BlueNodes

BlueNodes è un caso studio di ingegneria Riegel Systems nell’ambito dei sistemi embedded e connessi. Il caso copre l’intera catena, dall’elettronica e dal firmware embedded attraverso una rete Bluetooth Low Energy distribuita fino all’applicazione mobile – e quindi il lato sinistro dello stack di ingegneria Riegel Systems:

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

Electronics

Per BlueNodes è stato sviluppato un PCB a 4 strati proprietario (37,5 × 27 mm) con montaggio SMD su entrambi i lati e componenti fino a 0402. La scheda comprende:

• Alimentazione di rete
• Misurazione della corrente
• Stadio di potenza MOSFET
• Frontend RF
• Antenna e adattamento di impedenza
• Interfaccia di debug e programmazione

Le figure sopra mostrano il layout del PCB (lato superiore e inferiore) e la scheda assemblata del progetto.

Embedded

Come SoC viene impiegato un Nordic nRF52832 – ARM Cortex-M4, 32 bit, 64 MHz, con transceiver integrato a 2,4 GHz per Bluetooth Low Energy (BLE 5).

Il firmware comprende, tra l’altro:

• BLE Protocol Stack
• Rete di rebroadcasting distribuita (mesh)
• Integrazione automatica di nuovi nodi
• Indirizzamento univoco dei nodi
• Separazione di rete configurabile
• Acquisizione dei sensori ed elaborazione A/D
• Controllo di accensione e dimmerazione
• Aggiornamento firmware OTA

Networking

I nodi formano una rete Bluetooth Low Energy distribuita. L’app mobile si connette al nodo più vicino; da lì i messaggi vengono inoltrati tramite la procedura di rebroadcasting agli altri nodi della rete.

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

Il firmware si basa su Nordic nRF OpenMesh e utilizza l’algoritmo Trickle IETF RFC 6206 per la distribuzione efficiente dei messaggi. Si tratta di un approccio di rebroadcasting proprietario – espressamente non dello standard Bluetooth Mesh standardizzato in seguito.

Power & Sensor Engineering

Come esempi della profondità hardware del progetto:

• Misurazione della corrente: Infineon TLI4970-D025T5 (sensore di corrente magnetico coreless) per la misurazione di corrente AC/DC con rilevamento rapido di sovracorrente
• Commutazione del carico: transistor di potenza Infineon CoolMOS 600 V con pilotaggio trailing-edge phase-cut
• Alimentazione: architettura con convertitore buck non isolato galvanicamente con alimentazione a 1,8 V e 5 V

Questi componenti dimostrano la competenza ingegneristica a livello hardware. Non si tratta espressamente di una guida alla realizzazione o alla gestione della tensione di rete.

Mobile Application

L’applicazione Android associata è stata sviluppata in Java e gestisce i dispositivi della rete:

• Connessione automatica al BlueNode più vicino
• Raggiungibilità di ulteriori nodi tramite la rete
• Gestione di nodi e carichi
• Strutturazione dell’installazione per edificio, piano e stanza
• Memorizzazione locale dei dati strutturali in SQLite
• Visualizzazione delle statistiche di consumo energetico
• Integrazione di nuovi nodi

OTA

Gli aggiornamenti del firmware possono essere trasmessi direttamente dal dispositivo Android ai nodi tramite OTA-DFU. L’ingegneria dei dispositivi connessi non termina quindi con il primo flash del firmware: il ciclo di vita e la manutenibilità dei dispositivi fanno parte del design fin dall’inizio.

Messaggio chiave

BlueNodes unisce hardware e software in un prodotto digitale completo. Il caso mostra che Riegel Systems non inizia solo dal cloud o dall’app, ma è in grado di fornire dal PCB proprietario, attraverso firmware embedded e rete BLE, fino all’applicazione mobile.

Illustrazioni: progetto BlueNodes (codezork/BlueNodes, Apache-2.0).