alla scheda, come indicato dal LED. Tutte le schede Arduino, inclusa questa, funzionano immediatamente sull'Arduino Web Editor. E' sufficiente installare un semplice plug-in. Arduino Web Editor è ospitato online, quindi sarà sempre aggiornato con le ultime funzionalità e il supporto per tutte le schede. Tutti i prodotti Arduino abilitati per l'IoT sono supportati su Arduino IoT Cloud che consente di registrare, rappresentare graficamente e analizzare in tempo reale i dati dei sensori, attivare eventi e automatizzare la propria casa o azienda. Inoltre, Arduino Nicla Sense ME fornisce funzionalità per gli aggiornamenti OTA del firmware e il monitoraggio remoto utilizzando WebBLE. Esempi di sketch per Arduino Nicla Sense ME possono essere reperiti nel menu "Examples" nell'IDE Arduino o nella sezione "Documentation" del sito web Arduino Pro. Arduino mette a disposizione degli utenti anche una serie di risorse online, quali documentazione tecnica, datasheet, tutorial, files, guida step-by-step per la configurazione, librerie, esempi di codice, pinout, schematici, diagrammi a blocchi, projects hub, etc. Non resta che esplorare le infinite possibilità che questo piccolo e potente strumento versatile offre cominciando a mettere le mani sui nostri primi progetti.

Riferimenti documentazione tecnica

https://www.tme.eu/it/details/abx00050/soluzioni-arduino/arduino/nicla-sense-me/

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