Sofisticirani senzori su početak svakog IoT sistema. STM SensorTile.box je odličan paket koji je sam po sebi IoT node, odlično podržan i softverski i dokumentacijom. Iako pušten na tržište još 2019, možemo reći da je u 2022 godini to postala stabilna platforma koja rešava neke specifične aplikacije.
SensorTile.box čine dve grupe senzora. Prva je Motion MEMS grupa senzora u kojoj se nalaze LIS2MDL 3-osni magnetometar mernog opsega ±50 gausa i LSM6DSOX 6-osni iNEMO inertcialni modul, koga čine Machine Learning jezgro (MLC), Finite State Machine(FSM), 3D digitalni akcelerometar i 3D digitalni žiroskop. Njegov opseg merenja ubrzanja je podesiv u intervalima: ±2/±4/±8/±16 g, a ugaoni pomera u opsezima rezolucije: ±125/±250/±500/±1000/±2000 dps. Tu su i dva dodatna 3-osna akcelerometra visoko precizni LIS3DHH opsega ±2.5 g i akcelerometar specijalne namene LIS2DW12 opsega: ±2/±4/±8/±16 g, posebno konstruisan za detekciju slobodnog pada, buđenja, sa mogućnošću konfiguracije prepoznavanja jednostrukog/dvostrukog dodira, aktivnost/neaktivnost, stacionarnog stanja/detekcije pokreta, detekcije orijentacije portret/pejzaž i 6D/4D orijentaciju. Ova MEMS grupa pokriva široki spektar aplikacija od mobilnih uređaja i gadžgeta, sigurnosnih sistema za detekciju položaja objekta ili zakrenutosti vrata, preko vozila i kućnih aparata, pa sve do merenja vibracija u radu motora ili mašina u industiji. Spektar primena je kompletno polje mehatroničkih uređaja.
Drugu grupu čine Environmental senzori. Temperaturu sa tačnošću od ±0.5 °C meri STTS751 (iako na pakovanju pogrešno piše da je to STTS22H), vlažnost vazduha sa tačnošću ± 3.5% rH HTS221 (sa tim da on može meriti i temperaturu, sa istom tačnošću kao i STTS751, ali u manjem opsegu) i pritisak apsolutnim altmetrom LPS22HH tačnosti 0.5 hPa. Tu je i dodatni MEMS audio senzor MP23ABS1 sposoban da detektuje audio talase. Sa ovom grupom senzora, aplikacije dobijaju informacije o stanju okruženja u kojima se nalazi merno mesto SensorTile.box kutijice.
Rad senzora kontroliše STM32L4R9 MCU, STM low-energy serija mikrokontrolera bazirana na Arm® Cortex®‐M4 jezgu sa DSP i FPU jedinicom koji radi na 120 MHz, što je sasvim dovoljna konfiguracija za upravljanjem svim senzorima. STM je STM32L4R9 seriju potpuno podržao i softverski svojim IDE paketom STM32CubeIDE za ugodan razvoj aplikacija i objedino ga sa real-time operativnim sistemom pod imenom FREE-RTOS koji omogućava maksimalne brzine očitavanja stanja na senzorima. Hardverska podrška je data razvojnim sistemima u NUCLEO i DISCOVERY verziji. Ovo je neophodno ukoliko želite da razvijate proizvod baziran na senzorima koji se nalaze u plavoj kutijici SensorTile.box-a. Treba obratiti pažnju i na male razvojne pločice za svaki od senzora koji se mogu ubaciti u DIL 24 soket. Tu je i razvojna matična ploča STEVAL-MKI109V3 u koji je moguće utaknuti svaku od malih DIL 24 ravojnih pločica MEMS senzora. Dakle podrška za svaki deo vašeg budućeg sistema je potpuna. Uz svu potrebnu prateću litetaturu koju možete preuzeti sa sajta, znate da niste ostavljeni sami sebi i imaćete osećaj podrške vrhunskog industrijskog nivoa.
Medjutim, glavna namena SensorTile.box je formiranje IoT node-a, a ne razvijanje novog uređja – mada sa njim možete krenuti i u tom pravcu. Njega ćete kao node pozicionirati na ono mesto sa koga želite da prikupite podatke i na taj način odredite stanje, položaj, aktivnost. Neke od ideja su elementarne meteo stanice, detekcije otvaranja-yatvaraja vrata ili poklopca, detekcija tipa kretanja (mirovanje, hodanje, trčanje, vožnja bicikla, vožnja u kolima), detekcija vibracija motora prilikom rada,…
I ovde moramo zastati i obratiti pažnju da dve karakteristike, koje smo pomenuli na početku recenzije, a koje su možda promakle u mnoštvu specifikacija. MEMS senzori imaju u sebi MLC i FSM. MLS je jezgro koje je sposobno za mašinsko učenje (MLC – Machine Learning Core), ono će nam biti od koristi kada postoji specifičnost prilikom detekcije koja nije jasno definisana nekim parametrima, (recimo slobodan pad je definisan pojavom 9,81 g), već je potrebno da se uzmu u obzir promene vrednosti nekoliko parametara i da se na osnovu toga donese odluka o detekciji stanja. (recimo kuvanje vode u ketleru: na početku imamo početnu temperaturu i nemamo vibracije na poklopcu ketlera, prilikom zagrevanja dolayi do rasta temperature, vlage i vibracija i na kraju imamo finalnu temperaturu, veliku količinu pare i snažne vibracije vode koja ključa). Za detekciju ovakvih složenih događaja MLC nam rešava problem.
