Zestaw uruchomieniowy IoT od firmy Cypress

Internet Rzeczy rozwija się gwałtownie, może nawet zbyt szybko. Wszystkie urządzenia na gwałt są dołączone do sieci, pewnie za kilka dni, maksymalnie miesięcy, sznurowadła będą się komunikowały z trampkami, aby wymieniać się jakże istotnymi danymi o swoim stanie. Najlepiej przy tym wysyłając je do chmury w celu porównania poprawności sznurowania z innymi zaprzyjaźnionymi parami obuwia, nie wspominając o automatycznym umówieniu wizyty u ortopedy, gdy wykryte zostaną chociażby minimalne nieprawidłowości w sposobie chodzenia i oczywiście, codziennego przypominania nam o konieczności zwiększenia naszej aktywności fizycznej.

Tyle tytułem żartu. Tak czy inaczej, być może w niedalekiej przyszłości, przyjedzie nam się zmierzyć z podobnymi problemami, może o nieco większym „ciężarze” gatunkowym. Takimi, jak chociażby monitorowanie przesyłek, pojazdów, poziomu wody w rzece, wskazań liczników lub mierników, a wszystko za pomocą Internetu Rzeczy. W takiej sytuacji zadanie może nam ułatwić pokazany na rysunku 1 zestaw uruchomieniowy Cypressa – „Solar Powered IoT Device Kit”.

Zestaw odróżnia się zarówno wyglądem, jak i ceną od dotychczasowej oferty budżetowych „PSoC-kitów” za symbolicznego dolara. Jest opakowany w estetyczne pudełko i kosztuje 49 USD. W zamian otrzymujemy dwie płytki drukowane, w tym jedną z nadajnikiem BLE (beacon) z wbudowanym układem przetwornicy współpracującej z fotoogniwem (układ typu energy harvester), a drugą z mostkiem BLE/USB, ogniwo słoneczne, kabel USB, kilka zworek, kondensator, rezystor i skróconą instrukcję „szybkiego startu” - czyli wszystko, co zdaniem Cypressa konieczne jest do rozpoczęcia pracy z IoT.

Spójrzmy na rysunek 2, na którym pokazano schemat blokowy zestawu, a dokładnie schemat płytki energy harvestera. Sercem jest moduł BLE typu CYBLE-022001-00, który prawdopodobnie jest najmniejszym aktualnie dostępnym w handlu modułem BLE z wbudowana anteną. Wzmianka o nim pojawiła się już przy opisie PSoC4247 w grudniowym numerze EP. Zasilanie modułu zapewnia PMIC (Power Management IC) typu S6AE101A. Jest to najprostszy z wprowadzonej ostatnio do oferty rodziny energy harvesterów. Umożliwia współpracę z dwoma źródłami zasilania. Typowo są to ogniwo solarne oraz bateria litowa (opcja). Układ odpowiada za pozyskiwanie energii z otoczenia oraz za efektywne jej magazynowanie we współpracującym kondensatorze wraz z automatycznym przełączaniem źródeł zasilania. Dla rozpoczęcia pracy układ potrzebuje jedynie 12 mW mocy. W zestawie dołączone jest ogniwo słoneczne, zapewniające zasilanie modułu. Producent zapewnia poprawną pracę zestawu przy oświetleniu większym od 200 lx, to jest transmisję co 6 sekund w trybie WSN (sensor bezprzewodowy). Opcjonalnie do zasilania może być używana bateria, przetwornik piezoelektryczny lub elektromagnetyczny, współpracujący z wbudowanym prostownikiem. Elementy opcjonalne dołączamy do złącza J1 modułu. Możliwe jest zwiększenie pojemności wbudowanego kondensatora magazynującego energię poprzez połączenie go równolegle z kondensatorem 220 mF dołączonym do zestawu.

Na płytce wbudowano przetwornik temperatury i wilgotności SI7020 komunikujący się z CYBLE poprzez interfejs I²C. Zestaw uzupełniają dioda LED i przycisk Reset. Sygnały interfejsów I²C/UART/GPIO CYBLE dostępne są na złączu J2 (niewlutowanym). Na płytce jest zamontowany także mostek USB/Serial dla wgrywania oprogramowania modułu CYBLE w trybie bootloadera. „Pełne” programowanie i debugowanie modułu jest możliwe także z pominięciem mostka USB/Serial, poprzez złącze SWD programatorem MiniProg3. Płytka jest więc kompletna z punktu widzenia realizacji bezprzewodowego punktu pomiarowego.

