Les kits de développement IoT constituent une solution viable et pratique pour créer des prototypes servant de base à votre conception. Cependant, la grande variété de kits disponibles exige une attention particulière aux besoins de l'application, aux fonctionnalités et aux capacités du kit.
Cet article aborde les facteurs à prendre en compte lors du choix d'un kit de développement IoT pour un nouveau projet.

L'ère de la connectivité en ligne.
Nul doute que nous vivons à l'ère de la connectivité en ligne. Les objets connectés sont omniprésents : nous les portons, ils nous aident à contrôler précisément notre consommation d'électricité ou nous avertissent de l'arrivée d'un visiteur. Dans les processus de fabrication industrielle, l'Internet industriel des objets (IIoT) révolutionne le fonctionnement des usines et contribue à améliorer l'efficacité globale des équipements. En seulement une décennie, notre façon d'interagir avec le monde et de le contrôler a radicalement changé. Nous ne pourrions plus imaginer la vie sans nos téléphones portables et nous sommes désormais habitués à obtenir instantanément des informations sur tous les aspects de notre vie personnelle et professionnelle.
Les voitures connaissent elles aussi des transformations profondes. Par exemple, nous recevons désormais des alertes et des informations routières en temps réel qui nous préviennent des éventuels embouteillages. Dans le domaine de la santé, les dispositifs de surveillance nous permettent de rester chez nous en toute sérénité, sachant que des professionnels suivent notre état de santé et seront disponibles en cas de besoin.
L'industrie a rapidement adopté l'Internet des objets, grâce à des initiatives publiques – telles que l'Industrie 4.0 – qui ont impulsé la nécessité de simplifier les opérations, d'accroître l'automatisation et d'améliorer l'efficacité des processus. Actuellement, de nombreux capteurs surveillent l'état de chaque étape, génèrent des rapports et transmettent des données au système d'analyse et de contrôle de l'automatisation.
Les systèmes IoT/IIdC offrent de nombreux avantages, mais pour les ingénieurs en électronique, la plupart des défis sont liés au développement d'un dispositif IoT.

 Exigences relatives aux dispositifs IoT :
Les applications IoT se présentent sous toutes les formes et toutes les tailles, mais elles partagent toutes le même ensemble de fonctions de base, qu’il s’agisse de concevoir un capteur de pression pour un processus industriel ou de fabriquer un détecteur de présence pour un bureau.
Lors de la phase d’étude préliminaire d’un nouveau dispositif IoT, une fois les principales spécifications techniques établies, les facteurs suivants doivent être pris en compte, car ils détermineront la conception et l’architecture fonctionnelle.
Détection : Les capteurs détectent ce qui se passe dans le monde extérieur, de la température et la pression atmosphérique aux mouvements de personnes. Par exemple, une caméra peut envoyer des données à une application d’apprentissage automatique conçue pour détecter des objets afin de vérifier si une étiquette a été correctement apposée sur une bouteille. Plusieurs décisions techniques dépendent de ce qui est détecté et de la fréquence de détection. Le coût, la taille et la complexité des capteurs doivent également être pris en compte. Une thermistance utilisée pour mesurer la température nécessitera des composants supplémentaires pour l’environnement analogique et un logiciel pour traiter les données avant leur conversion au format numérique. Un autre facteur important est le nombre de capteurs requis et la fréquence à laquelle leurs données seront interrogées.
La connectivité est également cruciale : comment le dispositif IoT interagira-t-il avec le système de contrôle principal ? Un système de communication sans fil est-il adapté à tous les cas d'utilisation, ou une connexion filaire est-elle préférable ? Le type de capteur déterminera également le volume et la fréquence des transferts de données. La technologie de réseau maillé sans fil offre une liaison plus stable dans une installation de grande envergure, mais elle exige que tous les objets connectés fonctionnent sans fil. Concernant la communication sans fil, il faudra notamment choisir entre une solution intégrée et un module certifié.

Alimentation : Quel sera le profil de consommation électrique de l’objet connecté ? Certaines applications, fréquences de communication et protocoles sans fil imposent une consommation énergétique considérable, incompatible avec une batterie. Dans certaines installations, une alimentation secteur peut être disponible. Une tendance actuelle pour les capteurs IoT est d’utiliser des technologies de récupération d’énergie afin de se passer complètement de batterie : l’énergie est alors puisée à partir de sources ambiantes (énergie solaire, vibrations, chaleur, etc.) et utilisée pour charger un supercondensateur.
Interface utilisateur : L’objet connecté nécessitera-t-il une interaction de l’utilisateur ? Que se passera-t-il lors de l’installation et de la connexion au système principal s’il est hors service ? Un écran ou un voyant d’état est-il nécessaire ?
Applications de contrôle et d’analyse dans le cloud : Dans l’IoT, les objets se connectent systématiquement à un système de contrôle central. Le mode de connexion et les protocoles déterminent les exigences logicielles du capteur et son interaction avec le système. Une liaison de données permanente est-elle nécessaire pour la transmission des données, ou peuvent-elles être envoyées par lots à intervalles réguliers ?