Za zakrenutost vrata, slobodan pad ili detekciju stacionarnog stanja, gde vrednost nekog očitanog parametra jasno određuje stanje implementirane su mašine konačnog stanja (FSM – Finite State Machine). Da bi i MLC i FSM radile, potrebni su profili koji se definišu za svaki specifični događaj i koje je potrebno integrisati u kod, u ovom slučaju STM32L3R9 MCU. Same profile i primere aplikacija možete preuzeti sa STM github sajta i to FSM na: https://github.com/STMicroelectronics/STMems_Finite_State_Machine , a MLC na: https://github.com/STMicroelectronics/STMems_Machine_Learning_Core/tree/master/configuration_examples/example_6_sensortilebox_unico_unicleo.
Ukoliko samo želite da izrađujete profile i konfigurišete MEMS senzore potreban vam je STM Unico-GUI (možete i kompletan AlgoBuilderSuite). Obratite pažnju da vam je za aktivno korišćenje Unico-GUI neophodna razvojna matična ploča STEVAL-MKI109V3 i razvojna pločica samog senzora sa DIL 24 konektorm kako bi je prikačili na ploču ili sistem koja bi činila dodatna kartica X-NUCLEO-IKS01A1 ili neka novija, sam razvojni sistem NUCLEO-F401RE ili NUCLEO-L476RG i pločica sa sanzorom koga razvijate (recimo STEVAL-MKI160V1 za LSM6DS3). Naravno treba dodati X-CUBE-MEMS1 paket u STM32CubeIDE.
Međutim, za početak dovoljan je i SensorTile.box sa time da Unico-GUI koristite u „offline“ modu, tako što ga nećete povezati sa pločom, već ćete samo odabrati jedan od senzora koji se nalaze u SensorTile.box kutijici (sve smo nabrojali na početku teksta) i kreirati „naslepo“ profil za njega. Mana je što nećete moći da probate rad senzora na licu mesta, već tek u vašem kodu u IDE-u.
Za vizuelizaciju i analizu očitavanja sa senzora SensorTile.box kutijice treba da koristite Unicleo-GUI. To je najsofistiraniji STM paket za nadgledanje i anaslizu senzora. Veoma kvalitetan i sveobuhvatan alat koji zaslužuje svoju recenziju. U njemu ćete pored vizuelizacije svih očitanih vrednosti moći da testirate i FSM i MLC funkcije.
Ali nije to jedino okruženje u kojem možete raditi. Postoje i cloud rešenja drugih proizvođača, kao što je recimo sensiML koji daje mnoge opcije oslanjajući se na bazu prikupljenih vrednosti u oblaku. Iako grafički primamljivi i moderni, svi ovi sistemi imaju ograničenja u smislu pokrivenosti senzora. Tako recimo sensiML pokriva samo LIS2MDL, tj žiroskop i akcelerometar u njemu. Dovoljno za jedan broj aplikacija, tamo gde su kretanje i vibracije u fokusu, ali on definitivno ne izvlači maksimum iz vašeg SensorTile.box paketa.
Programiranje SensorTile.box kutijice može biti zbunjujuće početnicima. Sam paket dolazi sa demo firmverom i on funkcioniše. Treba preuzeti i aplikaciju ST BLE Sensor za mobilni telefon ili tablet, jer SensorTile.box ima ugradjen Bluetooth LE i može komunicirati sa pametnim uređajima. Naravno sa računarom komunicira preko USM porta. Aplikacija radi savršeno, imate opcije promene samih podaplikacija, čak i generisanje nove aplikacije. I sve je dobro do jednog trenutka, koji ne može da se ne desi koliko god pazili.
Naime, aplikacija na telefonu će vas uporno pitati da ažurirate firmware na verziju 349. Po navici ili iz nepažnje ćete to jednom i uraditi, sačekati da se ceo proces završi i brikovati uređaj. Sve što ćete videti je da crveni dioda trepće i da više ne možete pristupiti box-u sa telefona. Za neverovati je, ali update firmware-a je „problematičan“. Sam STM je dao na sajtu početni firmware verzije 1, bez ikakvih opcija sem da „odbrikuje“ uređaj i uputstvo za njegov upload koje podrazumeva otvaranje uređaja, fizičko odvajanje baterije, uklanjanje USB kabla, pa njegovo ponovno uključivanje uz pritisnuto BOOT dugme na ploči senzora, flesovanje tog nultog firmware-a pomoću STM32CubeProgrammer PC softvera. (detaljno uputsvo možete lako naći na netu) Tada ćete shvatiti da je SensorTile.box živ, ali da će tražiti da update-ujete firmware. Dakle sve opet u krug. postoje na netu kasnije verije firmware-a 3.3.4, 3.4.1, 3.4.2, i 3.4.7, ali ni jedan ne radi. Provereno. Jasno vam je da inicijali firmware zauvek izgubljen.
No ne treba očajavati, jer taj šljašteći fensi demo i nije suština. Na internet stranici STM SensorTile.box u delu download možete naći veći broj paketa za rad sa senzorima. Možete ili sami kompajlirati projekte, poneki i prilagoditi vašim potrebama ili iz Binary direktorijuma upload-ovati .bin fajl uz pomoć STM32CubeProgrammer softvera na identičan način kao i kada upisujete firmware.
Za kraj, moramo istaći da pored plave kutijice, u paketu dolazi i JTEG konvertor i kabal, kao i dodatni poklopac koji omogućava fiksnu monatžu SensorTile.box sa dva zavrtnja na neki objekat. U sebi ima Li bateriju koja se puni preko USB porta. Komunikacija sa računarom ili pametnim uređajem je preko BLE ili preko USB kabla. Ponekad BLE ne radi kako treba, ponekad stanje baterije onemogući ispravan rad BLE-a. Osim zamerke da je STM zanemario kvalitet DEMO firmware paketa, sve ostalo ide u prilog ovoj interesantnoj plavoj kutiji.
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.