Bassi consumi e lunghe distanze per l’IoT

Con il transceiver S2-LP di STMicroelectronics è possibile collegare in rete gli oggetti garantendo il funzionamento fino a dieci anni senza dover sostituire le batterie, rendendoli così intelligenti. In modalità di ricezione esso richiede unicamente 6,7 mA, e durante la trasmissione con 10 dBm solo 10 mA, mentre in modalità sleep e di stand-by necessita di appena 600 nA e 350 nA rispettivamente. “In questo modo, il componente S2-LP si aggiudica una posizione realmente unica sul mercato”, spiega René Hermanns, responsabile di prodotto per le tecnologie wireless presso Rutronik. “Valori così bassi non sono facili da raggiungere, e solo pochi produttori possiedono le competenze necessarie per farlo, ad esempio nella progettazione di circuiti analogici ad alta frequenza a basso consumo o nell’integrazione con i blocchi funzionali digitali per la banda base. Infatti, l’efficienza energetica non deve andare a scapito dell’affidabilità e della stabilità delle connessioni - questo è ciò che ST è riuscita ad ottenere con il chip S2-LP”.

Ideale per apparecchi connessi

Grazie a queste caratteristiche il transceiver è ideale per gli apparecchi connessi, come i sistemi di allarme, gli apparecchi di sorveglianza e le soluzioni come i contatori intelligenti, oltre che nell’automazione degli edifici, nel monitoraggio e controllo industriale, nei sistemi di gestione dell’illuminazione, del traffico e dei parcheggi. Infine, il componente è particolarmente adatto per tutte le applicazioni in cui è necessario coprire grandi distanze, ad esempio per collegare direttamente al Cloud i sensori esterni senza dover ricorrere a un gateway locale. “Con sensori di questo tipo, ampiamente distribuiti in una vasta area, che comprende spesso anche punti difficili da raggiungere, la durata molto lunga delle batterie contribuisce inoltre a ridurre considerevolmente i costi di manutenzione” osserva René Hermanns.

Flessibilità per diverse bande di frequenza

Il chip wireless programmabile opera all’interno delle bande di frequenza non soggette a licenza al di sotto del GHz e può essere regolato in base alle esigenze nei diversi continenti. I protocolli di comunicazione più diffusi che sono supportati dal chip sono ad esempio Wireless M-Bus, SigFox, 6LowPan oltre a Ieee 802.15.4g, e ciò è ideale nelle applicazioni di gestione dell’energia e di controllo di processo, fornendo così la base per le reti intelligenti del futuro. “È quindi possibile impiegare il chip S2-LP in modo flessibile per più bande di frequenza Ism, e malgrado ciò il dispositivo utilizza l’intero strato fisico definito uniformemente in ciascuna banda e tutto ciò che esso contiene”. Grazie al funzionamento in una banda molto stretta di appena pochi Kiloherz, la modulazione dati necessiterà di un’energia molto inferiore rispetto alla maggior parte delle altre tecnologie wireless, che richiedono il funzionamento fra 1 e 20 MHz. Con segnali di potenza superiore fino a 16 dBm, il transceiver assicura inoltre il trasferimento dei dati in modo affidabile anche su lunghe distanze. La sua sensibilità in ricezione di -130 dBm consente, in base alle condizioni ambientali, di raggiungere distanze di trasmissione anche di diverse decine di chilometri, garantendo così un’ampia copertura.

Affidabilità, efficienza energetica e bassi costi 

SigFox è particolarmente interessante per i dispositivi caratterizzati da volumi dati ridotti, essendo stato progettato specificamente per questo scopo. Grazie all’integrazione di SigFox nel chip S2-LP, con il chip wireless la connettività IoT diventa più affidabile, più efficiente e più economica. “Inoltre i progettisti di sistema possono avvalersi del vasto ecosistema di SigFox”, commenta René Hermanns. “L’infrastruttura si trova tuttavia ancora in fase di realizzazione, anche se in Europa molti Paesi sono già coperti e SigFox collabora con alcuni fra i principali operatori di rete per un’introduzione rapida della tecnologia in tutto il mondo”. La tecnologia SigFox è progettata per raggiungere grandi distanze, fino a 50 km in ambienti aperti e fino a 10 km nelle città, con una velocità dati ridotta di 12 byte per messaggio e un basso consumo di energia. Essa opera all’interno della banda di frequenza al di sotto del GHz (in Europa attorno a 868 MHz) e utilizza la tecnica di modulazione a banda stretta con schema di modulazione Bpsk. Un terminale che è equipaggiato con la tecnologia SigFox fornisce i propri dati alle stazioni base SigFox, le quali li trasmettono ai rispettivi Cloud per un’ulteriore elaborazione. Da lì, i risultati possono essere inviati verso qualsiasi terminale per la visualizzazione. “Con SigFox non è necessaria una scheda Sim. La tariffa a consumo dipende da quanti messaggi vengono inviati al giorno. Di norma si va da uno a dieci euro all’anno per apparecchio” spiega lo specialista wireless di Rutronik. Il nuovo transceiver di ST supporta le topologie punto a punto, a stella o a mesh, a seconda del protocollo di rete previsto, e offre così un’elevata flessibilità per gli oggetti connessi in rete.

Kit di sviluppo e supporto

Il chip S2-LP dispone inoltre di un kit di sviluppo software, ampiamente dotato di risorse, messo a disposizione da Rutronik. Questo è già certificato SigFox, di modo da poter connettere direttamente alla rete SigFox dei progetti per scopi di valutazione e dei semplici prototipi. Il kit di sviluppo è compatibile con la famiglia di microcontrollori STM32, ampiamente diffusa nel segmento dell’IoT. È inoltre compresa l’infrastruttura di sviluppo dei componenti STM32, con schede di prototipazione e un’ampia offerta di tool software e di risorse. “Il dispositivo da solo non basta”, spiega René Hermanns. “Per noi, prima di tutto, la soluzione wireless è ottimale se anche il protocollo di trasmissione, i profili di applicazione, gli aspetti legati alla sicurezza e alla certificazione si adattano perfettamente alla rispettiva applicazione. A tal proposito, supportiamo i nostri clienti attraverso la consulenza sia per quanto riguarda gli standard, sia sugli aspetti legati alla compatibilità e ai consorzi. E naturalmente, anche il nuovo hardware deve essere ottimizzato di conseguenza”. Nell’ambito di Rutronik Smart gli sviluppatori trovano, accanto ai componenti wireless, anche i sensori, i microcontrollori e in più le soluzioni per la gestione dell’alimentazione e la sicurezza per la propria applicazione IoT.

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