E' sempre più attuale la battaglia nel settore delle tecnologie a radio frequenza, scaturita dall’esigenza di ottenere prestazioni sempre più spinte e al contempo dimensioni sempre più ridotte.
Non credo di essere il solo a sentirmi smarrito uscendo di casa senza il mio adorato smartphone a portata di mano e in perfetta efficienza. Dato il gran numero di operazioni che ormai ci permette di svolgere, è diventato quasi impossibile farne a meno. Infatti, non ci accontentiamo più di utilizzare il telefonino semplicemente per dialogare con gli altri, anzi, questa è una necessità passata in secondo piano. Ci stiamo abituando sempre più a poter interagire con servizi, utenze, banche, uffici, social network, POS, ATM, clouds e quando non riusciamo a connetterci ci sembra di essere tornati all’età della pietra. Tutto questo è reso possibile grazie all’estrema complessità delle tecnologie Wi-Fi che inglobano in pochi centimetri quadrati potenti microprocessori e altrettanto potenti transceivers a RF operanti su invisibili reti di telecomunicazione e su frequenze sempre più elevate.
Con il termine Wi-Fi si intende riferirsi a un qualunque sistema di telecomunicazione senza fili, in grado di ricevere e trasmettere dati, comandi, suoni e immagini a distanze più o meno lontane. Si comprende subito come lo scenario sia necessariamente variegato e ricco di applicazioni, da cui nasce l’interesse verso questo segmento di mercato da parte di molti costruttori. Anche se con una interpretazione più riduttiva, ma anche più rigorosa, il termine Wi-Fi sembra in qualche modo legato ai sistemi operanti sui 2,4 GHz e basati sullo standard IEEE 802-11b/g che fanno subito rete. Voglio dire che anche la frequenza a 433 MHz oppure la 868 MHz può essere utilizzata per ottenere un efficiente sistema di telecomunicazione, non a caso molti moduli in commercio sono basati proprio su queste frequenze, tuttavia, come standard di comunicazione Wi-Fi si impone quello a 2,4 GHz e ne fanno parte i moduli che utilizzano ad esempio il protocollo TCP/IP oppure Bluetooth oppure Zig Bee.
Sono molti i costruttori di moduli Wi-Fi a contendersi il mercato: Sharp, Dension, Microchip, Ezurio, Rabbit (DIGI International), Quatech, Lantronix, LM Technologies, Motorola, Amp’edRF, HopeRF, Radiometrix, Texas Instruments, Silicon Labs, solo per citarne qualcuno. La lotta consiste nel rendere sempre più facilmente accessibile questa tecnologia all’utilizzatore finale senza doversi sobbarcare il problema tecnico (non indifferente) che consiste nelle conoscenze dello standard del protocollo di comunicazione e, non ultimo, nella progettazione di ricetrasmittenti a frequenze così elevate.
LE POSSIBILI APPLICAZIONI
Una prima classificazione dei moduli Wi-Fi può essere basata sulla tipologia di applicazione alla quale il componente è destinato. Da questa prima classificazione possiamo individuare più facilmente il prodotto che fa al caso nostro: medico, scientifico, industriale, automotive, robotica, informatica sono alcuni esempi che possono interessare i nostri lettori. Parametri come temperatura di esercizio, distanza di trasmissione, consumo di corrente, robustezza e dimensioni ammissibili ci consentono di sfrondare lo scenario delle possibili soluzioni e avvicinarci alla nostra applicazione. E per ultimo, anche se il più importante, il costo del prodotto. Un modulo Wi-Fi di tipo OEM solitamente si presenta all’utenza come un componente elettronico integrato completo di tutte le sue funzioni.
