Molte industrie e diverse aree applicative utilizzano soluzioni stand-alone. Questi sono dispositivi che senza necessità di interazioni vengono utilizzati per controllare le apparecchiature locali attraverso protocolli di comunicazione wireless. Tipicamente, questi tipi di dispositivi sono limitati nei costi e hanno solo pochi pulsanti e un display di testo a riga singola. La serie NINA-B1 di moduli Bluetooth a basso consumo energetico della u-blox e disponibili a catalogo TME, si presta all'impiego in un tipico sistema IoT, ottenendo il massimo dalle specifiche e senza sprechi di spazio o potenza.
Introduzione
U-blox ha diversi anni di esperienza nel settore Bluetooth, i nuovi moduli NINA-B1 offrono un'opportunità di connessione in molte applicazioni, relativamente anche a dispositivi medici che richiedono connettività occasionale o fanno parte di una smart home o di un sistema in stile IoT. Facilitano l'impiego di un dispositivo a ingombro ridotto con hardware reattivo e ad alte prestazioni, oltre ad un'architettura CPU aperta. L'ambiente aperto semplifica lo sviluppo di prodotti IoT e la connessione di sensori, e offre la possibilità di utilizzare il modulo u-blox come controller host. Un buon esempio è un sistema di controllo del riscaldamento nascosto nel seminterrato di un edificio senza alcuna necessità di interazione fisica con il dispositivo. Ci sono molte soluzione simili anche in altre aree, ad esempio dispositivi medici locali, controller di pompe distribuite e altri sistemi di controllo non connessi a una rete.
Bluetooth Low Energy
Esistono numerosi protocolli wireless che si muovono nel mercato IoT. Ogni tecnologia offre diversi punti di forza in una serie di requisiti critici. Mentre c'è un ruolo da svolgere nell'assistenza sanitaria per diversi protocolli di comunicazione, la tecnologia wireless matura e robusta che sembra perfetta per un uso molto ampio nelle applicazioni mediche è il Bluetooth.
È importante rendersi conto che le caratteristiche come basso consumo energetico, robustezza, basso costo e ampia disponibilità di tecnologia, cominciano davvero a farsi sentire in uno scenario IoT medico. Il Bluetooth Low Energy (BLE) integra tecnologie wireless a lungo raggio e fa un uso ottimale dello spettro di frequenza disponibile per varie applicazioni. È ideale in quanto è mobile, robusto e ha un ecosistema consolidato in dispositivi Mobile standard.
Le caratteristiche del Bluetooth a basso consumo energetico sono ideali per collegare più dispositivi di monitoraggio a un hub locale (come smartphone), che utilizza tecnologie di comunicazione a più lungo raggio per inviare dati in sicurezza su Internet per l'analisi da parte di personale sanitario. Per facilità d'uso, alcuni dispositivi Bluetooth a basso consumo energetico, come l'U-blox NINA-B1, supportano un metodo opzionale di abbattimento dei tempi che si chiama abbinamento Out-Of-Band (OOB) in cui i due dispositivi devono solo essere avvicinati per ottenere l'accoppiamento automatico sicuro (figura 1).
L'IoT consente di ottenere enormi risparmi, diventa inoltre possibile monitorare la salute dei pazienti ovunque si trovino. Dispositivi di monitoraggio come bilance mediche, cardio-frequenzimetri e monitor della pressione arteriosa possono monitorare la salute e allertare i pazienti, le famiglie e gli operatori sanitari in caso di cambiamenti dei parametri vitali o di una mancata assunzione di farmaci.
Figura 1: scenario applicativo IoT nel campo medico con protocollo di comunicazione Bluetooth
I moduli della u-blox
L'implementazione della connessione Bluetooth a bassa energia può essere eseguita integrando un chip o un modulo Bluetooth all'interno del dispositivo elettronico (figura 2). I moduli della serie NINA-B1 con un core ARM Cortex-M4 con FPU hanno un piccolo fattore di forma e sono adatti per comunicazioni Bluetooth v4.2 (software aggiornabile alla v5). Il cristallo incorporato a bassa potenza migliora il consumo consentendo modalità di risparmio energetico ottimali.
