Internet delle Cose per applicazioni intelligenti e controllabili

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RS Components supporta i progettisti che lavorano alle applicazioni IoT con piattaforme di sviluppo che offrono opzioni per espandere la connettività

Automazione, Industria 4.0

Internet delle Cose per applicazioni intelligenti e controllabili
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Internet delle Cose per applicazioni intelligenti e controllabili

A cura di: Glenn Jarrett, Global Head of Product Marketing, RS Components

L'Internet of Things (IoT), o "Internet delle Cose", è il nuovo paradigma secondo il quale le macchine, i dispositivi mobili intelligenti e gli apparecchi domestici diventeranno sempre più connessi gli uni agli altri. A sostegno di questa previsione, ci sono diverse ricerche di mercato che hanno addirittura predetto che, entro la fine di questo decennio, risulteranno connesse in Internet decine di miliardi di dispositivi, ciascuno dotato di un proprio indirizzo IP. Sotto molti punti di vista, l'Internet of Things non rappresenta nulla di davvero nuovo: costituisce, piuttosto, una semplice estensione della connessione attualmente in aumento fra i dispositivi, fenomeno già in essere negli ambienti di lavoro e nelle abitazioni, dove gli smartphone si stanno sempre più trasformando in 'controllori personali' in grado di azionare molti degli apparecchi che ci circondano.

Applicazioni
A formare questa rete IP sempre più intelligente concorrono migliaia di miliardi di sensori, miliardi di microcontrollori e milioni di porte di collegamento fino ad arrivare ai server della nuvola informatica (cloud computing) ed ai sistemi intelligenti che gestiscono le grandi quantità di dati ('big data'). L'Internet of Things rende possibili innumerevoli applicazioni intelligenti e controllabili nell'automazione degli edifici e delle abitazioni - ad esempio: sistemi di illuminazione intelligenti o reti intelligenti per la distribuzione di energia elettrica ed acqua - o nei sistemi industriali, nel mercato automobilistico o nel settore dei trasporti. Un semplice esempio è rappresentato dall'illuminazione domestica, ambito nel quale sarebbe proibitivo, in termini di costo, collegare con cavi ogni singola lampada in ciascuna stanza della casa; invece l'impiego di sensori ed attuatori a consumo ridotto, di microcontrollori wireless e l'utilizzo di sistemi di comunicazioni anch'essi senza fili e a bassa potenza consentono schemi di illuminazione intelligenti, controllabili e personalizzabili.

Connettività senza fili
La connettività wireless a bassa potenza è l'elemento chiave per Internet delle Cose: ad esempio, il protocollo per le reti a topologia magliata ZigBee funzionanti sulla banda dei 2,4 GHz, che è stato largamente adottato per lo scambio dati e informazioni tra macchine (M2M: machine-to-machine), permette ai nodi di essere facilmente aggiunti ad una rete o connessi ad un dispositivo gateway per collegamenti a bassa velocità di trasmissione dati (250 kbit/s). La più recente versione di tale protocollo, lo ZigBee IP, ha previsto la migrazione verso lo standard IPv6 e consente di accedere ai nodi sensori direttamente da Internet. Oltre a ciò, la versione Green Power di ZigBee pemette di alimentare i vari dispositivi attraverso il processo di raccolta dell'energia latente (energy harvesting). Un altro standard che sta sempre più affermandosi è il protocollo Weightless. Si tratta di una soluzione che utilizza le frequenze non utilizzate all'interno dello spettro dedicato alla diffusione del segnale televisivo e che è stata specificamente sviluppata per supportare le applicazioni M2M. Esistono anche nuove versioni di Wi-Fi e Bluetooth a basso consumo energetico (BLE: Bluetooth Low Energy); questi standard si trovano in differenti stadi di sviluppo, sebbene il BLE abbia già registrato il consenso dei consumatori e stia presumibilmente per diventare un'importante tecnologia per garantire una durata maggiore alle batterie destinate, ad esempio, ai dispositivi da indossare.

Microcontrollori a basso consumo
Cruciali per Internet delle Cose sono i microcontrollori a basso consumo, come le unità basate sulla famiglia di microprocessori ARM Cortex e fornite dai principali produttori presenti sul mercato: Freescale, NXP, ST, TI e molti altri. Gli ultimissimi microcontrollori Gecko di Silicon Labs, ad esempio, usano modalità di funzionamento appositamente sviluppate per lavorare a basso consumo, in base alle quali i controllori attendono un segnale dai sensori prima di accendersi, inviare dati e poi spegnersi nuovamente. Questi dispositivi sono in fase di ottimizzazione per essere utilizzati nelle reti di sensori o nelle reti elettriche intelligenti, con batterie a partire da 3,6 V e durata di 10-20 anni. Il consumo di potenza risulta così basso che il microcontrollore può essere alimentato da celle solari o, addirittura, a radiofrequenza, oppure attraverso l'energia termica assorbita dall'ambiente circostante, eliminando così la necessità di batterie.

Come favorire lo sviluppo di Internet delle Cose
Un ulteriore aiuto ai progettisti che stanno lavorando alle applicazioni IoT è rappresentato dalle piattaforme di sviluppo, tra cui: mbed, Arduino e Rasperry Pi, che ora offrono alcune opzioni per espandere la connettività, come il Wi-Fi ed il BlueTooth. Oltre a ciò, il prodotto CELLv1.0 di SparqEE, che può anche collegarsi ad Arduino e Rasperry Pi montato su di una scheda di espansione (plug-in daughtercard o 'shield') da inserire nella piattaforma usata, è, a sua volta, una piccolissima scheda di sviluppo in grado di fornire connettività senza fili in tutto il mondo attraverso la tecnologia cellulare 2G/3G. Tutte le suddette piattaforme di sviluppo sono disponibili tramite RS Components e l'azienda si sta impegnando attivamente sostenendo l'innovazione nell'ambito dell'Internet of Things attraverso il recente lancio del proprio "Centro di progettazione IoT" (IoT Design Centre) che nasce all'interno di DesignSpark, la community online per i progettisti lanciata da RS. Il "Centro di progettazione IoT" non solo fornisce strumenti di progettazione software, ma anche una serie di risorse che aiutano concretamente a realizzare, in maniera semplice e veloce, prototipi e applicazioni di vario tipo. Questa sezione comprende anche alcuni blog ed articoli scritti da aziende partner di RS, dai membri della community DesignSpark e dai principali esperti appartenenti al mondo dell'industria.

Gli articoli presentati forniscono un'analisi dettagliata di Internet delle Cose, con uno sguardo su come tutto è iniziato, dove si sta andando e perché ce n'è bisogno, ma, soprattutto, dedicano spazio ad esaminare come le 'cose' o gli oggetti si interconnettono in termini di hardware, applicazioni, infrastrutture di rete e sicurezza dei dati. Recentemente RS ha mostrato come le principali piattaforme di lavoro - Arduino, Raspberry Pi e SparqEE inclusi - possano rappresentare la base ideale per lo sviluppo di applicazioni IoT. Ad esempio, nell'ultima edizione di Electronica, RS ha presentato il proprio archivio di progetti open source, sempre più ricco, con un'attenzione particolare ai progetti legati all'Internet delle Cose, raccolti tramite il portale DesignShare.

Pubblicato il 27 Aprile 2015 - (115 views)
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