Scopriamo la piattaforma SensorTile.box: expert mode

La STMicroelectronics ha progettato e messo in commercio una development board denominata SensorTile.box in grado di supportare gli ingegneri nella realizzazione immediata di prototipi per le applicazioni più svariate, con un particolare focus alle applicazioni di dispositivi indossabili (wearable) e prodotti interconnessi secondo la filosofia IoT. Questa piattaforma di sviluppo è molto interessante per le modalità di programmazione che prevede, adatte a qualsiasi livello di competenza. In questo articolo andremo ad osservare nel dettaglio le caratteristiche principali della modalità di programmazione Expert, che consente di realizzare in maniera veloce ed immediata applicazioni interessanti direttamente dall’APP ST BLE Sensor senza scrivere alcuna riga di codice. Ovviamente, per poter sfruttare a pieno queste funzionalità bisogna avere un pò di padronanza con la sensoristica e i concetti fondamentali degli algoritmi di signal processing.

Introduzione

In articoli precedenti abbiamo già affrontato un’introduzione alla piattaforma di sviluppo SensorTile.Box (chiamata anche con il nome della scheda STEVAL-MKSBOX1V1 di cui è composta) sviluppata e prodotta dal colosso italo-francese STMicroelectronics (in Figura 1 è riportata la SensorTile.Box in tutte le sue parti). L'architettura di questa piattaforma di sviluppo è stata realizzata intorno ad un micro-processore STM32L4R9 (dotato di un core ARM Cortex-M4) ed è stata concepita per essere molto versatile in diverse applicazioni grazie anche alla ricca dotazione di sensoristica messa a disposizione da STMicroelectronics. Infatti, nonostante le ridottissime dimensioni, la scheda è equipaggiata con i seguenti sensori:

Sensore di temperatura digitale Low-Voltage - STTS751
Modulo inerziale iNEMO 6DoF - LSM6DSOX
Accelerometro a 3 assi in tecnologia MEMS - LIS2DW12
Accelerometro digitale a 3 assi - LIS3DHH
Magnetometro digitale a 3 assi - LIS2MDL
Sensore di pressione con uscita digitale - LPS22HH
Microfono analogico in tecnologia MEMS - MP23ABS1
Sensore capacitivo ad uscita digitale per temperatura e umidità relativa - HTS221

Figura 1: La SensorTile.box nelle sue parti (scheda e box plastico)

Il modulo di comunicazione Bluetooth, la batteria di tipo LiPo e il lettore di memorie microSD presenti sulla scheda STEVAL-MKSBOX1V1 (riportata in Figura 2) arricchiscono la ricca dotazione di questa piattaforma completandola sotto ogni punto di vista e rendendola adatta a chiunque voglia intraprendere la progettazione di nuovi progetti di acquisizione e monitoraggio dei dati, soprattutto in ottica di dispositivi IoT o indossabili.

Figura 2: La scheda di sviluppo STEVAL-MKSBOX1V1 contenuta nella SensorTile.box

L’architettura della piattaforma può risultare a prima vista molto complessa vista la moltitudine di sensori e periferiche che la compongono, ma STMicroelectronics ha voluto renderla accessibile a qualsiasi tipo di utenza. Infatti, sono state definite tre modalità di programmazione della stessa: Basic, Expert e Pro. Nella modalità Basic, che abbiamo già affrontato in un altro articolo, viene sfruttata l’applicazione bluetooth ST BLE Sensor (riportata in Figura 3) per poter comunicare con il dispositivo e programmare una serie di esempi già pronti all’uso. La modalità Expert consente la possibilità di realizzare applicazioni personalizzate sfruttando tutte le potenzialità della scheda, ma senza scrivere alcuna riga di codice. Questa modalità di programmazione avviene sempre attraverso l’applicazione ST BLE Sensor App. Infine, la modalità PRO fornisce ai progettisti più esigenti il pieno controllo di tutte le risorse. Questa modalità di programmazione avviene attraverso l’ambiente di sviluppo STM32 ODE (Open Development Environment) ed è orientata ai firmwaristi più esperti.

