Un esempio usato di frequente per le applicazioni nella casa intelligente è il frigorifero che genera automaticamente una lista della spesa. Ad oggi, questo non è ancora diventato realtà. Per contro, esistono altri scenari applicativi che offrono un grande potenziale. Essi spaziano dai video giochi realistici, in cui la luce della stanza può essere sincronizzata all’azione del gioco, ai controlli intelligenti per il risparmio energetico, fino ad applicazioni di assistenza a persone anziane e con disabilità e di telemedicina. In principio, queste applicazioni sono tutte basate sullo stesso modello che può essere illustrato attraverso l’esempio della lavatrice.
La lavatrice e l’automazione domestica
Per poter integrare la lavatrice in un sistema di automazione domestica e per poter essere in grado di controllarla e di interrogarla da remoto, essa deve avere dei sensori che registrano le condizioni operative. Un amperometro a pinza collegato al cavo di alimentazione consente di stabilire se sta scorrendo corrente. Se viene misurato anche il livello della corrente queste informazioni possono essere assegnate alle condizioni operative (apertura dell'acqua, temperatura, rotazione, pompaggio dell'acqua). I sensori acustici e di vibrazione raffinano ulteriormente la misura. Per questo é raccomandato un microcontrollore a 32 bit a basso consumo che presenta numerosi ingressi ed uscite e supporta uno stack di protocollo wireless.
"Ha senso attuare un simile concetto il più possibile con tool e software di tipo open-source," spiega Harald Naumann, Field Application Engineer della divisione Wireless presso Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH."Ancora una volta, é stato dimostrato che il software open-source prevale e che sta diventando la base per uno standard. Questo é anche il nocciolo della questione con l'automazione domestica: un unico standard su cui sono basati tutti i dispositivi, di modo che essi possano anche comunicare l'uno con l'altro e l'utente riceva tutte le informazioni di stato e possa controllare tutti i dispositivi attraverso un singolo dispositivo e un'unica interfaccia utente. Android@Home costituisce il primo passo nella direzione giusta. Infine, gli accessori per smartphone sono liberi da licenza. Alla fine dell'anno, sarà messo a disposizione come open source da Google anche uno stack 6LoWPAN. Tuttavia, per tutti coloro che non vogliono aspettare fino ad allora o che non desiderano rivolgersi a Google, sono disponibili alternative a sufficienza.”
Un’opzione interessante è l’STM32W di STMicroelectronics. Questo microcontrollore compatibile con gli standard wireless è basato su un core Arm Cortex M3 a 32 bit ed è dotato di un transceiver Ieee 802.15.4 integrato da 2,4 GHz. Questo lo rende adatto per ZigBee, RF4CE, Contiki 6LoWPAN ed altri protocolli di rete basati sullo standard IEEE802.15.4. “Di particolare interesse è 6LoWPAN, essendo libero da licenze ed essendo la descrizione del protocollo disponibile per tutti” spiega Naumann. Il protocollo è basato su IPv6 ed è stato sviluppato per lo scopo di facilitare la semplice integrazione di Pan (Personal Area Network) wireless all’interno delle reti esistenti a basso consumo energetico. Il sistema operativo open-source Contiki è anche ottimizzato per il minimo consumo energetico possibile. Se volete provare la differenza fra 6LoWPAN a 2,4 GHz e 6LoWPAN a 868/915 MHz, dovreste acquistare un kit di valutazione con STM32W a 2,4 GHz e un kit con il dispositivo ZWIR4512 a 868/915 MHz. Entrambi i moduli sono liberamente programmabili.
Se desiderate utilizzare il vostro protocollo wireless, possibilmente più agile, potete usare il transceiver MRF89XA di Microchip. Questo transceiver multi-canale efficiente opera nelle bande di frequenza Ism libere da licenza attorno a 863-870 MHz e nella banda di frequenza da 900 MHz. Un buon esempio del suo uso è dato, ad esempio, dai rivelatori di fumo che sono alimentati a batterie; in caso di incendio l’allarme è trasmesso al master attraverso il modulo Gsm. Se volete renderlo ridondante, potete anche inviare l’allarme alla chiave Usb sul router. Quest’ultimo, unitamente al modulo Gsm, notifica il centro di allarme.