Druga płytką jest mostek USB/BLE, zbudowany w oparciu o procesor CYBL10162 (Proc-BLE Device), antenę wykonaną na obwodzie drukowanym. Jako programator zastosowano KitProg na PSoC 5LP, znany z wcześniejszych zestawów uruchomieniowych. Płytka zawiera trzy LED, przycisk reset BLE i przycisk użytkownika. Podobnie jak poprzednio, programowanie jest możliwe przez mostek USB/UART lub złącze SWD programatorem zewnętrznym.

Do zestawu dołączono pełną dokumentację (do pobrania ze strony producenta), przykłady oraz podstawowe oprogramowanie narzędziowe (PMIC/Teraterm) dostępne po zainstalowaniu oprogramowania SOLARPOWEREDKITSetupOnlyPackage.exe.

Nie pozostaje więc nic innego, jak przetestowanie działania zestawu. W pierwszej kolejności po przyłączeniu mostka USB/BLE są instalowane sterowniki, między innymi driver portu COM, którego numer będzie przydatny później. Następnie instalujemy drivery płytki harvestera przełączając zworę w tryb zasilania USB i łącząc ją z komputerem PC za pomocą dostępnego w zestawie kabla mini USB. Po instalacji płytkę odłączamy i przywracamy położenie J4 do pozycji EH. Do płytki harvestera przyłączamy ogniwo solarne (piny SOLAR+, GND) i zapewniamy odpowiednie oświetlenie. Po zgromadzeniu odpowiedniej energii moduły nawiążą komunikację, co jest sygnalizowane cyklicznym zaświecaniem się niebieskiej LED w mostku USB/BLE. Jeżeli tak się nie stanie, to konieczne jest doświetlenie ogniwa lub sprawdzenie poprawności połączeń.

Po pomyślnej instalacji należy przejść do katalogu gdzie zainstalowane zostało oprogramowanie zestawu. W podkatalogu PMIC Software uruchamiamy program PMIC.exe. Jest to monitor aktywności umożliwiający wizualizację danych odebranych z modułu harvestera (rysunek 3). Po wybraniu opcji ViewModeDistance Mode oprogramowanie na podstawie danych z modułu określa siłę sygnału RSSI i przybliżone położenie modułu. Aby wykorzystać funkcję WSN+BLE Beacon (sensor bezprzewodowy), należy aktywować wbudowany czujnik SI7020. W tym celu ponownie łączymy moduł harvestera z PC i uruchamiamy terminal Teraterm znajdujący się w katalogi PMIC Software. Wybieramy nowe połączenie szeregowe FileNew Connection, w ustawieniach terminala SetupTerminal załączamy echo i opcje Receive=Auto, Transmit CR+LF, a w ustawieniach portu SetupSerial Port opcje 115200,8N1 (rysunki 4…6).

Aby wprowadzić moduł w tryb WSN, należy nacisnąć przycisk XRES, zatrzymana zostanie transmisja BLE, moduł wejdzie w tryb konfiguracji – potwierdzenie ujrzymy w okienku terminala. Po zakończeniu aktywacji Bootloadera, w terminalu aktywujemy sensory, wpisując „sensor on”, co zostaje potwierdzone i możemy zakończyć tryb konfiguracji poleceniem „exit” (rysunek 7). Następnie, odłączyć kabel USB, przywrócić położenie zwory J4=EH. W celu monitorowania pracy beacona, uruchamiamy ponownie PMIC.exe, wybierając monitorowanie temperatury lub wilgotności (ViewModeHumidity {Temperature} mode). Oprogramowanie będzie gromadziło dane i przedstawiało je w formie graficznej, jak pokazano na rysunku 8. Po sprawdzeniu działania zestawu możemy przejść do tworzenia własnych aplikacji np. przez modyfikację plików przykładowych.

Zestaw startowy spełnia więc swoją funkcję i jest dobrym wprowadzeniem do IoT zarówno od strony sprzętowej jak i programowej. Szczególnie cieszy fakt dostarczania zestawu w pełniej niezbędnej konfiguracji, pomimo wyższej ceny, zwalnia to z poszukiwania odpowiedniego ogniwa słonecznego, mostka BLE itp. Wszystkie kody źródłowe wraz z opisami protokołów i dokumentacją kitu znajdują się w katalogu instalacyjnym, co umożliwia uruchomienie w przysłowiowe 10 minut i szybkie przejście do własnych aplikacji, tym bardziej, że zapowiadane są przez Cypressa bardziej komercyjne rozwiązania, tj. beacony z superkondensatorem w estetycznej obudowie, korzystające z podobnych rozwiązań, jak na płytce harvestera.

Adam Tatuś, EP