La scheda di sviluppo Marvin LoRa per l’IoT

La scheda di sviluppo Marvin LoRa per l'Internet of Things rappresenta la scelta ideale per iniziare a progettare dispositivi sfruttando le potenzialità del protocollo LoRa. Il kit di sviluppo permette di accelerare il time-to-market di un progetto, realizzando una infinità di soluzioni in diversi campi applicativi.

Introduzione

La scheda di sviluppo Marvin è stata progettata come un tool molto semplice anche per chi non ha familiarità con la programmazione e la progettazione elettronica, con la possibilità di utilizzare i sensori Marvin Grove nel modo più semplice possibile con l'opzione di visualizzare i dati online tramite un applicativo Web. Con quest'ultimo è possibile impostare la scheda per far eseguire varie logiche di programmazione, selezionando semplicemente il sensore e scaricando direttamente il codice già pronto (figura 1).

Figura 1: la scheda Marvin LoRa

Marvin è una scheda di sviluppo plug and play per la prototipazione rapida di soluzioni IoT. Funziona con la piattaforma IDE Arduino open source, il che significa che si può attingere a un'enorme comunità di sviluppatori per accelerare il processo di sviluppo. Il protocollo di comunicazione è LoRa, acronimo di Long Range Radio. È la tecnologia wireless per eccellenza, destinata alle reti M2M e IoT. Questa tecnologia consentirà alle reti pubbliche di connettere più applicazioni in esecuzione nella stessa rete, soddisfando nello stesso tempo lo sviluppo di smart city con l'ausilio di sensori e prodotti automatizzati. Le principali specifiche sono riassunte nei punti seguenti:

MCU – Atmel/Microchip ATmega32u AVR MCU lo stesso di Arduino Leonardo).
Connettività – LoRa via Microchip RN2483; 868 MHz e 433 MHz.
USB – 1x USB, 1x micro USB port per alimentazione e programmazione.
Debugging – USB, e ISP header.
Espansione – connettori 5x Grove.
Power Supply – 5V via USB port.

Caratteristiche tecniche

Marvin è una scheda di sviluppo compatibile con Arduino Leonardo e con sensori grove da implementare sulla scheda. La scheda è progettata come una porta USB (pcb da 2,4 mm di spessore) in modo da poterla collegare sia al laptop che al powerbank per configurare / alimentare l'applicazione (Figura 2).

Figura 2: la scheda Marvin con i dettagli hardware

La scheda Marvin offre la possibilità di sviluppare prototipi IoT, funzionando, di fatto, come dispositivo stand-alone. I sensori si possono collegare come plug and play, offrendo un basso consumo energetico grazie al protocollo di comunicazione LoRa e ad un ottimo design basato essenzialmente sul modulo RN2483 della Microchip. Ci sono molti sensori compatibili da implementare: da quello di temperatura passando per i sensori di pressione e accelerometri vari. La scheda è compatibile con Arduino in termini di software: è possibile utilizzare l'IDE per la programmazione come Arduino Leonardo (ATmega32u), ma le shield Arduino non possono essere implementate direttamente sulla scheda (se non con modifiche hardware per i più esperti). La principali caratteristiche sono riassunte in tabella 1.

Categoria	Scheda di prototipazione
Serie	ATMega32
Adatto per	Rete LoRa
Interfacce	Grove, USB 2.0 spina A, USB 2.0 presa Micro-B
Voltaggio Max.	5 V
Voltaggio operativo Min.	3.3 V
Tensione d'esercizio	3.3 - 5 V
Ingressi digitali	5
Numero di ingressi analogici	6
Numero di uscite digitali	4
Numero I/O	14
Numero di uscite analogiche	6
Numero di ingressi digitali	4
Lunghezza - Profondità	85 mm
Larghezza	30 mm
Altezza	2.4 mm
Colore	Nero
Assorbimento di corrente	Tipico 50 mAh, un massimo di 200 mAh, 40 mAh per I/O
Memoria Flash	32k
Materiale	Plastica
Potenza	1 W

Tabella 1: dati tecnici della scheda Marvin LoRa

ATmega32u combina 32KB di memoria flash ISP con capacità di lettura e scrittura, 1KB EEPROM, 1KB SRAM, 22 linee di I/O per uso generico, 32 registri, due timer/contatori flessibili con modalità di confronto e PWM, USART, timer watchdog programmabile con oscillatore interno, porta seriale SPI, interfaccia WIRE per debug e programmazione on-chip e cinque modalità di risparmio energetico selezionabili da software. Il cuore della scheda è il modulo LoRa Microchip RN2483. Il modulo fornisce una lunga portata di comunicazione con alta immunità all'interferenza. Utilizzando la tecnica di modulazione della tecnologia LoRa, RN2483 può raggiungere una sensibilità del ricevitore di -146 dBm. L'alta sensibilità combinata con l'integrato amplificatore da +14 dBm, offre un collegamento ottimale per le applicazioni che richiedono una gamma estesa e buona robustezza. Il modulo RN2483 offre ottimi valori in termini di rumore di fase, selettività, linearità del ricevitore e un minor consumo di energia (figura 3).

Figura 3: schema a blocchi del modulo RN2483

Il modulo lavora sulle frequenze ISM europee 433/868 MHz, ed è in grado di coprire ampie distanze dell'ordine di una decina di km in aree urbane. L'efficiente sistema di power management offre un'alimentazione a batteria con autonomia di circa 10 anni. Il protocollo LoRaWAN di classe A del modulo RN2483 integrato consente la connettività senza problemi a qualsiasi infrastruttura di rete LoRaWAN compatibile, sia pubblica che privata. Il modulo è progettato specificamente per la facilità d'uso, riducendo così i tempi di sviluppo e accelerando il time-to-market (figura 4).

Figura 4: sensori grove da collegare alla scheda Marvin

Figura 5: gli step per creare il progetto IoT con la scheda Marvin

Conclusioni e considerazioni

Al giorno d'oggi sono disponibili vari protocolli di comunicazione wireless, e LoRa è un esempio che si aggiunge all'insieme di connettività presente nel mercato. Con Internet of Things e Marvin si possono realizzare una infinità di soluzioni a basso costo, nei più disparati campi che spaziano da quello industriale passando per il consumer. Ci sono cinque passaggi fondamentali per creare un progetto IoT (Figura 5); in primo luogo connettere la scheda Marvin al PC e aggiungere i sensori necessari, poi scrivere il codice ed effettuare l'upload sulla scheda, a conclusione, dopo aver verificato il funzionamento, collegare Marvin all'alimentazione per testare il progetto.