Basta connetterlo al PCB che dovrà ospitarlo e collegargli l’alimentazione e la linea di scambio dati, solitamente una UART. Per il settore informatico molto spesso il modulo si presenta con interfaccia USB oppure ETH. Per il settore automotive troviamo interfacce CAN BUS, adatte a un environment più ostile: vibrazioni, condizioni climatiche, etc. Anche i consumi di corrente saranno ovviamente più sostenuti, non essendoci controindicazioni. Il settore medicale è quello più critico, infatti, i componenti per queste applicazioni sono anche i più costosi dovendo soddisfare normative più stringenti e dovendo coesistere con la problematica di sicurezza in esercizio. Dopo questa breve ma necessaria sintesi sui diversi ambienti di applicazione, risulterà più semplice ricercare il componente adatto. Vediamo pertanto che cosa offre il mercato.
IL VENTAGLIO DI OFFERTE
I cataloghi di normale approvvigionamento commerciale sono pieni di moduli Wi-Fi OEM per tutti i gusti e per tutte le tasche. Oggi è facile acquistare con carta di credito on line dagli USA alla Cina e ricevere la merce al proprio domicilio in 3-4 giorni. Sto parlando di cataloghi come Farnell, RS components, Digikey, Mouser, Futura Elettronica, giusto per citarne qualcuno, ma anche presso gli stessi costruttori talvolta è possibile comprare un solo pezzo, oppure un EVA KIT. Superato quindi il problema dell’acquisto sotto casa, lo scenario diventa davvero infinito. In questo articolo citerò a titolo di esempio soltanto alcuni moduli e mi scuso con le altre case, ugualmente degne di nota, ma che per motivi di spazio non potrò citare.
LANTRONIX
La soluzione Wi Port proposta da Lantronix è un modulo integrato di piccole dimensioni - 35 x 32 x 10 mm - che aggiunge subito funzionalità Wi-Fi alla vostra applicazione OEM. Esso si connette al PCB tramite un connettore Samtec a 40 pin e ha un connettore volante per il collegamento all’antenna esterna. Si collega all'applicazione tramite una seriale (UART) oppure una porta ETH 10/100 base T, si alimenta a 3,3 Volt, lavora in conformità allo standard IEEE 802-11b/g a 2,4 GHz e consente l’immediato collegamento a Internet con protocollo TCP/IP grazie allo stack residente su flash all’interno del dispositivo. Ideale come server di pagine. Supporta altresì i protocolli ARP, UDP, TCP, ICMP, Telnet, TFTP, DHCP, http.
Si può configurare facilmente attraverso il web, supporta gli algoritmi di crittografia WEP 64/128, WPA - PSK, TKIP, AES. Viene corredato del software per ambiente Windows™ 98/NT/2000/XP. Presenta una distanza operativa di circa 100 metri e una corrente di picco di 650 mA a 3,3 Volt. Funziona nel range di temperatura da - 30 a +70 °C ed è quindi adatto a un impiego in ambito industriale; ha un peso di soli 29 grammi. Un altro valido prodotto della medesima casa è il modulo MatchPort® b/g Pro, anch’esso concepito per applicazioni OEM. Esso permette di aggiungere connettività Wi-Fi alla vostra applicazione attraverso una porta ETH oppure COM. È equipaggiato con un processore a 32 bit operante a 166 MHz, dispone di 8 Mb di SDRAM, 8 Mb di FLASH e 7 linee GP/IO, ideale come server di pagine sul web. Si presenta in contenitore plastico e va saldato tramite i suoi pin (come un circuito integrato) direttamente sul PCB. Le caratteristiche elettriche sono pressoché simili al modello visto in precedenza, Wi Port. Opera su una distanza di circa 100 metri; consuma 350 mA @ 3,3 V; è leggermente più grande, 44 x 44 x 10 mm e pesa 29 g. Temperatura operativa da -40 a +70 °C.
