L’éclairage, l’occultation et le CVC sont toujours régulés à l’aide de scénarios classiques d’automatisation des pièces et des installations en fonction des exigences du moment. Ces scénarios sont basés sur des critères simples de façon à faciliter l’installation et l’entretien du système. Les systèmes de bus utilisent les paramètres de l’appareil pour exécuter les interactions entre capteur et actionneur. Des scénarios d’application plus sophistiqués nécessitent des contrôleurs programmables. À cet effet, on utilise généralement des contrôleurs programmables de type API suivant la norme CEI 61131.

Cependant, on s’oriente à présent vers des solutions plus flexibles pour le « smart building » (ou bâtiment intelligent). Les systèmes de gestion de bâtiment (BMS) dernier cri utilisent désormais des langages et des outils et s’interfacent avec d’autres systèmes informatiques ainsi qu’avec des outils d’intelligence artificielle (IA).

Les tâches de calcul et de stockage de données peuvent être externalisées, notamment à l’aide d’une solution cloud ou de la technologie Edge. Il peut aussi être décidé de tout conserver dans l’enceinte du bâtiment. Le choix entre ces deux options est généralement guidé en fonction du cas d’utilisation précis. Les composants IoT modernes comme la série nRF de Nordic Semiconductor offrent une prise en charge multiprotocole pour différents types de connectivité sans fil.

La solution de bout en bout

Le SiP IoT cellulaire nRF9160 répond aux besoins des dernières applications IoT cellulaires à faible consommation. Ces applications ont pour avantage de permettre une longue durée de vie de la batterie, un déploiement et une maintenance à faible coût et des possibilités d’évolution à potentiellement des milliards d’appareils. Avec un processeur d’application intégré, un modem LTE-M/NB-IoT/GNSS complet, un frontal RF et une gestion de l’alimentation dans un boîtier de 10 mm x 16 mm x 1 mm, ce SiP offre une solution compacte pour l’IoT cellulaire.

Il existe également une variante du SiP nRF9160 dotée en plus d’une prise en charge GPS pour les applications de suivi des actifs. Cette version combine les données de localisation du réseau cellulaire avec la trilatération des satellites GPS de façon à permettre le suivi à distance de la position de l’appareil. Le modem LTE inclus est compatible avec les réseaux du monde entier et prend en charge une grande variété de bandes de fréquence. Il est doté d’un processeur Arm® Cortex®-M33 intégré et dispose des technologies de sécurité Arm TrustZone et Arm CryptoCell. Cet appareil propose de nombreuses interfaces et de nombreux périphériques numériques et analogiques pour des possibilités de conception d’appareil unique. Tous les micrologiciels de modem, RTOS, exemples de logiciels d’application et conceptions matérielles de référence nécessaires sont fournis afin de permettre la mise en œuvre d’une conception IoT cellulaire complète.

La version supérieure, le SiP nRF9161, est dotée d’un modem DECT NR+ et prend en charge davantage de bandes de fréquences, tandis que le kit de développement nRF9160 simplifie la conception de systèmes IoT.

La connectivité courte et moyenne portée est assurée par le SoC nRF5340. Il comprend un émetteur-récepteur multiprotocole 2,4 GHz prenant en charge le BLUETOOTH^® Low Energy (BLE), l’ANT™ et le 802.15.4 et qui permet la mise en œuvre de protocoles propriétaires 2,4 GHz. Le portage est réduit à un minimum grâce aux deux processeurs Arm Cortex-M33 dont l’alimentation, l’horloge et l’architecture périphérique sont partagées avec les séries de SoC PAN/LAN nRF51, nRF52 et nRF91. Le cœur de l’application est constitué par un processeur Arm Cortex-M33 complet avec instructions DSP et FPU, cadencé à 128 MHz avec 1 Mo de mémoire flash et 512 Ko de RAM. Le CPU permet au processeur d’application de fonctionner à 64 MHz de façon à assurer une meilleure efficacité énergétique. Le cœur du réseau est un processeur Arm Cortex-M33 avec un ensemble de fonctionnalités réduit et de très faible consommation d’énergie. Il est cadencé à une fréquence fixe de 64 MHz et possède 256 Ko de mémoire flash et 64 Ko de RAM.

