Como utilizar o kit wireless multi sensor, SensorTile.box, em aplicações em IoT

O STEVAL-MKSBOX1V1 (SensorTile.box) é um kit pronto para uso como plataforma de sensores IoT sem fio projetada para ajudá-lo a construir novas aplicações que usam sensores de movimento e meio ambiente, independentemente do seu nível de experiência. 

O nó de hardware é uma placa que se encaixa em uma pequena caixa de plástico (IP54) com uma bateria recarregável. Você pode se conectar com seu smartphone à placa via Bluetooth usando o aplicativo ST BLE Sensor (disponível tanto no Google Play quanto na Apple Store) e construir imediatamente seus próprios aplicativos através de uma interface especial que oferece funcionalidade de nível iniciante e especialista. Este kit multi-sensores permite, portanto, projetar aplicações de IoT sem fio e sensores vestíveis de forma rápida e fácil, sem realizar qualquer programação. 

SensorTile.box inclui uma interface de programação e depuração de firmware que permite que desenvolvedores profissionais se envolvam em personalização de firmware mais complexa usando o STM32 Open Development Environment (STM32 ODE), que inclui um pacote de funções de IA sensoriamento com bibliotecas de rede neural. A placa do kit inclui um módulo Bluetooth SPBTLE-1S.

SensorTile.box

Como configurar o seu hardware

Importante: Antes de começar, verifique o cartão descritivo que vem em conjunto com o pacote do SensorTile.box. Se ele não mostrar um procedimento para conexão da bateria semelhante às etapas abaixo, então o dispositivo é fornecido com a bateria já conectada à placa. Neste caso, você só precisa conectar o dispositivo via USB para acordá-lo pela primeira vez. Se o cartão descritivo tiver um procedimento semelhante às etapas abaixo, o dispositivo será fornecido com a bateria desconectada e você deve seguir este procedimento para conectar a bateria e acordar o dispositivo.

Passo 1. Remova o conteúdo do SensorTil.box do pacote. 

Passo 2. Desaparafusar a tampa do kit e retire a PCB da Caixa plástica. 

Passo 3. Deslize o conector da bateria macho verticalmente para o conector fêmea na placa. Você ouvirá um clique de luz quando o conector estiver conectado corretamente.

Conexão de bateria STEVAL-MKSBOX1V1

SensorTile.box

Passo 4. Posicione o circuito com a bateria abaixo e feche o seu SensorTile.box novamente com seus parafusos. Se necessário, carregue a bateria através de um cabo USB. O piscar do LED vermelho indica o estado de carregamento da bateria.

Como usar o aplicativo ST BLE Sensor com SensorTile.box

Antes de começar, você precisa baixar e instalar nosso aplicativo ST BLE Sensor em seu smartphone. O aplicativo está disponível nas lojas online Google e Apple. 

Passo 1. Inicie o aplicativo em seu smartphone.

Tela principal do aplicativo ST BLE Sensor

SensorTile.box

Passo 2. Selecione [CRIAR UM NOVO APLICATIVO / CREATE A NEW APP]. A tela contemplando Aplicativos Exemplo irá aparecer e incluirá uma lista com os aplicativos pré-carregados que você pode usar imediatamente.

Tela de aplicativos de exemplo:

SensorTile.box

Passo 3. Selecione um dos aplicativos com da lista. Depois de selecionar o aplicativo, o ST BLE Sensor irá escanear via BLE dispositivos SensorTile.box disponíveis em alcance.

Seleção de placa:

Passo 4. Selecione o dispositivo SensorTile.box apropriado na tela. Um LED azul no dispositivo SensorTile.box piscará lentamente para confirmar o emparelhamento Bluetooth. Uma mensagem pop-up no ST BLE Sensor solicitará que você confirme o carregamento do novo aplicativo em substituição a quaisquer aplicativos previamente programados.

Passo 5. Selecione o dispositivo sensortile.box apropriado da lista de dispositivos na tela principal do ST BLE Sensor. O aplicativo iniciará o monitoramento ou a captura de dados e retornará com a coleta de dados em tempo real para a tela correspondente do aplicativo no ST BLE Sensor.

Exemplos de Aplicações 

O sensor ST BLE reúne os seguintes exemplos de aplicação prontos para uso:

  • Baby Crying Detector 
  • Barometer 
  • Compass and Level  
  • Data Recorder 
  • Human Activity recognition 
  • In-Vehicle Baby Alarm 
  • Pedometer 
  • Sensor Fusion – Quaternion 
  • Vibration Monitor – Training 
  • Vibration Monitor – Compare

Baby Crying Detector 

O aplicativo baby crying detector (BCD) implementa o processamento fast fourier transform (FFT) e inteligência artificial para detectar eventos de choro de bebê usando o microfone presente no sensortile.box. A análise do áudio adquirido baseia-se no FFT que converte um sinal de seu domínio temporal original para uma representação no domínio de frequência.