RABBIT (DIGI INTERNATIONAL)
Il modulo Mini core RCM5600 costruito da RABBIT si presenta in configurazione OEM in dimensioni 50 x 30 x 10 mm e si connette tramite connettore PCI a 52 pin alla vostra applicazione. Il collegamento fisico avviene tramite una delle sei possibili porte tra cui IrDa, SPI e SDLC/HDL. I moduli Mini core sono equipaggiati con processore Rabbit 5000 a 74 MHz e dispongono di 1 Mb di SRAM, 1 Mb di Flash utilizzabili per la gestione delle pagine in modalità server. La CPU, tra l’altro, mette a disposizione dell’utente 35 linee di GP/IO e un RTC. La connettività Wi-Fi avviene in conformità allo standard IEEE 802-11b/g @ 2,4GHz. Supporta gli algoritmi di crittografia WEP 64/128, WPA - PSK, TKIP, AES/CCMP.
È disponibile un kit di sviluppo a condizioni davvero accessibili (145 USD), corredato di ambiente di sviluppo del programma in linguaggio Dynamic C. Il consumo di corrente massimo è di 625 mA @ 3,3 Volt in trasmissione, mentre la temperatura di esercizio è compresa tra - 30 e +55 °C.
QUATECH
Con i moduli della famiglia AIRBORN, la casa QUATECH mette a disposizione dell’utenza una soluzione fortemente integrata per aggiungere connettività WI-FI alla vostra applicazione. Anche in questo caso la comunicazione avviene tramite porta Ethernet 10 base T, consentendo quindi il collegamento istantaneo su rete LAN oppure sul web.
La velocità di trasmissione risulta leggermente limitata (4 Mb/ps) ma le prestazioni e l’affidabilità del componente lo rendono appetibile in varie applicazioni. Lo standard è configurabile come IEEE 802-11 b/g @ 2,4 GHz. I moduli integrano un sistema operativo RTOS, lo stack TCP/IP e CLI. Supporta i protocolli TCP/IP, ARP, ICMP, DHCP, DNS, UDAP Discovery, TFTP, UDP e gli algoritmi di crittografia WEP 64/128. Si collega all’applicazione tramite un connettore Hirose a 36 pin e si alimenta a 3,3 V con un consumo massimo di 575 mA. È dotato di un potente trasmettitore da +19 db e una sensibile ricevente da - 83 db a 18 Mbps. Occupa uno spazio di 40 x 30 x 12 mm e lavora su range esteso di temperatura, da - 30 a + 85 °C. Inoltre, è costruito in conformità ai più severi standard FCC parte 15 ETSI EN300 328 e direttiva RoHS. Il modulo è quindi utilizzabile in vari ambiti tra cui: ISM, medicale, militare, POS, automazione, etc.
EZURIO
Questa casa produce uno dei più piccoli e integrati moduli di connettività Wi-Fi che, per le sue caratteristiche, non mancherà di interessarvi. Si tratta del modulo WISMC01BI TCP/IP Wireless LAN, conforme allo standard IEEE 802-11 b/g @ 2,4 GHz. Il modulo utilizza un’architettura a doppio processore, il primo dedicato alla 802-11 e il secondo è un potente ARM7 dedicato alla gestione dello stack TCP/IP. La scheda integra 16 Mb di SRAM e 64 Mb di FLASH e dispone di un interprete di script che consente di specializzare l’applicazione con semplici istruzioni ad alto livello, riducendo inoltre i tempi di collegamento al web. È ideale per applicazioni M2M (module to module). La porta di comunicazione è una seriale (UART) con velocità massima di 921.600 baud.
Inoltre, la CPU mette a disposizione numerose linee di GP/IO e 2 ADC a 10 bit. Il modulo, nonostante le sue interessanti prestazioni, ha dimensioni davvero molto contenute (23 x 34 x 8 mm) e si collega tramite un connettore Hirose a 40 pin compatibile con la serie EZURIO Bluetooth Intelligent Serial Module BISMII. È omologato FCC e CE, funziona su range esteso di temperatura, tra - 40 e + 85 °C e quindi si presta molto bene per applicazioni in ambienti ostili e/o critici, tra cui militare e/o medicale e servizi in rete urbana. Dispone di un'antenna integrata (ceramica) che gli consente di essere del tutto autonomo su una distanza di 100 metri, si alimenta a 3,3 oppure a 5 Volt. EZURIO offre un sistema di sviluppo unico nel supportare lo sviluppo di applicazioni Bluetooth, 802.11 e GSM/GPRS.
