L’ESP32 nell’Industria 4.0

Esperti dell’economia internazionale affermano che entro il 2022 nel mercato globale per l'IoT si spenderanno 264 miliardi di dollari, mentre per l'Industria 4.0 152 miliardi di dollari. Queste previsioni possono portarci a credere nell'IoT come qualcosa di più di una tendenza aleatoria e dovrebbero prepararci al futuro prossimo dove gli sviluppatori saranno impegnati in altri campi di sviluppo software e i microcontrollori, diventando più potenti, possono anche ospitare paradigmi di programmazione più moderni ed evoluti. In questo articolo esploreremo alcuni di questi argomenti con particolare riferimento all’ESP32 al fine di valutarne il ruolo negli ambienti di sviluppo integrato al passo con lo sviluppo del mercato nell’era dell’Industria 4.0.

Introduzione

L'Industria 4.0 gioca un ruolo significativo nell'ottimizzazione industriale, monitorando i sistemi e analizzando gli input dei sensori tramite statistiche o algoritmi di apprendimento, la previsione dei guasti (diagnosi predittiva), l'analisi del carico e le ottimizzazioni che possono essere ottenute. A loro volta, il taglio dei costi e la crescita sono due sottoprodotti di cui ogni azienda ha bisogno. Mentre alcuni dei grandi players offrono soluzioni già pronte, tutte le altre sono state nella comunità open source per un bel pò di tempo. L'IoT non è più un giocattolo per hobbisti ma un movimento in crescita per migliorare la vita di una persona e può essere applicato in ambito industriale. IoT e Industria 4.0 non sono lì solo per creare posti di lavoro, ma anche per rendere il lavoro meno banale e noioso e consentire una condizione di lavoro migliore, più interessante e, nel contempo, aumentare l'impegno e la produttività. Sebbene l'ESP32 non sostituisca i tradizionali dispositivi PLC/SCADA commerciali, è in grado di raggiungere questo obiettivo abbastanza velocemente, e i sensori e i moduli relè attuatori possono contribuire a rendere relativamente semplice il raggiungimento di questo obiettivo. Riguardo invece al software, attualmente “Node-Red” è il software di controllo IoT più popolare, è molto facile da usare e molti tutorial sono stati realizzati, sia in video che in articoli.

Altre opzioni sono Eclipse Kura e Project Flogo. Eclipse NeoSCADA è un software flessibile. Non è una soluzione pronta all'uso, ma un insieme di strumenti che possono essere combinati in molti modi diversi. Fornisce librerie di sviluppo, applicazioni di interfaccia, strumenti di configurazione di massa, applicazioni front-end e back-end. IndigoSCADA è un sistema SCADA di dimensioni ridotte interamente sviluppato in C e C ++ con supporto di più sistemi operativi e più driver di protocollo front-end. ScadaBR è un software gratuito open source per lo sviluppo di applicazioni di automazione, acquisizione dati e controllo di supervisione. SZARP è un sistema SCADA completo, progettato per monitorare i processi industriali che cambiano lentamente, come ad esempio le operazioni dei sistemi di riscaldamento urbano. È un software completamente gratuito, pubblicato secondo i termini della GNU General Public License 2.0 (o qualsiasi versione successiva).

ESP32, una sfida professionale

Mentre il marchio Espressif è ben noto nella comunità hobbistica per la diffusione del famoso microcontrollore WiFi ESP8266, i suoi prodotti non sono molto impiegati nel settore professionale e industriale, forse per la predisposizione delle aziende a non considerarli professionali. Il microcontrollore Espressif ESP32 è una reale sfida contro molti microcontrollori. Maxim, Texas Instruments, Microchip, Nordic Semiconductor, NXP, Silicon Labs, ST e Atmel forniscono tutti microprocessori in grado di competere, alcuni più popolari di altri, alcuni forniscono un IDE gratuito, altri forniscono SDK molto costosi e la maggior parte di loro ha una sorta di RTOS. In Figura 1 viene mostrata una scheda di sviluppo ESP32.

Figura 1: scheda di sviluppo ESP32

Il chip ESP32 è un potente successore del famosissimo ESP8266. Il più grande cambiamento è l’aggiunta della connettività BLE Bluetooth 4.2. La scheda di sviluppo ESP-32 Development-Board è un ottimo elemento per un uso flessibile nell'Internet of Things. E’ programmabile e alimentabile tramite cavo micro USB-B dalla porta USB del computer. Le principali caratteristiche sono:

»Processore ESP-WROOM-32

»WLAN 802.11 b/g/n e Bluetooth 4.2/BLE

»CPU dual-core a 32 bit Tensilica L108 da 160 MHz

»512 kb SRAM e 16 Mb di memoria flash

»32 pin I/O digitali (3,3 V)

»6 pin analogici-digitali

»3 UART, 2 SPI, 2 I²C

»Interfaccia da USB a UART CP2102

»Programmabile tramite Arduino, Lua, MicroPython

La strategia commerciale di Espressif è stata quella di rendere open source il proprio SDK e gli ambienti di sviluppo in modo che altri possano rendere accessibile lo sviluppo per il proprio hardware. Questa scelta ha permesso di rendere open source l'intero framework e quindi di aiutare chiunque fosse disposto a conoscere lo sviluppo integrato per ottenere informazioni, dettagli e approfondimenti che solo un codice sorgente può fornire. Intorno all'accessibilità all'hardware e al software, può essere creata una comunità e a sua volta l'hardware può ottenere supporto software, componenti e driver come nessun altro, dando essenzialmente alla comunità esp-idf documenti di progettazione e specifiche tecniche. Grazie agli appassionati volontari che contribuiscono con il loro tempo e il loro impegno ad utilizzare e sperimentare i prodotti Espressif, Epressif può avere calma e tempo per pianificare i prossimi chip. Come esempio di come sia importante non spingere troppo un prodotto, possiamo prendere a riferimento Intel Curie, Galileo, Joule ed Edison: mentre Intel ha fatto uno sforzo per spingere i loro chip maker nel mercato, la maggior parte erano troppo costosi e con prestazioni insufficienti e, nonostante i loro sforzi, offrendo anche molti di questi dispositivi gratuitamente, la loro rovina è stata la mancanza di documentazione e di supporto della comunità. Le aziende che hanno provato a costruire un business attorno ai chip dei produttori Intel sono ora in sospeso e hanno bisogno di riprogettare i loro prodotti.

L’ambiente ESP32

Alcuni dei componenti che compongono l'ecosistema ESP32 sono:

Microprocessore ESP32: microprocessore dual core da 240 MHz, RAM da 520 kb, RTC, ULP, 34 GPIO, connettività di rete e UART multipla, I2C, I2S, SPI, CANBUS, ADC e DAC con EEPROM SPI esterna che può essere compresa tra 1 e 16 Mb. Esp-idf - Espressif ha compiuto un grande sforzo per creare un Software Development Kit (SDK) che offra la maggior parte se non tutte le prestazioni dell'hardware. [...]

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