Os motes da Internet das Coisas

Por enquanto, para se conectar as coisas à internet, é preciso ter um hardware específico dedicado para isso. Algo que possa ser embutido em um produto ou alguma coisa para adicionar um mínimo de inteligência capaz de conectá-la à Internet.

No mundo da Internet das Coisas, podemos nos deparar com alguns termos até então inéditos que dão uma ideia sobre a arquitetura da aplicação. Enquanto isso, os nomes que estamos dando a esses equipamentos que permitem que as coisas entrem na Internet variam entre gateway, tags, beacons, motes, etc.

Sempre podemos conectar qualquer coisa à Internet, basta “pendurar” um PC na coisa e pum! Ela está na Internet. No entanto, imediatamente após fazermos isso, temos a visão de que esse hardware está sobredimensionado e que podemos fazer o mesmo com um computador muito mais simples como uma Raspberry Pi, Beagleboard, ou até mesmo com um Arduino. Fica claro que quanto menos (espaço, peso, custo, consumo de energia, etc) o hardware agregar ao produto, melhor. A bateria dura mais, as dimensões do produto, a matéria prima consumida e o custo de produção podem ser reduzidos consideravelmente. Dessa forma, os preços praticados também são menores.

E por esse motivo, hoje temos uma necessidade imensa de miniaturizar todo e qualquer hardware, computador, placa ou chip. Um exemplo extremo de miniaturização e integração de processadores e circuitos são os System-on-a-Chip, que têm praticamente um computador inteiro com vários periféricos dentro de um único chip.

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Finalmente, a busca pelo menor consumo de energia viabiliza gradativamente uma série de novas aplicações com baterias, pilhas ou coleta de energia do meio. O padrão Wi-Fi não foi projetado levando em consideração o consumo de energia dos dispositivos e portanto se fez necessária a criação de um novo padrão, para atender um mercado diferente.

Muitas soluções com Wi-Fi podem ser encontradas pelo público maker, porém muitas vezes elas devem ser conectadas a grandes baterias e processadores externos para o desenvolvimento da aplicação. Veja este artigo de Pedro Minatel sobre algumas dessas placas e soluções.

Hoje quero apresentar-lhes módulos que suportam pelo menos uma das duas tecnologias alternativas emergentes de IoT, especialmente no quesito de comunicação sem fio de baixíssimo consumo:

• IEEE802.15.4 que é um padrão “parecido” com Wi-Fi, porém muito mais flexível e com menor consumo de energia, que suporta uma série de aplicações, desde sistemas de controle industriais de alta disponibilidade até redes em malha (mesh) extensas – usado em ZigBee, WirelessHART, entre outros;
• Bluetooth LE (BLE, Bluetooth 4.0, Bluetooth Smart) que “não tem nada a ver” com Bluetooth Classic (com o qual estávamos acostumados até então), que simplifica a vida do usuário e diminui drasticamente o consumo de energia da comunicação. Se você comprou seu telefone celular a partir de 2012, existe uma enorme chance do seu aparelho já ter o suporte a essa tecnologia.

Para se ter uma ideia, os módulos que estamos interessados hoje consomem em média de 5 a 15mA quando recebendo e 4uA quando em stand-by conectado. Em contraste com os módulos Wi-Fi, que em geral consomem pelo menos 50mA quando recebendo e pelo menos 400uA em stand-by conectado.

Os Motes

O objetivo hoje é falar sobre motes. Pelo dicionário britânico Webster, a definição de mote, traduzido ao pé da letra, é: um “montinho de terra, de areia, etc”. Baseado nessa definição eu adapto para o universo IoT como “o menor pedaço de hardware que suporta a Internet”. É basicamente um hardware que você pode customizar e embutir sua aplicação, conectando assim qualquer coisa à Internet e ainda agregando o mínimo de custo possível.

Já existem vários disponíveis comerciais no mercado, no entanto, somente alguns poucos são abertos (open-source). A seguir uma breve descrição de algumas opções disponíveis para hoje.

TelosB / Tmote Sky / Zolertia Z1

TelosB (TPR2400) originalmente com um microcontrolador MSP430, contém um rádio CC2420 (IEEE802.15.4) e antena integrada de 2,4GHz. Com dimensões de 65x31mm, comunica com o computador por USB ou funciona com 2 pilhas alcalinas AA. Diversas variações desse hardware podem ser encontradas, com microcontroladores maiores ou mais sensores integrados.

OpenMote-CC2538

O OpenMote-CC2538, usa o CC2538, um System-on-Chip que tem um processador programável com core ARM Cortex-M3 e um rádio IEEE802.15.4. Ele foi feito para ser pino a pino compativel com o form factor das placas XBee. Atualmente o OpenMote já suporta os RTOSs Contiki, OpenWSN e FreeRTOS.

pinoccio

Com 70x25mm, usa processador ATmega256RFR2 e, portanto, é compatível com Arduino. Tem USB e rádio IEEE802.15.4 e além de antena de 2,4GHz. Vem com uma bateria LiPo recarregável, sensor de temperatura e LED RGB. Tem suporte opcional a Wi-Fi através de uma placa de expansão.

LightBlue Bean

Tem dimensões de 45x20mm com acelerômetro, LED RGB e antena de 2,4GHz integrados. Vem com um rádio CC254x (Bluetooth LE) e um ATMega328. É compatível com Arduíno e já vem com uma bateria CR2032. Acompanha App de controle para Smartphone.

Existem vários outros motes disponíveis no mercado, além de alguns outros projetos Kickstarter.

No Brasil: momote001

No Brasil, o primeiro mote é o momote001. Ele é baseado no System-on-a-Chip CC2650 que inclui um microcontrolador ARM programável com 20KB de RAM e 128KB de flash, e um rádio que suporta os dois padrões: IEEE802.15.4 e Bluetooth Low Energy (BLE).

Pode ser usado para comunicar diretamente com o celular, para programação e atualização do software. É menor que uma foto 3x4cm, possui antena integrada de 2,4GHz e pode ser alimentado por pilhas alcalinas ou bateria CR2032.

Por ser extremamente eficiente no consumo de energia, dependendo da aplicação, é possível fazer com que a bateria dure vários anos! Seu hardware é completamente open source e todos os arquivos já podem ser consultados neste link, no site do fabricante ou no Github do projeto.

Muitos Motes ainda serão criados

Dessa forma, concluímos que os motes vieram para ficar e percebe-se de uma vez por todas que a crescente demanda por integração, miniaturização e eficiência faz com que os motes sejam, de fato, a plataforma que vai possibilitar com que tudo seja conectado em breve. Enquanto isso estamos aguardando ansiosamente para ver o que o futuro guarda para a comunidade maker e para o mundo IoT!