Social network come interfacce utente
La descrizione di processo che segue, che usa una lavatrice come esempio, è già stata testata sul campo con una stazione metereologica che “twitta”. Usando il componente STM32W, la lavatrice comunica in formato IP usando il nuovo protocollo IPv6 e può di conseguenza scambiare dati con tutti i dispositivi basati su IP – siano essi smartphone, tablet, vecchi notebook o dispositivi mobili dotati di browser Web. Per fare ciò, l’STM32W trasmette ad un gateway Udp/IP sul router. Il router passa l’UDP/IP sul server, il quale quindi genera da esso un’email. Questa può quindi essere inviata ad un servizio gratuito di blogging come Posterous o WordPress. WordPress è dotato di un’interfaccia di programmazione che invia automaticamente i dati a Twitter. Posterous offre più flessibilità. Usando parole di controllo, è possibile specificare precisamente quale messaggio deve essere trasmesso, quando, come e a chi. Posterous accetta anche molti formati attraverso mezzi diversi. In questo caso, la funzione di cronologia sul server invierebbe un’email a Posterous, il quale invia il blogpost sulla Api di Twitter attraverso un’email. “Il vantaggio di Twitter è che esistono client gratuiti disponibili per Apple OS, Android, Windows, Linux e anche Rim e virtualmente tutti i dispositivi terminali supportano Twitter,” spiega Naumann. “In futuro, Google+ renderà questo ancora più conveniente non appena l’Api adeguata diventerà disponibile.” Il nuovo social network Google si discosta da Facebook perchè qui gli utenti possono creare cerchie di contatto. Quindi, una cerchia chiamata “Le mie Macchine Personali” potrebbe visualizzare gli stati dei singoli apparecchi domestici. Questo può essere creato in modo tale che solo chi resiede nell’abitazione possa visualizzare i messaggi. È anche possibile creare cerchie pubbliche, ad esempio per i dati provenienti dalla stazione climatica. Qualsiasi parte interessata può accedere automaticamente a questi dati senza dover ‘chiedere l’amicizia’ per questo scopo, come è il caso con Facebook. Il nuovo servizio di messaggistica gratuito di Google per Android consente di trasmettere a molti contatti. Questo servizio inoltra il messaggio via IP agli smartphone Android. A questo scopo è possibile usare il Google Engine gratuito.
Molti protocolli fra cui scegliere
Tutti gli apparecchi domestici esistenti possono essere aggiornati in questo modo per poter essere integrati in una rete domestica intelligente. Le nuove macchine intelligenti possono quindi essere combinate con i dispositivi più vecchi. Se un microcontrollore come l’STM32W è installato all’interno di un dispositivo o se è alimentato con una tensione continua, esso può anche essere usato come un router per altri moduli 6LoWPANe come un bridge verso Bluetooth Low Energy o ‘Gazell’. È disponibile gratuitamente l’FBRIDGE di protocollo verso lo stack Gazell di Nordic Semiconductor. Il protocollo di Nordic si trova in numerose tastiere e mouse wireless per Pc e gira sugli IC della serie nRF24LE1. Per questa serie sono disponibili su licenza moduli wireless completi a prezzi convenienti, come è il caso per l’STM32W. Il dispositivo è dotato di un derivato del core 8051 che esegue un comando all’interno di un ciclo. Se vi trattiene il costo del compilatore Keil, esiste sempre il piccolo compilatore C. L’nRF24LE1 funziona anche a 2400 MHz. Se, al posto di un simile protocollo proprietario, preferite affidarvi ad un protocollo standard, esiste l’nRF8001 di Nordic Semiconductor. Se combinato con i moduli PAN1720 di Panasonic, quest’ultimo semplifica la creazione di una rete wireless sul corpo o su una bicicletta per applicazioni nel campo dello sport, della medicina o del vivere assistito dall’ambiente. L’nRF8001 supporta Bluetooth Low Energy, il cui più grande vantaggio è che è installato in pressochè tutti i nuovi smartphone, laptop e Pda. I moduli Wifi o gli IC di Redpine Signals forniscono la via più rapida verso il vostro scopo. I moduli 802.11n Single Stream della gamma Connect-io-n di Redpine forniscono tutte le funzionalità richieste da un client Wlan, espandendo di conseguenza le soluzioni embedded realizzate attorno all connettività Wifi. Alcuni moduli Connect-io-n sono anche dotati di uno stack di rete completo che facilita la connessione verso numerosi sistemi embedded esistenti senza porre richieste ai propri microcontrollori. Sono anche disponibili i driver per sistemi operativi di livello superiore come Windows (CE 5.0, Embedded 6.0, XP, Sette, Embedded Compact 7), Linux o Android (da Froyo 2.2). I moduli Redpine supportano lo standard N sotto wi-fi, che richiede meno potenza rispetto allo standard G. “La mia preferita è la scheda Android@Home di Microchip con la scheda adattatore wi-fi Redfly in base alle soluzioni di Redpine,” afferma Harald Naumann. “Questa combinazione vi consente di prendere due piccioni con una fava: la scheda Android@Home è dotata di driver Usb come l’host per Android. Questo consente agli utenti di connettere il proprio smartphone Android o il proprio tablet senza licenza. Commutatori, potenziometri e Led sulla scheda interagiscono quindi con il dispositivo finale. L’unico requisito è che sia installato Android 2.3.4, Android 3.1 o versioni superiori. Android 4.0 supporta sia lo standard Bluetooth convenzionale, sia Bluetooth Low Energy. Questo consente ad Android@Home di essere wireless.” Oltre alle tecnologie o protocolli wireless proposti, è possibile usare anche Gsm, Gprs, Umts o 3G per applicazioni per la casa intelligente. Queste tecnologie cellulari sono raccomandate quando, al posto di un router Dsl, viene usato uno Smart Home Gateway. La varietà di protocolli e di caratteristiche dei diversi dispositivi che devono essere integrati in una simile casa intelligente, rendono la realizzazione un’impresa molto complessa. I distributori con esperienza, ottenuta da numerosi progetti dei clienti e con un punto di vista neutrale sui produttori, forniscono in questo caso un supporto prezioso. Se, come Rutronik ad esempio, essi hanno accesso al proprio Centro di Competenza sul Wireless, i clienti sono sicuri di ottenere consulenze informate e competenti. Rutronik offre anche componenti per l’intero portafoglio di tecnologie e di protocolli oltre a tutti i componenti aggiuntivi richiesti per la casa intelligente di domani.