Conseils pour choisir un kit de développement IoT
: Les kits de développement offrent aux ingénieurs en systèmes embarqués une solution rapide et pratique pour prototyper leurs conceptions. Dans cette section, nous mettrons en lumière certains facteurs à prendre en compte lors du choix du kit le plus adapté. Les principaux fabricants de microcontrôleurs proposent une large gamme de kits de développement et d'évaluation IoT. Il est donc conseillé de bien se renseigner et de baser son choix sur les exigences de l'application, évoquées précédemment. Vous trouverez ci-dessous une liste des fonctionnalités à considérer lors de la sélection d'un kit de développement.

Alimentation :
• Comment la carte sera-t-elle alimentée ? Par une connexion USB depuis un ordinateur hôte ? Par une batterie ? Peut-elle être alimentée par l’alimentation prévue ? Dispose-t-elle d’un circuit intégré de gestion de l’alimentation (PMIC) accessible pour utiliser d’autres entrées d’alimentation ?
• Est-il possible d’ajouter une sonde de courant pour mesurer la consommation électrique en temps réel et générer des profils de consommation ? Si oui, tous les éléments nécessaires sont-ils intégrés à la carte, ainsi que les modules, capteurs, etc. supplémentaires ?

Capteurs :
• La carte possède-t-elle le type de capteurs que vous utiliserez dans votre application ?
• Est-il possible d’ajouter des capteurs supplémentaires, soit via une connexion périphérique, soit via un format d’extension standard tel que mikroBUS Click ?
• Quelles interfaces périphériques sont accessibles (I2C, UART, SPI, GPIO) ?
• La carte ou le microcontrôleur possède-t-il un convertisseur analogique-numérique (CAN) ? Des composants supplémentaires sont-ils nécessaires pour le conditionnement du signal ?

Connectivité :
• Quelles sont les options de connectivité offertes par la carte (Wi-Fi, LoRa, BLE, ISM, etc.) ?
• Si la connectivité n’est pas intégrée, est-il possible de l’ajouter facilement ? Le fabricant propose-t-il des recommandations ou une assistance pour les modules sans fil ? Existe-t-il une interface tierce (MikroBUS Click, etc.) ?
• La mise à jour du firmware de la carte est-elle possible sans fil ?

Ressources informatiques :
• La carte est-elle équipée du microcontrôleur que vous souhaitez utiliser ? L’avez-vous déjà utilisé ? Disposez-vous des outils de développement nécessaires ?
• Les ressources informatiques de la carte sont-elles suffisantes pour exécuter l’application IoT, les protocoles système principaux et toute autre pile de protocoles de connectivité ?
• Si le microcontrôleur possède un émetteur-récepteur sans fil intégré, son mode veille peut-il être géré indépendamment pour économiser de l’énergie ?
• Quelles sont les fonctionnalités de sécurité intégrées du microcontrôleur ? Sont-elles adaptées à votre application ?

Commandes utilisateur :
• La carte est-elle équipée de boutons, de curseurs tactiles ou d’autres dispositifs de contrôle ?
• Un écran est-il présent ? Est-il nécessaire dans l’application finale ?
• Les LED utilisateur sont-elles accessibles depuis le code ? Y a-t-il suffisamment de LED disponibles ? Pouvez-vous en ajouter rapidement sur un port GPIO inutilisé ?

Support logiciel :
• Quelle chaîne d’outils est recommandée pour cette carte ? Est-elle disponible ?
• Inclut-elle un package de support de carte (BSP) complet ?
• Quels micrologiciels, bibliothèques et pilotes supplémentaires sont requis ? Sont-ils gratuits ?
• Consultez le fabricant de la carte pour connaître les exigences de licence des micrologiciels et des intergiciels.
• La carte dispose-t-elle de tests préchargés pour démontrer ses fonctionnalités ? Permet-elle la communication avec des fournisseurs de services populaires tels que Microsoft Azure ou Amazon AWS ?
• Existe-t-il d’autres exemples de code ou de tests disponibles sur la carte ? Bénéficie-t-elle d’un écosystème de bibliothèques et de partenaires de développement ?

Exemples de cartes de développement IoT
Carte de développement Microchip WFI32-IoT
La carte Microchip WFI32 (numéro de pièce EV36W50A) est une carte de développement IoT autonome, tout-en-un et entièrement intégrée (image 1).

L'image 2 présente le schéma fonctionnel de la carte WFI32-IoT, et certains composants Microchip intégrés y sont visibles.
Image 2 : Schéma fonctionnel de la carte de développement Micro WFI32-IoT EV36W50A (source : Microchip).

