Solution Bluetooth Low Energy tout-en-un sur base SiP et écosystème de conception

28th November 2019
Posted By : Victoria Chercasova
Solution Bluetooth Low Energy tout-en-un sur base SiP et écosystème de conception

L'IoT (Internet of Things, ou internet des objets) a déjà un impact significatif sur de nombreux aspects de notre vie, lorsque nous travaillons, nous divertissons ou accomplissons nos tâches quotidiennes. Avec des dizaines de milliards d'appareils connectés et des millions d'autres les rejoignant chaque semaine, il est difficile d'imaginer jusqu’à quel point les réseaux vont améliorer le monde dans lequel nous vivons.

Outre leur fonctionnalité - principalement capteur, actionneur ou combinaison des deux - et leur forte préférence pour le sans-fil, ces appareils connectés partagent deux autres exigences courantes. Ils doivent pouvoir communiquer avec d'autres appareils, avec un hôte et avec le cloud ; ils doivent aussi se montrer frugaux en énergie puisqu'ils sont en général alimentés par de minuscules piles bouton afin d'être auto-suffisants et aussi petits que possible.

L'IoT est un domaine difficile pour les concepteurs qui cherchent à répondre aux demandes et aux attentes de plus en plus pressantes des utilisateurs et des consommateurs. Bien qu’il s’agisse de conceptions miniatures, il s’agit aussi de systèmes complexes intégrant de nombreuses technologies différentes, et les concepteurs doivent utiliser des techniques sophistiquées et des composants de très faible puissance pour atteindre leurs objectifs.

Bluetooth Low Energy

Bluetooth est largement utilisé pour les applications IoT, parce qu’il est disponible sur chaque smartphone et tablette, et offre ainsi un accès quasi-permanent à Internet, tout en incluant des fonctionnalités bien alignées avec les besoins des déploiements IoT. Initialement dénommé "Bluetooth Smart ", Bluetooth Low Energy transmet les données par paquets puis passe en mode veille, ce qui permet d'économiser beaucoup d'énergie. Bluetooth 4 permet également de maintenir les connexions et les couplages ("pairings" en anglais) pendant la période de veille, un autre moyen d'économiser l'énergie.

Bluetooth continue d'évoluer, et certaines fonctionnalités comme le couplage sécurisé, le chiffrement AES-128, et les profils prenant en charge le développement rapide, sont inclus dans les versions ultérieures. La version 4.2 a amélioré la capacité en paquets d’un facteur 10 et la plage de données d’un facteur 2,5 ouvrant ainsi la voie à des applications nécessitant des débits de données supérieurs.

Bluetooth 5 est la version actuelle. Elle est optimisée pour les applications IoT. La bande passante a doublé pour atteindre 2 Mbits/s et, l'avancée la plus importante de Bluetooth 5 est probablement sa nouvelle fonctionnalité de maillage, qui permet de se passer de concentrateur, pour créer des réseaux IoT plus étendus.

Applications IoT

L'énumération des applications IoT est un défi, car il en existe déjà un très grand nombre, et d'autres les rejoignent à un rythme rapide. L'IoT connecte les foyers dans lesquels nous vivons, surveille notre bien-être, gère nos lieux de travail, et rend plus agréables les villes dans lesquelles nous vivons et les véhicules dans lesquels nous nous déplaçons, et bien d’autres choses encore.

L'IoT transcende les marchés grand-public et industriel. Dans l'industrie, les nœuds surveillent les processus pour améliorer la qualité des produits, et les machines pour évaluer l'usure, ce qui permet un entretien préventif qui réduit les coûts associés aux temps d'arrêt. En logistique, les scanners Bluetooth Low Energy aident à suivre les stocks grâce à des étiquettes intelligentes, tandis que des capteurs signalent s’il faut remplir les casiers ou réapprovisionner les stocks.

Compte tenu de la dépendance croissante vis-à-vis de l'alimentation par piles et de la prise de conscience mondiale de la nécessité de réduire la consommation, la gestion d'énergie est un sujet majeur partout dans le monde. Les nœuds IoT Bluetooth Low Energy présents dans les bâtiments connectés détectent en temps réel le besoin de chauffage, d'éclairage, de climatisation et de ventilation, et commandent les lampes, les fenêtres et l’équipement HVAC (Heating Ventilating and Air Conditioning, ou chauffage ventilation et climatisation) pour qu’ils fonctionnent de la manière la plus économique qui soit, en coupant l’alimentation des ressources quand une zone est inoccupée.

Dans nos maisons, Bluetooth Low Energy permet le suivi de l'utilisation des appareils électroménagers, et permet même de commander le réapprovisionnement automatique de nos réfrigérateurs. Pour répondre aux besoins d'une population qui vieillit, Bluetooth permet à une nouvelle génération de moniteurs de santé personnels de connecter à leurs patients des professionnels de santé à distance, afin de réduire les visites à l'hôpital, tout en améliorant la qualité des soins.

Conception de solutions IoT basées sur Bluetooth Low Energy

Les solutions IoT peuvent être complexes à réaliser car elles nécessitent qu’un large éventail de technologies fonctionnent en harmonie. Il peut s'agir de microcontrôleurs, de briques analogiques pour les capteurs, de circuits RF pour les communications et de circuits de gestion d’énergie. Tout cela doit généralement être combiné dans une solution miniature ne nécessitant qu’un minimum d'énergie.

