Elektronika noszona - coraz atrakcyjniejsza dla przemysłu elektronicznego

| Prezentacje firmowe

Elektronika noszona (wearables) to stosunkowo nowy, ale szybko rosnący obszar przemysłu elektronicznego, który wyróżnia się tym, że wartość produktów jest mierzona przede wszystkim innowacyjnością i możliwościami komunikacyjnymi, a nie wartością komponentów i konstrukcji układowej samej w sobie.

Elektronika noszona - coraz atrakcyjniejsza dla przemysłu elektronicznego

Rys. 1. Produkty Bluetooth do aplikacji wearable i IoT

Podobnie jest w zakresie aplikacji IoT, w których węzły nie mają zbyt wielu możliwości i w ogromnej większości są to bardzo proste konstrukcje o silnie ograniczonej funkcjonalności, ale wartość dodana powstaje z informacji, jakie można wydobyć z dużych zbiorów danych zebranych za pomocą takich węzłów (data mining).

Informacje takie zaprezentowane w aplikacjach, i pokazywane na urządzeniach mobilnych tworzą nową jakość w technice i nieznane dotąd podejście do wielu zagadnień, np. planowania obsługi technicznej maszyn i urządzeń (predictive maintenance). Można zatem zapytać, czy zmiany te mają jakiś wpływ na pracę inżynierów projektantów urządzeń w takich obszarach?

Oczywiście projektanci zmagają się z wieloma ograniczeniami takimi jak pobór mocy, ciężar urządzenia i rozmiar, ale w przypadku omawianego obszaru te czynniki nierzadko ustępują jeszcze ważniejszemu znaczeniu kryterium, jakim jest czas wejścia produktów na rynek. Jak szybko inżynier jest w stanie przygotować użyteczny produkt on momentu sprecyzowania koncepcji? Nierzadko staje się on zalążkiem większego systemu i jest niezbędny do dalszych prac projektowych dla innych zespołów.

W rozwiązaniu tego problemu pomagają producenci półprzewodników, poprzez przesunięcie ciężaru prac projektowych na wyższy poziom, bardziej systemowy i związany z komponentami niż elementarnymi podzespołami oraz tworzenie środowisk projektowych, z których można czerpać gotowe rozwiązania.

Komunikacja jest najważniejsza

Rys. 2. Płytka ewaluacyjna dla modułu BM70

Większość elektroniki przenośnej zawiera jakiś czujnik, który dostarcza istotnej z punktu widzenia użytkownika informacji: licznik kroków, detektor tętna lub pozycji. Jest on obsługiwany przez mikrokontroler, który zajmuje się akwizycją i przechowywaniem danych i nadzorem nad połączeniem USB lub częściej nad bezprzewodową komunikacją ze smartfonem lub routerem.

Część bezprzewodowa jest dość złożona funkcjonalnie, stąd w tym obszarze najlepiej jest wykorzystać jakieś gotowe rozwiązanie, takie jak moduł Bluetooth LE. W przypadku gdyby potrzebny był większy zasięg można skorzystać z LoRa - standardu komunikacji zoptymalizowanego pod kątem pracy z niską przepustowością.

Wykorzystanie Bluetooth jest szczególnie pożądane w aplikacjach, które mają komunikować się ze smartfonami, bo w zasadzie każdy nowoczesny terminal tego typu ma taki interfejs wbudowany. Na rynku jest wiele gotowych i uniwersalnych modułów BLE, dzięki czemu działające urządzenie można uzyskać szybko i niewielkim kosztem, jeśli uwzględni się koszt pracy inżynierskiej.

Przykładowym projektem takiego modułu przygotowanego pod kątem pracy w aplikacjach elektroniki noszonej są moduły BM70 firmy Microchip. Zawierają one certyfikowane oprogramowanie firmware Bluetooth v4.2 i komunikują się z otoczeniem przez UART, dzięki czemu podłączenie do większości mikrokontrolerów jest banalnie proste.

Moduły mają status Bluetooth Qualified Device ID (QDID), dzięki czemu nie ma problemu z ich rozpoznaniem i kompatybilnością. Ich stos obsługuje warstwy GAP i GATT oraz wszystkie standardowe profile definiowane przez Bluetooth SIG. Jest też możliwość definicji własnych profili dopasowanych do wymagań aplikacji. Uwalnia to od konieczności spełnienia wymagań prawnych i gwarantuje pełną interoperacyjność.

Moduły BM70 charakteryzują się niewielkimi wymiarami (15×12 mm) i bardzo małym poborem mocy. W ofercie jest też wersja BM71 o wymiarach 11,5×9 mm oraz wersje bez ekranu i wbudowanej anteny które zajmują na płytce drukowanej tylko 4×4 mm. Moduł pracuje w zakresie napięć 1,9-3,6 V i ma wbudowane 3 wyjścia PWM, czujnik temperatury, detektor wyładowanej baterii i 8-kanałowy przetwornik 12-bitowy ADC pozwalający na bezpośrednie podłączenie czujnika. Pobór pradu wynosi 13 mA (TX i RX) dla zasilania 3 V.

Chris Maccallum
Microchip
Farnell element14

www.farnell.com/pl