BlueNodes

BlueNodes es un caso de ingeniería de Riegel Systems en el ámbito de Embedded & Connected Systems. El caso demuestra la cadena completa, desde electrónica y firmware embebido, pasando por una red distribuida de Bluetooth Low Energy, hasta la aplicación móvil – y con ello el lado izquierdo del stack de ingeniería de Riegel Systems:

From PCB and embedded firmware to wireless networking and mobile software.

Electronics

Para BlueNodes se desarrolló un PCB de 4 capas propio (37,5 × 27 mm) con montaje SMD por ambas caras y componentes de hasta 0402. La placa incluye:

• Alimentación de red
• Medición de corriente
• Etapa de potencia MOSFET
• Frontend de RF
• Antena y adaptación de impedancia
• Interfaz de depuración y programación

Las imágenes anteriores muestran el layout del PCB (cara superior e inferior) y la placa montada del proyecto.

Embedded

Como SoC se emplea un Nordic nRF52832 – ARM Cortex-M4, 32 bits, 64 MHz, con transceptor integrado de 2,4 GHz para Bluetooth Low Energy (BLE 5).

El firmware incluye, entre otras cosas:

• BLE Protocol Stack
• Red distribuida de retransmisión (malla)
• Integración automática de nuevos nodos
• Direccionamiento único de nodos
• Separación de red configurable
• Adquisición de sensores y procesamiento A/D
• Control de encendido y regulación
• Actualización de firmware OTA

Networking

Los nodos forman una red distribuida de Bluetooth Low Energy. La app móvil se conecta con el nodo más cercano; desde allí, los mensajes se reenvían mediante el procedimiento de retransmisión a los demás nodos de la red.

Mobile App
    │   BLE
    ▼
Nearest Node
    │
    ├── Node
    │    └── Node
    │
    └── Node
         └── Node

El firmware se basa en Nordic nRF OpenMesh y utiliza el algoritmo IETF-RFC-6206-Trickle para la distribución eficiente de mensajes. Se trata de un enfoque de retransmisión propio – expresamente no del estándar Bluetooth Mesh estandarizado posteriormente.

Power & Sensor Engineering

Como ejemplos de la profundidad de hardware del proyecto:

• Medición de corriente: Infineon TLI4970-D025T5 (sensor de corriente magnético sin núcleo) para medición de corriente AC/DC con detección rápida de sobrecorriente
• Conmutación de carga: transistores de potencia Infineon CoolMOS de 600 V con control por recorte de fase de flanco descendente
• Alimentación: arquitectura de convertidor buck sin aislamiento galvánico con alimentación de 1,8 V y 5 V

Estos componentes demuestran competencia de ingeniería a nivel de hardware. Expresamente no se trata de una guía para el montaje o el manejo de tensión de red.

Mobile Application

La aplicación Android correspondiente se desarrolló en Java y se encarga de la gestión de dispositivos de la red:

• Conexión automática con el BlueNode más cercano
• Alcance de otros nodos a través de la red
• Gestión de nodos y consumidores
• Estructuración de la instalación por edificio, planta y habitación
• Almacenamiento local de los datos de estructura en SQLite
• Visualización de estadísticas de consumo energético
• Integración de nuevos nodos

OTA

Las actualizaciones de firmware pueden transferirse mediante OTA-DFU directamente desde el dispositivo Android a los nodos. La ingeniería de dispositivos conectados no termina, por tanto, en el primer flasheo del firmware: el ciclo de vida del dispositivo y la mantenibilidad forman parte del diseño desde el principio.

Mensaje central

BlueNodes une hardware y software en un producto digital completo. El caso demuestra que Riegel Systems no empieza solo en la nube o en la app, sino que puede entregar desde el PCB propio, pasando por el firmware embebido y la red BLE, hasta la aplicación móvil.

Imágenes: proyecto BlueNodes (codezork/BlueNodes, Apache-2.0).