Il concetto di connettere oggetti nella casa o negli edifici con un fine di automazione esiste ormai da diversi anni. Nonostante le tecnologie necessarie, sia cablate che wireless, siano disponibili e mature, l’attuale livello di utilizzo di tali reti intelligenti è ancora marginale o limitato ad alcune applicazioni molto semplici, come l’automazione dell’illuminazione ambientale. L’impulso per un utilizzo massivo di oggetti “connessi” in case ed edifici potrebbe però scaturire dalla crescente consapevolezza globale e dalla necessità di conservare l’energia. Tale connettività renderebbe la casa o l’edificio più “smart” e “green”. I contatori domestici (di elettricità, gas, e acqua), al centro della rete, forniranno le necessarie informazioni per monitorare e controllare gli oggetti che saranno interconnessi nella rete domestica, la cosiddetta Han (Home Area Network), sia che essi vengano controllati direttamente dalle persone presenti nell’ambiente, sia dai fornitori di servizi attraverso una gateway verso una rete a larga banda. Le applicazioni chiave che porteranno verso la realizzazione di “Smart Home” sono il management dell’energia, l’automazione domestica e la telemedicina. Nel futuro prossimo queste applicazioni saranno connesse tra loro nella Smart Home tramite una Han e, attraverso una gateway, al mondo esterno.
La gestione dell’energia
Grazie alla diffusione mondiale degli Smart Meter e allo sviluppo di reti di infrastruttura intelligenti (Smart Grid), il consumatore dispone di un maggiore controllo sulla suddivisione del proprio budget di spesa tra i vari apparecchi domestici e le aziende di fornitura hanno la possibilità di offrire tariffe di consumo flessibili. Inizialmente gli elettrodomestici “smart” visualizzeranno il loro consumo energetico, accumulato o istantaneo, per accrescere la consapevolezza dell’utente. Successivamente seguirà la possibilità di scegliere tra le tariffe flessibili, grazie alla connettività tra la rete domestica e il contatore elettrico. A lungo termine l’elettrodomestico intelligente dialogherà automaticamente con il contatore per controllare dinamicamente la propria attività in funzione del carico complessivo di energia nella rete di distribuzione. Il risultato è un sensibile risparmio energetico per l’utente e la possibilità di un’efficiente gestione della domanda energetica da parte delle aziende di distribuzione. Sul lato ambientale questo si traduce in una significativa riduzione della “carbon footprint” di quella particolare casa o edificio. Emergeranno poi ulteriori sinergie man mano che gli utenti adotteranno opzioni di micro-generazione energetica come i pannelli solari o, in ambienti rurali, i generatori eolici.
L’automazione domestica e telemedicina
Quando le case sono equipaggiate con l’intelligenza necessaria per rilevare parametri quali temperatura, movimento, presenza e luce, allora è possibile ridurre costi aggiuntivi associati all’utilizzo di energia in locali dove non è presente chi ne potrebbe beneficiare. Ad esempio con l’installazione di sensori di temperatura, luce e movimento, il sistema di riscaldamento e condizionamento potrà funzionare in maniera più efficiente, mentre l’integrazione di questi sensori con sistemi di allarme, anti-incendio e video sorveglianza accrescerà il livello di sicurezza nei locali. Le applicazioni di telemedicina domestica comprendono sistemi intelligenti che acquisiscono dati da dispositivi periferici quali glucosimetri, monitor di frequenza cardiaca, misuratori di pressione del sangue, saturi metri o bilance elettroniche, e che possono informare i pazienti sulla necessità di effettuare nuove misurazioni o medicazioni. Il sistema di telemedicina assicura inoltre che i dati vengano raccolti e inviati con sicurezza a un centro remoto per ulteriori analisi quali l’osservazione di patologie croniche o degenerative, o il monitoraggio dei periodi post-operatori. Questo sistema di telemedicina può essere personalizzato connettendo diversi tipi di sensori.