Figura 3: Screenshot dell'applicazione ST BLE Sensor di STMicroelectronics

Modalità di programmazione Expert

In questo articolo entriamo nel dettaglio della progettazione con la modalità Expert. Questa modalità fornisce la possibilità di realizzare applicazioni che sfruttano i sensori della scheda senza dover scrivere una riga di codice. Infatti, direttamente all'interno dell'applicazione ST BLE Sensor è possibile creare un nuovo progetto accedendo alla modalità Expert in basso a destra nella schermata "Create New Application". La progettazione di nuove applicazioni (Custom Apps riportate in Figura 4) attraverso la combinazione di tre elementi fondamentali: gli input data, le funzioni di elaborazione e la tipologia di Output. Non tutte le combinazioni sono disponibili, quindi andiamo ad affrontare una descrizione generale di ogni elemento con un focus sulle diverse possibilità e potenzialità che possiamo ottenere dalla modalità di sviluppo Expert con la nostra SensorTile.box.

Figura 4: Screenshot della schermata Custom Apps all'interno dell'applicazione ST BLE Sensor di STMicroelectronics

Gli Input Data

Il primo elemento che andiamo ad analizzare sono gli input data. Nell’applicazione ST BLE Sensor troviamo a disposizione differenti input data, ad ognuno dei quali è associata una tipologia di sensore. Inoltre, la scelta della tipologia di input influenza la scelta successiva delle funzioni di elaborazione. Infatti, come vedremo a breve, per ogni tipologia di input data possono essere applicate solo determinate funzioni di elaborazione. Per gli input data di tipo Temperature, Humidity e Pressure si possono applicare le funzioni ARMA, Max, Min, Norm, Avg, Std e Threshold. Nelle tre tipologie di dato saranno sfruttati tre differenti sensori, in particolare per Temperature è associato il sensore STTS751, per Humidity il sensore HTS221 (che fornisce contemporaneamente anche una misura di temperatura), e per Pressure il sensore LPS22H.

Per gli input data di tipo Acceleration (low power) e Vibration possono essere associate le elaborazioni ARMA, FFT, Pedometer, RMS, Max, Min, Norm, Avg, Std e Threshold. Nel primo caso viene utilizzato il sensore LIS2DW12 a basso consumo energetico, mentre nel secondo caso il sensore LSM6DSOX. Questo sensore consente anche di acquisire gli input data di tipo Gyroscope, ma in questo caso non è valido applicare l’algoritmo Pedometer. Analogamente, abbiamo a disposizione l’input data Acceleration (low Noise inclinometer) che sfrutta il sensore LIS3DHH. A differenza dell’altro input data, anche in questo caso non possiamo applicare l’algoritmo Pedometer. Gli input data di tipo Magnetic Field sfruttano il magnetometro digitale a 3 assi (modello LIS2MDL) e con questa tipologia di input data è possibile utilizzare anche l’algoritmo H.I. Comp. oltre agli algoritmi già citati ARMA, FFT, RMS, Max, Min, Norm, Avg, Std e Threshold.

Gli input data di tipo Microphone, basati sulle acquisizioni del sensore MP23ABS1 consentono di ottenere degli output con gli algoritmi ARMA, FFT e Avg. Inoltre, sono presenti degli input data che non sono associati a nessun sensore. Questi sono quelli del Real Time Clock (RTC) che forniscono Time e Data attraverso la periferica interna del processore STM32L4. Tra le funzioni disponibili troviamo anche delle espressioni logiche AND, OR, XOR e NOT. Queste possono essere applicate alle condizioni sul livello di carica della batteria (Battery Low), sullo stato della connessione Bluetooth, sullo stato del collegamento USB e su generici valori logici False e True (Figura 5).

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