L’ensemble de périphériques propose une variété de fonctionnalités analogiques et numériques de façon à autoriser la mise en œuvre sur une seule puce d’une large gamme d’applications.

Le kit de développement nRF5340 permet le développement avec une large gamme de protocoles sans fil. Le kit offre des fonctionnalités Bluetooth 5.2, dont la longue portée, un débit de 2 Mbps et des extensions publicitaires. Les protocoles maillés tels que Bluetooth Mesh, Thread et Zigbee peuvent être exécutés simultanément avec le Bluetooth LE. Les smartphones sont ainsi en mesure de provisionner, de mettre en service, de configurer et de contrôler des nœuds maillés. Les protocoles propriétaires NFC, ANT, 802.15.4 et 2,4 GHz sont également pris en charge. Une antenne NFC permet de tester rapidement le périphérique à tag NFC-A du nRF5340. La carte possède en outre un débogueur SEGGER J-Link permettant la programmation et le débogage complets du SoC nRF5340 et des cibles externes. Grâce aux en-têtes et aux connecteurs de bord, toutes les interfaces analogiques et numériques, ainsi que les GPIO, sont disponibles. Le kit est compatible avec le matériel Arduino Uno Rev3, ce qui lui permet d’être facilement interfacé avec des blindages de périphériques externes, dont le kit Power Profiler de Nordic. Le Power Profiler Kit II (PPK2) est un outil facile à utiliser pour optimiser les mesures de courant et la consommation électrique des solutions embarquées. Les connecteurs du PPK2 peuvent être connectés à n’importe quelle carte Nordic DK ou personnalisée en tant qu’unité autonome sans nécessiter de kits ou de débogueurs supplémentaires. Le PPK2 prend en charge à la fois un mode source et un mode ampèremètre.

Couper la corde

L’initiative Matter est le résultat de la collaboration entre Amazon, Apple, Google, Nordic Semiconductor ainsi que d’autres acteurs majeurs du secteur en vue d’établir un standard pour les couches d’application des appareils domestiques connectés. Matter garantit l’intégration transparente des produits avec les principaux écosystèmes de maison intelligente tels que Siri (Apple), l’Assistant Google et Alexa (Amazon).

Cette technologie de pointe en matière de connectivité exploite la puissance de plusieurs protocoles de communication tels que Thread, Wi-Fi®, Ethernet et BLUETOOTH® LE. Thread est un protocole maillé basé sur IPv6 destiné aux applications à faible bande passante. Il convient de fait parfaitement aux appareils basse consommation alimentés par batterie, par exemple les prises de courant et les ampoules intelligentes. Le protocole Bluetooth LE permet l’ajout transparent de nouveaux appareils à un réseau basé sur Thread, tandis que le Wi-Fi peut être utilisé pour des tâches à large bande passante dans la portée du réseau Wi-Fi local. Une fois connectés à une prise secteur, les appareils Thread agissent comme routeurs en élargissant la portée du réseau et offrent ainsi des fonctions d’autoréparation capables de s’adapter de façon dynamique aux modifications apportées au réseau.

Le SoC multiprotocole de 4e génération nRF54H20, qui devrait prochainement être commercialisé, est compatible avec la dernière technologie Matter. Ce dispositif propose une radio multiprotocole et des options de sécurité de pointe. Il dispose de plusieurs processeurs Arm® Cortex®-M33 et coprocesseurs RISC-V, cadencés jusqu’à 320 MHz. Chaque processeur est optimisé pour un type spécifique de charge de travail. Sa puissance de traitement et la quantité de mémoire disponible en font un SoC parfait pour exécuter des modèles d’apprentissage automatique (ML) et réaliser la fusion de capteurs en périphérie.

Il prend en charge toutes les fonctionnalités Bluetooth 5.4 et renforce les futures spécifications Bluetooth. Le SoC prend en charge une variété de protocoles dont Bluetooth Low Energy, LE Audio, Bluetooth mesh, Thread, Matter, etc.

Conclusion

De l’automatisation des bâtiments au bâtiment intelligent, il n’y a guère qu’un petit pas à franchir. La connectivité et la puissance de calcul sont des aspects essentiels et ce n’est pas ce qui manque avec les SoC et SiP modernes. Des standards récents comme Matter réduisent à un minimum le risque de devoir dépendre d’un seul fournisseur. Alors qu’attendons-nous pour devenir « intelligents » ?