Le sfide tecnologiche
Nonostante l’obiettivo di avere elettrodomestici, sistemi di illuminazione e condizionamento e dispositivi consumer connessi tra loro sia particolarmente attraente, esistono ancora diversi ostacoli da superare. Il primo è quello della compatibilità e dell’interoperabilità tra vari oggetti o sistemi che tradizionalmente non vengono connessi tra loro; queste problematiche sono attualmente affrontate da vari enti, consorzi o alleanze di standardizzazione che mirano a definire interfacce comuni e protocolli. Un’altra problematica significativa da affrontare è la connessione all’Han di tutti gli oggetti nella casa, non solo quelli connessi alla rete elettrica, ma anche quelli funzionanti a batterie; in questo caso le tecnologie dietro ai protocolli di comunicazione vengono adattate per supportare diversi duty cycle, tempi di latenza variabili e requisiti di basso consumo.
Soluzioni Freescale per la Smart Home
Le soluzioni per la connettività Smart Home devono essere tagliate con precisione alle necessità delle applicazioni. La connettività cablata e wireless impone caratteristiche molto specifiche al microcontrollore e alle interfacce fisiche, così che ogni prodotto risulta definito per un insieme specifico di applicazioni. Per apparecchi misuratori di flusso come contatori di acqua, gas o calore, risultano ideali prodotti dal consumo estremamente basso, come il MC9S08LL16, che permettono una vita della batteria molto lunga fino a 15 anni). Nel settore degli Smart Meter microcontrollori come MCF51EM256 offrono un convertitore Adc ad alta risoluzione integrato a un ventaglio di funzionalità di supporto per offrire sicurezza e accuratezza del prodotto con un numero minimo di componenti esterni. Il real time clock integrato può essere ad esempio calibrato per compensare effetti termici e raggiungere accuratezze di 2 Ppm. Questo modulo può continuare a funzionare mentre il resto del microcontrollore è in sleep mode, riducendo il consumo al di sotto dei 2uA su tutto il range di temperatura industriale. Lo Smart Meter può richiedere una Energy Gateway per fornire connettività con altri servizi o apparecchi della casa. i.MX25, i.MX28 e MPC8308 sono prodotti ideali per queste applicazioni di connettività ad ampio spettro. Con opzioni ethernet singole e doppie, controllori per Lcd grafici, e il supporto per svariati protocolli seriali di comunicazione, inclusi Spi per Zigbee ed Eeprom, questi prodotti forniscono la flessibilità e il livello di costo per le moderne soluzioni di connettività negli edifici. Le comunicazioni wireless sono un altro elemento chiave nelle sempre più complesse soluzioni di connettività presenti nella smart home. Il protocollo Zigbee e lo Smart Energy Profile (presente nello stack Zigbee) implementano una rete mesh a basso costo e di facile utilizzo per connettere elettrodomestici, contatori e apparecchi medicali con una soluzione comune. L'MC13224 è una soluzione completa ZigBee in un singolo componente, con comunicazioni veloci a basso consumo che consente a un sistema che risponde ogni 14 secondi di funzionare tramite due batterie alcaline AA con un consumo pari alla corrente di autoscarica delle batterie stesse. I controlli motore presenti nei sistemi di riscaldamento e condizionamento sono facilmente gestibili con l’ampio portfolio di controllori Flexis S08 e ColdFire V1, molti dei quali dotati con periferiche di connettività. La visualizzazione di questa grande quantità di informazioni nella casa sarà un altro settore di grande innovazione man mano che display grafici di sempre minor costo verranno abbinati a tecnologie “touch sesnsing”. Freescale ha una grande selezione di opzioni touch sense quali il touch sensor MPR121 con 12 touch pad per selezione menu e con caratteristiche ultra low power che ne permettono l’applicazione in prodotti alimentati a batteria. L’esercizio della creatività attraverso la connettività non ha mai visto momenti migliori. I sistemi di monitoraggio di telemedicina sono progettati in primo luogo per un ambiente domestico dove una ricca interfaccia utente può aiutare i pazienti nel processo di controllo del proprio stato di salute. Questi sistemi si possono implementare tramite il Solution Enablement Layer di Freescale, fornendo una portabilità attraverso il portfolio dei processori a 32 bit. I requisiti chiave di design nel caso dei sistemi di telemedicina sono la scalabilità, il basso consumo e un set di periferiche ricco. Il Solution Enablement Layer è una piattaforma di embedded software usabile con sistemi operativi standard come Linux e uCLinux con funzioni di framework applicativo e driver per l’astrazione dall’hardware. È progettato per supportare un modello di software che ne permette la migrazione e il riutilizzo “compile-and-deploy” su una ampia gamma di processori Freescale a 32 bit come l’i.MX, l’MPC51xx o Il ColdFire.
