BlueNodes

BlueNodes est une étude de cas d’ingénierie Riegel Systems dans le domaine de l’embarqué et des systèmes connectés. L’étude de cas couvre toute la chaîne, de l’électronique et du firmware embarqué à l’application mobile, en passant par un réseau Bluetooth Low Energy distribué – et donc le côté gauche de la stack d’ingénierie Riegel Systems :

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

Electronics

Pour BlueNodes, un PCB 4 couches a été développé (37,5 × 27 mm) avec assemblage CMS double face et des composants jusqu’à 0402. La carte comprend :

• Alimentation secteur
• Mesure de courant
• Étage de puissance MOSFET
• Front-end RF
• Antenne et adaptation d’impédance
• Interface de débogage et de programmation

Les illustrations ci-dessus montrent le layout du PCB (face supérieure et inférieure) ainsi que la carte assemblée issue du projet.

Embedded

Le SoC utilisé est un Nordic nRF52832 – ARM Cortex-M4, 32 bits, 64 MHz, avec émetteur-récepteur 2,4 GHz intégré pour Bluetooth Low Energy (BLE 5).

Le firmware comprend notamment :

• BLE Protocol Stack
• Réseau de rediffusion distribué (mesh)
• Intégration automatique des nouveaux nœuds
• Adressage unique des nœuds
• Séparation réseau configurable
• Acquisition des capteurs et traitement A/N
• Commande de commutation et de variation
• Mise à jour du firmware OTA

Networking

Les nœuds forment un réseau Bluetooth Low Energy distribué. L’application mobile se connecte au nœud le plus proche ; de là, les messages sont relayés vers les autres nœuds du réseau via le procédé de rediffusion.

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

Le firmware repose sur Nordic nRF OpenMesh et utilise l’algorithme Trickle (IETF RFC 6206) pour une distribution efficace des messages. Il s’agit d’une approche de rediffusion propre – et non du standard Bluetooth Mesh normalisé ultérieurement.

Power & Sensor Engineering

Comme exemples de la profondeur matérielle du projet :

• Mesure de courant : Infineon TLI4970-D025T5 (capteur de courant magnétique sans noyau) pour la mesure de courant AC/DC avec détection rapide de surintensité
• Commutation de charge : transistors de puissance Infineon CoolMOS 600 V avec pilotage par découpage de phase sur front descendant
• Alimentation : architecture de convertisseur buck non isolée galvaniquement avec alimentations 1,8 V et 5 V

Ces composants témoignent de compétences d’ingénierie au niveau matériel. Il ne s’agit ici explicitement pas d’un guide de construction ni de manipulation de la tension secteur.

Mobile Application

L’application Android associée a été développée en Java et assure la gestion des appareils du réseau :

• Connexion automatique au BlueNode le plus proche
• Accessibilité des autres nœuds via le réseau
• Gestion des nœuds et des consommateurs
• Structuration de l’installation par bâtiment, étage et pièce
• Stockage local des données de structure dans SQLite
• Affichage des statistiques de consommation d’énergie
• Intégration de nouveaux nœuds

OTA

Les mises à jour du firmware peuvent être transférées par OTA-DFU directement depuis l’appareil Android vers les nœuds. L’ingénierie des appareils connectés ne s’arrête donc pas au premier flashage du firmware : le cycle de vie des appareils et la maintenabilité font partie du design dès le départ.

Message clé

BlueNodes réunit matériel et logiciel dans un produit numérique complet. L’étude de cas montre que Riegel Systems ne commence pas seulement au niveau du cloud ou de l’application, mais peut livrer depuis son propre PCB, en passant par le firmware embarqué et le réseau BLE, jusqu’à l’application mobile.

Illustrations : projet BlueNodes (codezork/BlueNodes, Apache-2.0).