Os kits de desenvolvimento IoT são uma solução viável e prática para a criação de protótipos que servirão de base para o seu projeto. No entanto, existe uma grande variedade de kits disponíveis, pelo que é necessário considerar cuidadosamente os requisitos da aplicação, as características do kit e as capacidades envolvidas.
Neste artigo, iremos discutir alguns dos fatores a considerar na escolha de um kit de desenvolvimento IoT para um novo projeto.

A Era da Ligação Online.
Não há dúvidas: estamos na era da ligação online. Os dispositivos conectados estão por todo o lado: usamos neles, ajudam-nos a controlar com precisão o nosso consumo de energia elétrica ou notificam-nos quando alguém nos vem visitar. Nos processos de fabrico industrial, a Internet Industrial das Coisas (IIoT) está a revolucionar as operações fabris e a contribuir para o aumento da eficiência global dos equipamentos. Em apenas uma década, mudámos a forma como interagimos com o mundo e o controlamos. Não conseguíamos imaginar a vida sem os nossos telemóveis e agora habituámo-nos a obter informações instantâneas sobre todos os aspetos da vida e do trabalho.
Os carros também estão a sofrer mudanças radicais. Por exemplo, recebemos agora alertas e informações de trânsito atualizadas que nos avisam sobre possíveis congestionamentos. Na área da saúde, os equipamentos de monitorização permitem-nos ficar em casa com a tranquilidade de saber que profissionais estão a monitorizar aspetos da nossa saúde e estarão disponíveis caso seja necessária alguma intervenção.
A indústria adotou rapidamente a IoT, graças a iniciativas públicas — como a Indústria 4.0 — que impulsionaram a necessidade de simplificar as operações, aumentar a automatização e melhorar a eficiência dos processos. Atualmente, inúmeros sensores monitorizam o estado de todas as etapas, geram relatórios e enviam dados para o sistema de análise e controlo da automação.
Os sistemas IoT/IIdC oferecem muitas vantagens, mas, para os engenheiros eletrónicos, a maioria dos desafios está relacionada com o desenvolvimento de um dispositivo IoT.

 Requisitos dos dispositivos IoT:
As aplicações IoT variam em formato e tamanho, mas todas partilham o mesmo conjunto básico de funções, quer se trate de conceber um sensor de pressão para um processo industrial ou de fabricar um detetor de presença para um escritório.
Durante a fase de estudo preliminar de um novo dispositivo IoT, quando as principais especificações técnicas são estabelecidas, devem ser considerados os seguintes fatores, uma vez que irão determinar o design e a arquitetura funcional.
Detecção: Os sensores detectam o que se passa no mundo exterior, desde a temperatura e pressão atmosférica até ao movimento de pessoas. Por exemplo, uma câmara pode enviar dados para uma aplicação de aprendizagem automática concebida para detetar objetos, a fim de confirmar se um rótulo foi afixado corretamente numa garrafa. Diversas decisões técnicas dependem do que está a ser detetado e da frequência da deteção. O custo, o tamanho e a complexidade dos sensores também devem ser considerados. Um termistor utilizado para medir a temperatura exigirá componentes adicionais para o ambiente analógico e algum tipo de software para processar os dados antes da conversão para o formato digital. Outro fator importante é o número de sensores necessários e a frequência com que os seus dados serão consultados.
A conectividade também é crucial: como é que o dispositivo IoT irá interagir com o sistema de controlo principal? Está disponível um sistema de comunicação sem fios para todos os casos de utilização, ou é preferível um método com fios? O tipo de sensor também determinará a quantidade de dados que precisa de ser transferida e com que frequência. A tecnologia de malha sem fios pode oferecer uma ligação de comunicação mais estável numa instalação de grande dimensão, mas exige que todos os dispositivos IoT operem sem fios. Para a comunicação sem fios, uma das decisões a tomar é se se deve criar um projeto discreto ou optar por um módulo certificado.

Alimentação: Qual o perfil de consumo energético que o dispositivo IoT poderá apresentar? Algumas aplicações, frequências de comunicação e protocolos sem fios impõem uma carga de energia considerável que uma bateria não consegue suportar. Em algumas instalações, pode existir uma linha de energia disponível. Uma tendência atual nos sensores IoT é a utilização de tecnologias de recolha de energia para eliminar completamente a bateria: a energia é obtida a partir de fontes de energia ambiente — como a energia solar, vibrações e calor — e utilizada para carregar um supercondensador.
Interface do utilizador: O dispositivo IoT exigirá alguma interação do utilizador? O que acontecerá durante a instalação e ao ligar ao sistema principal se este não estiver operacional? É necessário um visor ou algum tipo de LED indicador de estado?
Aplicações de Controlo e Análise Baseadas na Nuvem: Na IoT, os dispositivos ligam-se sempre a um sistema de controlo central. O método de conectividade e os protocolos determinarão os requisitos de software do sensor e a forma como interage com o sistema. É necessário um link de dados constante para transmitir dados ou podem ser enviados em lotes a intervalos regulares?

