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Aceleración de su diseño de IoT

No hay duda de que el Internet de las Cosas (IoT) se ha convertido en una importante fuerza disruptiva dentro de la industria electrónica. El impacto del IoT puede verse en prácticamente todos los sectores del mercado, desde B2B hasta B2C. Si bien los brazaletes que controlan el rendimiento deportivo y otros muchos dispositivos conectados se han convertido en elementos muy populares entre los consumidores diestros con la tecnología, la adopción del IoT para las aplicaciones industriales es igualmente impresionante y promete muchas ventajas comerciales. Las organizaciones están dispuestas a agilizarse y a obtener hasta el último céntimo posible de beneficio derivado de las operaciones empresariales tradicionales, y el IoT puede ser de gran ayuda en este sentido. La captura, posibilitada por el IoT, de grandes volúmenes de datos operativos, los llamados “Big Data”, también está abriendo nuevos modelos de suministro de servicios empresariales que anteriormente eran impensables.
No solo sorprende la diversidad de aplicaciones diferentes del IoT, sino también la velocidad con la que se lanzan al mercado. Ya sea para los desarrollos B2C o B2B, la posibilidad de introducir nuevos modelos de negocio, establecer nuevas asociaciones, cosechar la ventaja de ser pionero y forjar ecosistemas ampliamente adoptados, depende en gran medida de la introducción de sus diseños de hardware en el mercado.
Los desarrolladores de sistemas integrados se enfrentan a diversos desafíos de ingeniería para conseguir introducir en el mercado sus diseños de alta eficacia energética, gran funcionalidad y conexión inalámbrica en un periodo de tiempo muchísimo más reducido de lo que anteriormente se consideraba realista. Por ello, no es ninguna sorpresa que los ingenieros intenten cambiar radicalmente el enfoque del desarrollo basado en el IoT.
La mayoría de las aplicaciones de IoT cuentan con componentes similares, es decir, múltiples nodos del perímetro (sensores), una puerta de enlace (para facilitar las comunicaciones tanto de corto como de largo alcance) y un servicio basado en la nube o una aplicación analítica. El cumplimiento con los estándares de sistemas abiertos se ha convertido en un rasgo imprescindible de cualquier diseño de IoT; se trata de una forma de garantizar la compatibilidad entre plataformas y la amplia adopción en el mercado de los sensores de nodo del perímetro, que se adaptan a una gran variedad de aplicaciones.
Independientemente del tipo de aplicación, los nodos del perímetro también tienden a tener los mismos elementos básicos. Estos incluyen la capacidad de conectarse a uno o varios sensores; una capacidad de procesamiento integrada; conectividad inalámbrica; la capacidad de admitir protocolos de IoT “ligeros”, como MQTT; y, finalmente, capacidades de seguridad del dispositivo y de las comunicaciones. El tamaño físico del dispositivo también es otro factor importante. Por supuesto, dentro de cada uno de estos elementos, hay que tener en cuenta toda una serie de consideraciones y desafíos adicionales. Por ejemplo, muchos dispositivos de IoT funcionan con batería, lo que requiere que los componentes inalámbricos y de procesamiento cuenten con un perfil de consumo de energía muy bajo. En esta búsqueda constante de un enfoque diferente para crear rápidamente un diseño de IoT, muchos desarrolladores en plantilla han decidido optar por el creciente número de ordenadores de placa única (SBC, del inglés single board computer), que ofrecen un gran abanico de funciones, como forma de acelerar su diseño de IoT. Si bien hay una gran variedad de SBC que podrían ser candidatos potenciales, los desarrolladores deben analizar cuidadosamente los requisitos técnicos de su diseño y contrastarlos con las funciones estándar de los SBC disponibles.
Un ejemplo de un SBC de reciente lanzamiento podría ser el módulo Intel Edison, que se muestra en la Figura 1. Este compacto módulo de tan solo 35,5 x 25,0 x 3,9 mm de tamaño contiene un impresionante y completo conjunto de características. El módulo Edison, que tiene el tamaño de un sello postal, alberga un dispositivo Intel SoC que incluye tanto una CPU Intel Atom de doble núcleo y doble proceso que funciona a 500 MHz, como un microcontrolador Intel Quark de 32 bits que funciona a 100 MHz. El SoC, junto con 1 GB de RAM, 4 GB de memoria flash y 40 pines GPIO configurables, sin duda satisface los atributos de procesamiento necesarios para la mayoría de los diseños del IoT. Los GPIO se pueden configurar como hasta 20 interfaces de PWM de entrada/salida digital, hasta 6 interfaces de entrada analógica o interfaces UART, SPI y USB.
El módulo Edison, que funciona a 1,8 VCC, está bien posicionado para su uso en diseños ponibles con batería. Sin embargo, el Edison tiene mucho más que ofrecer, y cumple o supera fácilmente los requisitos de procesamiento y de conectividad del sistema principal necesarios para un diseño de IoT. Como características estándar se proporcionan tanto conectividad Wi-Fi 802.11 a/b/g/n como Bluetooth 4.0. Pronto estará disponible la compatibilidad con el perfil Bluetooth de bajo consumo (BLE). La Figura 2 muestra un diagrama de bloques básico del módulo Intel Edison. El SoC cuenta con una distribución preinstalada incrustada Yocto compatible con Linux que también incluye Python, Node.js y una pila de software integral.