Figura 2: il modulo u-blox NINA-B112
U-blox NINA-B1 è disponibile con un pin per l'antenna esterna o una designata internamente. La variante esterna potrebbe essere utile nel caso di problemi meccanici che richiedono un diverso posizionamento dell'antenna. Il modulo/chip è tipicamente collegato al microcontrollore del dispositivo (MCU) attraverso un'interfaccia seriale (ad esempio un'interfaccia UART), sebbene vi siano altre possibilità. L'antenna interna PIFA è specificamente progettata per il piccolo fattore di forma NINA-B1 e offre un'ampia gamma di oltre 300 m, indipendentemente dal piano terra e dal posizionamento dei componenti.
Il modulo NINA-B111 non usa l'antenna interna e quindi il PCB è stato tagliato per consentire di ottenere un modulo più piccolo (10 x 10,6 mm). Invece di un'antenna interna, il segnale RF è disponibile per l' instradamento verso una soluzione esterna o un connettore. Il modulo NINA-B112 utilizza invece un'antenna integrata montata sul PCB (10,0 x 14,0 mm).
Il modulo NINA-B1 (figura 3) supporta diverse interfacce software per l'MCU del dispositivo. Il Serial Port Service (SPS) di u-blox è un'astrazione della connessione seriale operante sull'UART. Un'altra possibilità è quella di utilizzare la funzionalità GATT Server su UART. Ciò consente all'unità MCU del dispositivo di impostare i propri attributi GATT per essere letti/scritti tramite la connessione Bluetooth a bassa energia e aggiornati e notificati all'unità MCU. NINA-B1 fornisce inoltre supporto ai clienti per scrivere il proprio codice di applicazione personalizzato, ad es. usando gli strumenti di sviluppo mbed di ARM (figura 4).
NINA-B1 offre piena flessibilità per i clienti che preferiscono aggiungere la loro applicazione per l'esecuzione sul Cortex-M4 integrato con FPU. Con flash da 512 kB e 64 kB di RAM, offre la migliore capacità della categoria per le applicazioni dei clienti in esecuzione sullo stack Bluetooth a basso consumo energetico utilizzando l'SDK di Nordic Semiconductor (Figura 5).
Inoltre, sono disponibili NFC e interfacce come SPI, I2C e I2S. In combinazione con Wirepas Connectivity, NINA-B1 può formare reti mesh industriali su larga scala per diverse applicazioni come lighting, tracciamento delle risorse e misurazione.
Figura 3: principali caratteristiche dei moduli NINA-B1
Figura 4: schema a blocchi del modulo NINA-B1
Figura 5: opzioni software
Conclusioni
I moduli u-blox sono "pronti per l'uso", il che significa che ogni modulo è stato sviluppato nell'ambito di un processo strutturato Product Life Cycle Process (PLCP). I moduli sono inoltre tutti certificati per una serie di paesi. Ad eccezione delle diverse dimensioni dei PCB e delle soluzioni di antenna, i moduli della serie NINA-B1 utilizzano un hardware di configurazione identico. Un cristallo integrato a 32.768 KHz è sempre incluso, così come un convertitore DC/DC per offrire maggiore efficienza con carichi pesanti.
Riferimenti
- Better user interfaces using Bluetooth low energy - u-blox
- Bluetooth low energy possibilities in healthcare - u-blox
Il Modulo Bluetooth low energy NINA-B112 è disponibile a catalogo TME
u-blox è molto attiva con i moduli wireless. Ultimamente ci sono stati sviluppi per quanto riguarda i moduli GPS RTK, per un approfondimento su questa tecnologia vi consiglio questo link https://it.emcelettronica.com/la-navigazione-satellitare-con-moduli-rtk