Análise FFT – do domínio de tempo para frequência

O FFT do sinal de áudio é o resultado de todas as contribuições de cada frequência e do fator de magnitude relacionado gerado pelo sinal de áudio.

Análise FFT – princípios

A extração do recurso FFT do sinal adquirido é processada pelo MCU STM32, que calcula os parâmetros MEL FFT e MFCC (coeficiente de frequência MEL) enviados para a rede neural MCU implementada: se um evento de choro de bebê for detectado, o LED do usuário verde na placa Sensortile.box acende e um aviso é enviado para o smartphone via Bluetooth.

STBLESensor – processo de detecção de choro de bebê

SensorTile.box

A rede neural é classificada como uma rede neural deep feed forward e sua estrutura é composta de 2 nódulos ocultos de 100 neurônios cada. 

A ferramenta usada para desenvolver a rede neural é Keras com uma biblioteca de alto nível de código aberto escrita em Python. A otimização e carregamento da rede neural no kit Sensortile.box foi realizada usando STM32CubeMX.AI.

STBLESensor – rede neural do aplicativo baby crying

O aplicativo baby crying funciona com o Microfone MEMS da ST com alta sensibilidade: 

  • ENTRADA DE DADOS DO APP: aquisição de áudio do microfone 
  • SENSOR USADO: MICROFONE MP23ABS1 MEMS 
  • CONFIGURAÇÕES DO SENSOR: Aquisição de amostras de 16 KHz 
  • APP DATA OUTPUT: Ícone com baby crying/not crying 

STBLE Sensor:  Aplicativo barômetro 

O aplicativo Barômetro utiliza os sensores ambientais presents no Sensortile.box (STTS751, LPS22HH e HTS221).

Tela do aplicativo barômetro

O aplicativo Barômetro monitora as informações ambientais em tempo real e mostra os dados em seu smartphone como ícones ou gráficos. O sensor de pressão LPS22HH incorpora outro sensor embutido para compensação de temperatura (0,5 hPa com um fundo de escala de 260-1260 hPa de pressão absoluta). O sensor de temperatura digital STTS751 tem uma faixa de temperatura de operação de -40/+125 °C, com resolução máxima de 0,0625 °C/LSB e precisão de ± 0,5 °C). O sensor de umidade relativa e temperatura digital HTS221 tem uma faixa de umidade relativa de 0/100%, uma sensibilidade de 0,004% RH/LSB, uma precisão de umidade de ± 3,5% RH, 20-80% RH e uma precisão na temperatura de ± 0,5 °C (typ,) na faixa de 15/+40 °C.

Quando você executa o aplicativo Barômetro e conecta o dispositivo Sensortile.box, o aplicativo ST BLE Sensor mostra uma tela de monitoramento para os sensores ambientais.

Gráfico Tela de dados – umidade

Graças aos sensores de baixo consume e MCU de baixo consumo, este app é altamente adequado para projetos com bateria com consumo de energia muito baixo.

O aplicativo Barômetro define as seguintes configurações de parâmetro de operação para os seguintes sensores ambientais de alta precisão ST: 

  • ENTRADA DE DADOS DO APP: pressão, valores de temperatura e umidade 
  • SENSORES UTILIZADOS: – LPS22HH (sensor digital MEMS de pressão absoluta) – STTS751 (sensor digital de temperatura) – HTS221 (sensor digital de umidade relativa e temperatura) 
  • CONFIGURAÇÕES DO SENSOR: – Configurações do LPS22HH: 
    • Modo de alimentação: Baixo Ruído 
    • Taxa de dados de saída: 1 Filtro: ODR/2 
  • STTS751 Configurações: 
    • Modo de baixa potência 
    • Taxa de dados de saída: 1 Hz
  • HTS221 Configurações: 
    • Modo de baixo consume
    • Taxa de dados de saída: 1 Hz 
  • SAÍDA DE DADOS DO APP: 
    • Umidade relativa (%) 
    • Temperatura (°C) 
    • Pressão absoluta (mBar) 
    • Gráfico de dados coletados 

ST BLE Sensor: Aplicativo bússola e sensor de nível 

O aplicativo Bússola e Nível mostra a estimativa de orientação do Sensortile.box em relação à indicação magnética da Terra norte ou nível de inclinação. 

O aplicativo é baseado no algoritmo de firmware de fusão de sensores (biblioteca MotionFX) incorporado no MCU Sensortile.box. 

O algoritmo de fusão de sensores é um filtro Kalman estendido (EKF) que minimiza as imprecisões do sensor e inclui calibração do giroscópio e calibração do magnetômetro (para compensar o deslocamento do magnetômetro).

Fluxo de algoritmos MotionFX

O algoritmo usa os dados do acelerômetro e giroscópio LSM6DSOX iNemo de 6 eixos e os dados do magnetômetro compensado LIS2MDL de 3 eixos como entradas, combinando os dois sensores em um sensor virtual de 9 eixos.

