Progettazione di un sistema di sicurezza Sub-1 GHz dal sensore al cloud

I sistemi di sicurezza degli edifici sono disponibili in molte topologie di sistema, che vanno da un semplice sistema di allarme a una complicata rete di sensori, ciascuno dei quali risponde ad un pannello di sicurezza principale che funge da hub. Questi sistemi sono cablati o wireless, in base alla loro implementazione e, se wireless, sfruttano numerosi tipi diversi di connettività per raggiungere lo scopo della loro specifica applicazione. Alcune applicazioni (come le telecamere di sicurezza) utilizzano il Wi-Fi per una connessione nativa al cloud, mentre alcune applicazioni intelligenti (come le serrature delle porte) utilizzano Bluetooth Low Energy per connettersi a telefoni e tablet. I sistemi di sicurezza basati su reti di sensori, come i rilevatori di fumo, i rilevatori di movimento, i sensori di porte/finestre e i rilevatori di rottura vetri, possono trarre vantaggio dall’utilizzo di reti Sub-1 GHz.

La tecnologia Sub-1 GHz offre numerosi vantaggi per la progettazione di un sistema di sicurezza degli edifici, tra cui la possibilità di ottenere una maggior portata e una migliore penetrazione delle pareti rispetto alla tecnologia a 2,4 GHz. Ciò consente la copertura dell’intero edificio senza la necessità di ripetitori e senza dover ricorrere a una complessa topologia di rete mesh. La tecnologia Sub-1 GHz, inoltre, presenta una potenza molto bassa, consentendo di ottenere un’autonomia dei sensori remoti fino a 10 anni con una singola batteria a bottone. Questo vantaggio offre flessibilità di progettazione del sistema, eliminando la necessità di posare i cavi all’interno di soffitti e pareti.

Un aspetto fondamentale nella progettazione di sistemi di sicurezza degli edifici è che la comunicazione deve essere affidabile. I sistemi Sub-1 GHz offrono un’elevata affidabilità sfruttando la banda di frequenza Sub-1 GHz, che è meno affollata rispetto ad altre bande attualmente utilizzate.

Mentre appare chiaro come la tecnologia Sub-1 GHz presenti numerosi vantaggi chiave per la progettazione di sicurezza, spesso i sistemi di sicurezza e i sensori devono disporre di una connessione al cloud o di un’interfaccia per dispositivo smart che richiedono il Wi-Fi e il Bluetooth Low Energy. Tuttavia, risulta molto complicato progettare un sistema che invii e riceva i dati dei sensori su una rete a stella Sub-1 GHz, che si connetta al cloud e fornisca un’interfaccia per dispositivo smart. Grazie alle funzionalità dual-band e alle caratteristiche radio flessibili del microcontroller wireless CC1350 (MCU) ed alla soluzione Sub-1 GHz da sensore a cloud, è possibile sviluppare facilmente prodotti che si collegano senza problemi sia a dispositivi smart sia al cloud, sfruttando al tempo stesso i vantaggi della tecnologia Sub-1 GHz.

La soluzione Sub-1 GHz da sensore a cloud fornisce connettività al cloud per l’invio e la ricezione di dati di sensori su una rete a stella Sub-1 GHz a grande portata. Il design si basa sulla MCU wireless SimpleLink CC1310 Sub-1 GHz e sulla MCU wireless SimpleLink CC1350 dual-band che rendono possibile la combinazione fra Sub-1 GHz e Bluetooth Low Energy. Il progetto di riferimento integra già il TI 15.4-Stack (parte del kit di sviluppo software SimpleLink CC13x0), una soluzione di rete a stella completa. Inoltre, i dispositivi e gli strumenti fanno parte della piattaforma MCU SimpleLink di TI, che offre un’esperienza software unificata tra le varie MCU cablate e wireless a bassa potenza di TI. La Figura 1 è uno schema di sistema di alto livello del progetto di riferimento.

Figura 1: schema di sistema da sensore a cloud Sub-1 GHz

Il progetto di riferimento da sensore a cloud Sub-1 GHz è scalabile per diverse applicazioni. Ad esempio, è possibile immaginare la progettazione di un sistema di sicurezza dell’edificio che includa rilevatori di fumo, rilevatori di movimento, sensori per porte e finestre e rilevatori di rottura vetri a copertura di un intero edificio, nel quale ogni dispositivo comunica con un pannello di sicurezza centralizzato. La progettazione del sistema richiede che i consumatori visualizzino i dati dei sensori sul Web o su un dispositivo intelligente. La soluzione può aiutare a raggiungere l’obiettivo di questo caso d’uso, favorendo al contempo un rapido time to market e risultando abbastanza flessibile da consentire varie architetture di soluzioni.

Figura 2: esempio di sistema di sicurezza domestica

Come mostrato in Figura 2, i sensori periferici (rilevatore di fumo, rilevatore di movimento, sensori di porte/finestre e rilevatori di rottura vetri) comunicano tutti con il pannello di sicurezza centrale su una rete a stella Sub-1 GHz. Il sistema di sicurezza sfrutta la grande portata e la penetrazione nelle pareti della tecnologia Sub-1 GHz per coprire l’intero edificio. Inoltre, è possibile posizionare sensori privi di accesso all’alimentazione da rete elettrica in CA, come i sensori di porte e finestre, in remoto, grazie alla loro autonomia fino a 10 anni con una singola batteria a bottone. Utilizzando la MCU dual-band CC13150, il rilevatore di fumo può connettersi tramite Bluetooth Low Energy a un telefono o tablet e inviare agli utenti avvisi sul loro dispositivo intelligente.

Questi avvisi possono segnalare l’autonomia residua della batteria o qualsiasi pericolo rilevato, mentre i rilevatori di fumo comunicano con il pannello di sicurezza principale sulla rete Sub-1 GHz. Il pannello di sicurezza può raccogliere i dati da tutti i sensori e, usando il Wi-Fi, connettersi al cloud per inviare rapporti all’azienda incaricata della sicurezza o per abilitare la visualizzazione dei dati sul Web. Inoltre, gli utenti possono aggiornare il firmware del sistema collegandosi al pannello con Bluetooth Low Energy o ricevendo gli aggiornamenti dal cloud. Il pannello può quindi inviare tali aggiornamenti alle periferiche e aggiornare il firmware di ciascun nodo sulla rete Sub-1 GHz.

Questo esempio di sistema di sicurezza dell’edificio non è che uno dei tanti casi d’uso resi possibili dalla soluzione da sensore a cloud di TI. L’architettura gateway è flessibile e consente di realizzare interfacce con più provider cloud. Il progetto di riferimento include anche due opzioni per il gateway: una basata sulla tecnologia Wi-Fi SimpleLink che gira su TI-RTOS e una basata su un ambiente Linux. Per concludere, il progetto si basa su hardware e software collaudati provenienti dalla piattaforma MCU SimpleLink, che abbrevia i tempi di sviluppo e consente un rapido time to market. Approfittate subito di questa soluzione e date inizio al vostro progetto.

Risorse supplementari:
Il progetto di riferimento è disponibile a questo link:  Progetto di riferimento per gateway da sensore SimpleLink™ Sub-1 GHz a cloud per sistemi TI-RTOS.

Per saperne di più: Apparecchiature terminali Sub-1 GHz – MCU wireless SimpleLink Sub-1 GHz. – Piattaforma MCU SimpleLink.