MICROCHIP TECHNOLOGY
Una soluzione molto valida viene fornita dal colosso MICROCHIP, che propone un modulo transceiver conosciuto con la sigla MRF24WB0MA. Questo componente, di dimensioni molto contenute (31 x 21 x 4 mm), si salda direttamente sul PCB e utilizza un’antenna integrata in modo da essere completamente autosufficiente. Se esigenze diverse lo suggeriscono, è possibile utilizzare la versione MRF24WB0MB che, a parità di dimensioni, aggiunge un connettore RF per il collegamento di un’antenna esterna. Questo componente realizza la connettività Wi-Fi secondo IEEE 802.11b @ 2,4 GHz (TCP/IP) e si presta molto bene in applicazioni sensibili ai consumi: sensoristica, elettromedicali, giocattoli, ma si può utilizzare altrettanto bene in ambiente gravoso: elettrodomestici, automotive, POS.
Supporta gli algoritmi di sicurezza WEP, WPA, WPA2 (AES /RC4), funziona con alimentazione da 2,7 a 3,3 Volt e consuma un massimo di 150 mA in trasmissione. È omologato FCC e CE e direttiva RoHS. Tutto il necessario al funzionamento risiede sul modulo. L’interfaccia con l’applicazione avviene tramite porta SPI e può quindi facilmente dialogare con microprocessori a 8/16 bit. Nella modalità sleep mode il chip consuma solo 0,1 uA e ha il risveglio immediato. Presenta una potenza di trasmissione di +10 db e una sensibilità di ricezione da - 88 db @ 2 Mb/sec. Consente una portata dichiarata di 400 metri e funziona sul range di temperatura commerciale da 0 a +70 °C.
LM TECHNOLOGIES
Per il settore informatico merita di essere citato il modulo LM 006 Wi-Fi USB Nano adapter prodotto da LM Technologies. In contenitore mini dongle USB 2.0, basato su un chipset della Realtek, conforme agli standard IEEE 802-11b/g, IEEE - 802.3 @ 2,4 GHz, esso funziona in modalità plug & play su qualunque PC equipaggiato con Windows XP/Vista/Mac 10.4 & 10.5/Linux Ubuntu 8.04. Ha una portata di 180 metri in aria e occupa soltanto 30 x 14 x 6 mm, dispone di una sensibilissima ricevente - 70 db @ 11Mb e un trasmettitore da +14 db. Usa metodo di modulazione BPSK/ QPSK/16-QAM/64-QAM. Gli algoritmi di crittografia supportati sono 64 bit/128 bit WEP, TKIP, AES, WPA, WPA2. Funziona nel range di temperatura da 0 a +50 °C (domestico/residenziale).
DENSION
Per il settore della robotica si va imponendo il modulo WIRC prodotto da Dension. Questo modulo è un radiocomando su rete Wi-Fi dotato di processore ARM9 266 MHz con 16 Mb di memoria SDRAM e 4 Mb di memoria FLASH. Esso nasce per radiocomandare con il proprio telefonino in modalità Wi-Fi qualunque applicazione robotizzata e/o radio modelli. Il modulo è compatibile con vari smartphone: iPhone, iPad, Android. Può gestire 8 uscite PPM, 4 uscite digitali ON/OFF, 4 ingressi digitali ON/OFF, 2 telecamere USB, un ingresso microfonico, un’uscita per altoparlante e può registrare un filmato. Una volta scaricata l’applicazione sul proprio telefonino, questo diventa la consolle di comando per il vostro radio modello con tanto di joystick e pulsanti di comando. Durante il funzionamento verifica lo stato delle batterie. Rappresenta davvero una novità come applicazione Wi-Fi e merita di essere approfondita.