Par conséquent, les concepteurs recherchent des solutions intégrées, spécialement conçues pour prendre en charge les processus de conception rapide et à faible risque d’applications IoT. Le SiP (System in Package, ou système en boîtier) RSL10 est un exemple d'un tel dispositif, qui fournit une solution tout-en-un permettant de doter les nœuds IoT de Bluetooth Low Energy.

 

Le RSL10 SIP est un dispositif flexible ultra-miniature certifié Bluetooth 5, qui intègre le RSL10 Bluetooth Low Energy radio SoC, l'antenne intégrée et tous les composants passifs dans un système complet de petit format. Certifié selon l’ensemble des normes mondiales (CE, FCC, IC, MIC, MIC, KC), le SiP RS 10 réduit considérablement le temps nécessaire à la conception en éliminant le besoin d'expertise ou de certification supplémentaire en conception RF.

Le SiP dispose aussi de ressources mémoire embarquées - 384 ko de mémoire Flash non-volatile - dont 256 ko disponibles pour les applications utilisateurs, 88 ko de RAM de données et des contrôleurs DMA. Il existe également un certain nombre d'interfaces externes configurables, notamment I2C, UART et double SPI (maître / esclave) qui améliorent la flexibilité de nombreuses applications.

Le SiP RSL10 prend en charge la technologie Bluetooth Low Energy, ainsi que d'autres piles de protocole propriétaires et/ou personnalisées à 2,4 GHz. Le support FOTA (Firmware-Over-The-Air, ou mise à jour du micrologiciel en mobilité) permet aux fabricants de fournir des mises à jour et d'ajouter des fonctionnalités supplémentaires après déploiement sur le terrain.

La gestion d’énergie embarquée est une condition essentielle des dispositifs SiP pour donner naissance à des applications IoT. Le RSL10 est actuellement le circuit radio Bluetooth Low Energy présentant la plus faible consommation du marché. En mode réception, il ne consomme que 7 mW, et il se contente de 62,5 nW en mode sommeil profond. Cela permet aux concepteurs de réduire la taille et le poids du système en minimisant le nombre de composants externes nécessaires.

La large plage de tension opérationnelle est une autre caractéristique précieuse pour les concepteurs, qui élargit le nombre d'applications potentielles de dispositifs tels que le RSL10.  La plage de tension d'alimentation de 1,1 à 3,3V permet d'utiliser des batteries de 1,2 ou 1,5V, sans nécessiter de convertisseur continu / continu externe. Il permet aussi de prolonger l’autonomie quand la tension de batterie diminue.

Ressources pour les concepteurs

Outre les avantages de solutions puissantes et très intégrées, les ingénieurs recherchent souvent des outils et de l'aide pour réaliser leurs projets dans les meilleurs délais, au moindre coût, et avec un minimum de ressources spécialisées. ON Semiconductor propose une suite d'outils très utiles pour simplifier et accélérer la conception à l’aide de son RSL10.

Le kit de développement logiciel (SDK) RSL10 fournit un environnement de développement intégré complet basé sur Eclipse, pour le développement d'applications Bluetooth Low Energy ultra-basse-consommation. Le kit supporte Keil uVision® et d’IAR Embedded Work Bench®, ainsi qu'une large gamme d'applications d'abstraction, de pilotes et d'exemples, FreeRTOS et une application mobile FOTA (Firmware Over the Air).

Le kit de développement IoT Bluetooth (B-IDK), qui fournit une solution complète nœud-Cloud, est de conception modulaire et comprend une large gamme de capteurs et d'actionneurs. Le support logiciel est fourni dans un CMSIS-Pack très pratique, qui assure un niveau de fonctionnalité supérieur au SDK RSL10.  Le CMSIS-Pack du kit de développement contient les pilotes de capteurs, le support Cloud et la documentation spécifique à la plateforme de développement Bluetooth.  En outre, une application mobile permet de commander le matériel, la publication et l'abonnement (système d’abonnement et de publication MQTT, pour Message Queuing Telemetry Transport en anglais) aux données de capteurs et d'actionneurs de plusieurs services Cloud courants.

Les kits de développement de capteurs peuvent aussi être une ressource extrêmement utile à ceux qui travaillent sur les conceptions IoT, éventuellement pour la première fois. Le kit de développement de capteur RSL10 contient plus de dix composants de détection, couvrant la lumière, l'environnement, le son, l'emplacement et le mouvement, afin d’aider les ingénieurs à passer d’un concept à une solution, rapidement et avec moins d’itérations de conception.

Résumé

La capacité de communiquer à l'aide des protocoles courants et de fonctionner à partir de sources d'alimentation ultra-miniatures, sont des facteurs critiques de succès pour les dispositifs IoT. Des technologies comme Bluetooth Low Energy ont évolué au fil du temps, passant d'un simple moyen de connecter des périphériques très près l’un de l’autre, à une technologie permettant de répondre aux besoins très optimisés de l'IoT.

Des dispositifs comme le SiP RSL10 facilitent la conception en intégrant tous les composants externes et le sous-système RF dans un petit boîtier, à haut rendement énergétique. L’associer aux nombreux outils de support disponibles aide les concepteurs à ajouter la fonctionnalité basse consommation Bluetooth Low Energy aux nœuds IoT, avec un minimum de risque et de coût, en un minimum de temps.


Connectez-vous afin de laisser un commentaire

Laissez un commentaire

Aucun commentaire




Sign up to view our publications

Sign up

Sign up to view our downloads

Sign up

Vietnam International Defense & Security Exhibition 2020
4th March 2020
Vietnam National Convention Center, Hanoi