Dicas para selecionar um kit de desenvolvimento IoT
: Os kits de desenvolvimento oferecem aos engenheiros de sistemas embebidos uma forma rápida e prática de criar um protótipo de um projeto. Nesta secção, destacaremos alguns fatores que os engenheiros devem considerar ao escolher o kit certo. Os principais fornecedores de microcontroladores oferecem uma vasta gama de kits de desenvolvimento e avaliação IoT, pelo que é melhor pesquisar minuciosamente e tomar a sua decisão com base nos requisitos da aplicação discutidos anteriormente. Abaixo encontrará uma lista de características a considerar ao selecionar um kit de desenvolvimento.

Alimentação:
• Como será alimentada a placa? Será feita uma ligação USB a partir de um computador host? Uma bateria? Pode ser alimentada pela fonte de alimentação pretendida? Possui um PMIC que pode ser acedido para utilizar outras entradas de energia?
• É possível adicionar um sensor de corrente para medir o consumo de energia em tempo real e gerar perfis de energia? Se sim, está tudo incluído na placa, juntamente com quaisquer módulos adicionais, sensores, etc.?

Sensores:
• A placa possui o tipo de sensores que irá utilizar na sua aplicação?
• É possível adicionar sensores adicionais, seja através de uma ligação periférica ou de um formato de expansão padrão, como o mikroBUS Click?
• Que interfaces periféricas estão acessíveis (I2C, UART, SPI, GPIO)?
• A placa ou o microcontrolador possui um conversor analógico-digital (ADC)? São necessários componentes adicionais para o condicionamento do sinal?

Conectividade:
• Que opções de conectividade oferece a placa (Wi-Fi, LoRa, BLE, ISM, etc.)?
• Se a conectividade não estiver integrada na placa, é possível adicioná-la facilmente? O fabricante oferece alguma recomendação ou suporte para módulos sem fios? Existe alguma interface de terceiros (MikroBUS Click, etc.)?
• O firmware da placa pode ser atualizado sem fios?

Recursos Informáticos:
• A placa possui o microcontrolador que pretende utilizar? Já o utilizou antes? Possui as ferramentas de desenvolvimento necessárias?
• Relativamente aos recursos de computação da placa, são adequados para executar a aplicação IoT, os protocolos principais do sistema e qualquer outra pilha de protocolos de conectividade?
• Se o microcontrolador possuir um transceptor sem fios integrado, o seu modo de espera pode ser controlado de forma independente para poupar energia?
• Que características de segurança integradas o microcontrolador possui? São adequados para a sua aplicação?

Controlos do utilizador:
• A placa possui botões, controlos deslizantes sensíveis ao toque ou outras opções de hardware para o controlo do utilizador?
• Existe algum tipo de display? É necessário um na aplicação final?
• Os LEDs do utilizador podem ser acedidos pelo seu código? Existem LEDs suficientes disponíveis? É possível adicionar mais LEDs rapidamente, conforme necessário, a uma porta GPIO não utilizada?

Suporte de software:
• Qual é o conjunto de ferramentas recomendado para esta placa? Está disponível?
• Inclui um pacote de suporte de placa (BSP) abrangente?
• Que firmwares, bibliotecas e drivers adicionais são necessários? São gratuitos?
• Consulte o fabricante da placa para obter informações sobre os requisitos de licenciamento de firmware e middleware.
• A placa possui testes pré-carregados para demonstrar as suas características? Inclui comunicação com fornecedores de serviços populares, como a Microsoft Azure ou a Amazon AWS?
• Existem outros exemplos de código ou testes disponíveis na placa? Existe um ecossistema de bibliotecas e parceiros de desenvolvimento?

Exemplos de placas de desenvolvimento IoT:
Placa de desenvolvimento Microchip WFI32-IoT.
A Microchip WFI32 (número de peça EV36W50A) é uma placa de desenvolvimento IoT independente, tudo-em-um e totalmente integrada (imagem 1).

A Imagem 2 mostra o diagrama de blocos da placa WFI32-IoT, onde é possível observar alguns componentes integrados da Microchip.
Imagem 2: Diagrama de blocos da placa de desenvolvimento Micro WFI32-IoT EV36W50A (fonte: Microchip).