EV36W50A (source : Microchip).
La carte WFI32-IoT intègre un module Wi-Fi 802.11 Microchip WFI32E01PC basé sur la famille de microcontrôleurs PIC. Parmi les capteurs intégrés figurent un circuit de température numérique I2C et un circuit de mesure de la luminosité ambiante. Les développeurs peuvent connecter des capteurs ou périphériques supplémentaires via une entrée mikroBUS. Le microcontrôleur sans fil est également doté d'une antenne intégrée. La carte peut être alimentée par un ordinateur hôte ou une batterie lithium-polymère. Un circuit intégré de gestion de l'alimentation (PMIC) est intégré pour le chargement de la batterie via USB depuis l'ordinateur hôte.

La carte est livrée avec une image de test préchargée qui lit les informations des capteurs intégrés et envoie les données vers le cloud Amazon AWS. Des exemples de code et un jeu d'instructions complet sont disponibles sur un dépôt GitHub.

Conception de référence pour le suivi d'actifs multiconnectivité : STEVAL ASTRA1B de STMicroelectronics
présente la conception de référence et le kit de développement.

Le STEVAL ASTRA1B est spécialement conçu pour le prototypage et l'évaluation d'applications de suivi d'actifs. Il intègre deux modules de connectivité sans fil : le STM32WB5MMG (un microcontrôleur sans fil BLE/ZigBee 2,4 GHz à courte portée et basse consommation) et le STM32WL55JC (un microcontrôleur sans fil longue portée sub-GHz pour les communications LPWAN, telles que LoRa).
Figure 3 : Kit de développement de suivi d'actifs STEVAL-ASTRA1B (source : ST).

La carte STEVAL ASTRA1B intègre un ensemble complet de capteurs capables de mesurer de nombreux paramètres environnementaux et de mouvement. Un module GNSS assure le positionnement en extérieur. Elle est également équipée d'un dispositif de sécurité STSAFE, d'une batterie de 480 mAh et d'un environnement de test préconfiguré avec un panneau de contrôle pour le suivi des actifs et une application mobile.
Le module Silicon Labs xG24-RB4188A est un module d'extension de diversité d'antennes pour le prototypage d'applications sans fil 2,4 GHz (Figure 4). Il se connecte à la carte de démarrage sans fil Silicon Labs BRD4001. Ce module comprend un système sur puce Silicon Labs EFR32 Wireless Gecko, un commutateur RF, un réseau adaptatif et deux connecteurs d'antenne SMA. La puissance de sortie RF de l'EFR32 est de +20 dBm.

Image4 : Le module de diversité d'antenne Silicon Labs xG24-RB4188A monté sur une carte mère Silicon Labs Wireless Kit Pro (source : Silicon Labs).

Kits de développement SEMTECH LR1120
Pour créer des prototypes d'applications LoRa LPWAN basées sur le microcontrôleur sans fil SEMTECH LR1120, SEMTECH propose une gamme de kits de développement LR1120, comme celui présenté sur la figure 5.
Figure 5 : Exemple de kit de développement SEMTECH LR1120 (source : SEMTECH)
Les kits sont disponibles en variantes régionales en fonction du spectre sub-GHz de la bande pour les applications industrielles, scientifiques et médicales (ICM).

Le kit LR1120 peut être utilisé dans de nombreuses applications multirégionales pour la prévention du vol, la gestion des stocks et le suivi des actifs.
Nous avons déjà évoqué la possibilité d'ajouter des capteurs ou des périphériques supplémentaires à une carte de développement. Comme expliqué précédemment, la carte Microchip est équipée d'un connecteur mikroBUS. Ce connecteur, développé par Mikroe, est rapidement devenu un standard industriel et de nombreux fabricants de semi-conducteurs l'ont intégré à leurs cartes d'évaluation et de développement. L'entrée mikroBUS offre une connectivité série SPI, UART et I2C, ainsi que des signaux d'alimentation, analogiques et PWM, le tout dans un connecteur compact. Mikroe a développé des centaines de Click qui exploitent ce format pratique.
On peut citer par exemple la carte Mikroe Ultra-Low Press Click, conçue pour les mesures pneumatiques basse pression, qui intègre un capteur de pression TE Connectivity SM8436 communiquant via l'interface I2C (Figure 6).

Image 6 : La plaque Mikroe Ultra-Low Press Click (source : Mikroe)

Les kits de développement IoT facilitent le développement.
Grâce aux cartes de développement, la création de prototypes pour les applications IoT est grandement simplifiée. Dans cet article, nous avons soulevé quelques questions que les ingénieurs en systèmes embarqués devraient se poser lors du choix d'une carte de développement adaptée. Toutefois, les facteurs évoqués ne sont pas les seuls à prendre en compte. L'application spécifique aura ses propres exigences et contraintes, qui doivent également être considérées.

Que va-t-il concevoir ?