Sin embargo, la disponibilidad de un módulo tan completo es solo uno de los aspectos que debe considerar cualquier desarrollador de sistemas integrados profesional. Para poder realizar el prototipo de un diseño, se necesita una plataforma de hardware, como un kit de evaluación o un diseño de referencia, que permita a los sensores y a cualquier otro tipo de hardware interactuar entre sí. La compatibilidad de software es otro aspecto crucial que se debe tener en cuenta. Y no solo en relación con un IDE para prestar apoyo al proceso de desarrollo integrado, sino en lo referente a toda la gama de herramientas necesarias para el avance del diseño, como el sistema operativo de tiempo real (RTOS) y cualquier paquete de apoyo de la placa.
Es obvio que Intel ha invertido mucho esfuerzo en el desarrollo de este módulo, ya que cumple todos estos requisitos. Para prestar apoyo al prototipo del diseño inicial, Intel ha diseñado dos placas base en las que se puede alojar el módulo Edison. La primera, y la más sencilla, es la placa Intel Edison Breakout. Proporcionando un modo de realizar el breakout del conector de 70 pines del Edison, la placa tiene conectores USB OTG (On-The-Go) y micro conectores tipo AB, y a través de una rejilla de cabezales de orificio pasante de soldadura de 0,1 pulgadas, ofrece los 40 canales GPIO donde se incluye el PWM, I2C, UART, SPI y los restantes GPIO disponibles. La potencia de entrada al módulo también va a través de esta placa.
La placa Intel Edison para Arduino, que es apropiada para la creación de prototipos de una amplia gama de aplicaciones de IoT, resulta atractiva especialmente para los ingenieros familiarizados con el enfoque de shields de Arduino. Esta placa, más grande y más funcional, proporciona todos los pines de breakout GPIO de la placa Breakout, pero en un diseño más amplio compatible a nivel de pines con un shield Arduino Uno R3.
Todo ello hace que sea extremadamente sencillo acceder a los GPIO y acomodar la gran variedad de shields de Arduino disponibles comercialmente: esta placa es la compañera ideal para su primer desarrollo con el Edison. Ya que el Edison funciona a 1,8V DC, hay diversos desplazadores de nivel para acomodar los shields tanto de 3,3V como de 5V DC; el usuario puede seleccionar la opción que más le convenga. Para mejorar la compatibilidad con Arduino, también hay disponible un IDE de Intel Edison Arduino. Este IDE, que se puede descargar desde el sitio web del fabricante, Intel, proporciona una manera rápida y sencilla de empezar a realizar prototipos de su diseño de IoT mediante un sketch de Arduino. En este sitio también están disponibles las instrucciones sobre cómo empezar, fáciles y sencillas, así como enlaces a otros tutoriales.
El IDE XDK edición IoT de Intel está más dirigido a los desarrolladores profesionales. Esta cadena de herramientas multiplataforma es compatible con Node.js, que es ideal para su uso en aplicaciones de IoT. Existen otras opciones de herramientas de desarrollo disponibles, tal y como se muestra en la Figura 3.
La pila de software preinstalado del Edison incluye el cargador del Sistema Operativo, el BSP para Linux y un cargador ROM de arranque, además de middleware específico para IoT, tal como una pila de protocolos MQTT, el servicio multicast mDNS sin necesidad de configuración y un daemon Connman para gestión de la red de línea de comandos.
Para simplificar aún más el proceso de creación de prototipos, Intel ha desarrollado el kit de conectividad para comunicaciones Intel IoT Development. Este conjunto de ejemplos de código y bibliotecas, disponibles tanto en Node.js como en C/C++, proporciona una serie de sencillos ejemplos de aplicaciones del IoT, como un termostato de control de la calefacción, referencias a la biblioteca y tutoriales breves. Como complemento de esta biblioteca y para completar la capacidad integral desde el nodo del perímetro hasta la nube del Intel Edison, también está disponible el acceso al sitio de web de análisis de IoT de Intel. Este sencillo servicio de análisis en la nube permite la inscripción de dispositivos individuales basados en el módulo Edison y, utilizando los ejemplos de código, también ofrece un repositorio para los datos generados a partir de su aplicación de IoT. Entre las funciones del servicio se incluyen el análisis de datos, la visualización de gráficos, las alertas basadas en normas y la gestión de dispositivos (nodos de IoT).
Gracias a su formato extremadamente pequeño, el Intel Edison es el módulo de computación y conectividad ideal en el que basar su próximo diseño de IoT. La plataforma de hardware principal se complementa perfectamente con una serie de herramientas de software, bibliotecas de conectividad y ejemplos para garantizar que su diseño llegue al mercado en el menor tiempo posible.




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