EV36W50A (fonte: Microchip).
O WFI32-IoT integra um módulo Wi-Fi 802.11 WFI32E01PC da Microchip, que utiliza a família de microcontroladores PIC. Alguns dos sensores integrados incluem um circuito digital de temperatura I2C da Microchip e um circuito digital de luz ambiente. Os programadores podem ligar sensores ou periféricos adicionais através de uma entrada mikroBUS. O microcontrolador sem fios também possui uma antena integrada. A placa pode ser alimentada por um computador anfitrião ou por uma bateria de polímero de lítio. Existe um PMIC integrado para carregar a bateria via USB a partir do computador anfitrião.

A placa vem pré-carregada com uma imagem de teste que lê informações dos sensores integrados e envia os dados para a cloud da Amazon AWS. O código de exemplo e um conjunto completo de instruções estão disponíveis num repositório GitHub.

Projeto de referência para o rastreamento de ativos com múltiplas conectividades STMicroelectronics STEVAL ASTRA1B.
A imagem 3 mostra o projeto de referência e o kit de desenvolvimento.

O STEVAL ASTRA1B foi concebido especificamente para a prototipagem e avaliação de aplicações de rastreio de ativos. Integra dois módulos de conectividade sem fios: o STM32WB5MMG (um módulo microcontrolador BLE/ZigBee de curto alcance e baixo consumo de energia, a operar a 2,4 GHz) e o STM32WL55JC (um módulo microcontrolador sem fios de longo alcance, a operar a frequências inferiores a 1 GHz, para comunicação LPWAN, como o LoRa).
Figura 3: O kit de desenvolvimento de rastreio de ativos STEVAL-ASTRA1B (fonte: ST).

O STEVAL ASTRA1B inclui um conjunto abrangente de sensores capazes de medir uma infinidade de parâmetros ambientais e de movimento. Um módulo GNSS fornece dados de posicionamento externo. A placa apresenta ainda um elemento de segurança STSAFE, uma bateria de 480 mAh e um teste pré-configurado com um painel de controlo para rastreio de ativos e uma aplicação móvel.
O Silicon Labs xG24-RB4188A é um módulo de diversidade de antenas para a prototipagem de aplicações sem fios de 2,4 GHz (Figura 4). Liga-se à placa inicial sem fios BRD4001 da Silicon Labs. O módulo contém um sistema em chip (SoC) Wireless Gecko EFR32 da Silicon Labs, um interruptor RF, uma rede adaptativa e dois conectores de antena SMA. A saída de RF do EFR32 é de +20 dBm.

Imagem4: O módulo de diversidade de antena xG24-RB4188A da Silicon Labs montado numa placa principal do kit Wireless Pro da Silicon Labs (fonte: Silicon Labs).

Kits de Desenvolvimento SEMTECH LR1120
Para criar protótipos de aplicações LoRa LPWAN baseadas no microcontrolador sem fios SEMTECH LR1120, a SEMTECH oferece uma gama de kits de desenvolvimento LR1120, como o mostrado na Figura 5.
Figura 5: Exemplo de um kit de desenvolvimento SEMTECH LR1120 (fonte: SEMTECH)
Os kits estão disponíveis em variantes regionais de acordo com o espectro sub-GHz da banda para aplicações industriais, científicas e médicas (ICM).

O kit LR1120 pode ser utilizado em diversas aplicações multirregionais para prevenção de roubo, gestão de stocks e rastreio de ativos.
Já abordámos anteriormente a possibilidade de adicionar sensores ou periféricos adicionais a uma placa de desenvolvimento. Como já foi explicado, a placa da Microchip possui um conector mikroBUS. Este conector, desenvolvido pela Mikroe, tornou-se rapidamente um padrão da indústria, e muitos fabricantes de semicondutores incorporaram-no nas suas placas de avaliação e desenvolvimento. A entrada mikroBUS fornece conectividade série SPI, UART e I2C, bem como alimentação, sinais analógicos e PWM, tudo num conector compacto. A Mikroe desenvolveu centenas de Click que utilizam este prático formato.
Um exemplo é a Mikroe Ultra-Low Press Click, concebida para medições pneumáticas de baixa pressão, que possui um sensor de pressão TE Connectivity SM8436 a comunicar através da interface I2C (Figura 6).

Imagem 6: A placa Mikroe Ultra-Low Press Click (fonte: Mikroe)

Os Kits de Desenvolvimento IoT Facilitam o Progresso.
Graças às placas de desenvolvimento, tornou-se muito mais fácil criar protótipos para aplicações IoT. Neste breve artigo, levantamos algumas questões que os engenheiros de sistemas embebidos devem colocar a si próprios ao selecionar uma placa de desenvolvimento adequada. No entanto, os fatores que discutimos não são os únicos a considerar. A aplicação específica terá exigências e requisitos que também devem ser tidos em conta.

O que é que ele vai projetar?