O magnetômetro indica ângulo e direção absoluto, mas somente se o off-set de interferência em hard-iron for compensado e quando não houver um campo magnético adicional ao redor da caixa Sensortile.box, perturbando a medição.

Fluxo do algoritmo MotionFX – função magnetômetro

Os dados relativos à direção também são dados quando a inclinação é compensada pelo acelerômetro.

Fluxo de algoritmos MotionFX – compensação de inclinação do acelerômetro

O giroscópio indica a nova orientação com base na anterior, quando seu viés é compensado pelo acelerômetro. O giroscópio pode detectar a condição estática da caixa Sensortile.,

Fluxo de algoritmos MotionFX – função giroscópio

Para habilitar a calibração do magnetômetro, você precisa tocar no símbolo destacado na imagem abaixo.

Em seguida, mova a caixa Sensortile.box em uma figura de 8, como mostrado abaixo; a calibração é concluída quando o ícone fica verde.

STBLESensor Compass and Level app – iniciando a calibração

A biblioteca MotionFX fornece estimativa de orientação, rejeição de vibração do acelerômetro e compensação de giroscópio. 

O algoritmo de fusão do sensor calcula o coeficiente de quaternion e os ângulos euler para detectar a orientação certa da caixa Sensortile.box, representada por um indicador de rotação ou nível da bússola.

STBLESensor Compass and Level app – tela de orientação:

STBLESensor Compass and Level app – exemplo de sensor de nível:

O aplicativo Compass and Level funciona com os seguintes sensores de movimento ST de alta precisão e com as seguintes configurações de parâmetro operacional: 

  • ENTRADA DE DADOS DO APP: Acelerômetro, giroscópio e magnetômetro 
  • SENSORES UTILIZADOS: – LSM6DSOX (sensor de aceleração e giroscópio) – LIS2MDL (magnetômetro compensado) 
  • CONFIGURAÇÕES DO SENSOR:  
    • LSM6DSOX: 
      • Modo de baixa potência 
      • Taxa de dados de saída: 52 Hz 
      • Filtro de passa-baixas: 700 Hz ) 
      • Fundo de escala: 2 g para acelerômetro , 2000 dps para giroscópio 
    • LIS2MDL: 
      • Modo de baixo consumo
      • Taxa de dados de saída: 50 Hz 
      • Fundo de escala: 50 gauss 
  • SAÍDA DE DADOS DO APP: 
    • Modelo de orientação da bússola 
    • Modelo de indicação de nível 
      • Valores de quaternion 
      • Direção
      • Ângulos de Euler

STBLE Sensor – Data Recorder App:

O App Data Recorder pode ser usado para monitorar e registrar movimentos e/ou condições ambientais de produtos ou objetos quando estão sujeitos durante movimentação ou processo logístico. Os dados podem ser usados para verificar se uma parcela sofreu choques ou temperaturas indesejáveis que podem danificar a mercadoria, ou se um veículo foi conduzido de acordo com parâmetros de velocidade e segurança adequados. 

Certos sensores são ativados de acordo com o que está sendo monitorado, e os dados são armazenados no cartão de memória interno para recuperação e análise posterior. 

Os sensores de movimento são definidos como Low Power Mode com uma taxa de dados de cerca de 50 a 100 Hz, enquanto uma taxa de dados de 1 Hz é apropriada para sensores ambientais.

STBLE Sensor – Human Activity Recognition App:

O aplicativo human activity recognition usa o acelerômetro Sensortile.box, LSM6DSOX MEMS e sua funcionalidade de Machine Learning Core (MLC) embarcado. As seguintes atividades podem ser reconhecidas por ícones na tela, independentemente da orientação Sensortile.box:

  • Estacionária 
  • Caminhada 
  • Caminhada rápida 
  • Corrida 
  • Bicicleta
  • Condução

Quatro recursos são usados (média, variância, pico ao pico, cruzamento zero) para geração de código MLC. O algoritmo é executado a 26 Hz, com uma janela de 75 amostras. 

O aplicativo human activity recognition funciona com o seguinte sensor de aceleração MEMS de alta precisão e configurações do parâmetro operacional:

  • ENTRADA DE DADOS DO APP: Valores do acelerômetro 
  • SENSOR USADO: LSM6DSOX (sensor de aceleração de alta performance)
  • CONFIGURAÇÕES DO SENSOR:
    • Modo de baixa potência
    • Taxa de dados de saída: 52 Hz
    • Filtro de passagem baixa: 700 Hz 
    • Fundo de escala: 2 g 
  • SAÍDA DE DADOS DO APP : – Ícone de atividade reconhecida

ST BLE Sensor: In Vehicle Baby Alarm APP

O aplicativo Alarme para Bebês No Veículo combina o estado do choro do bebê e o detector de movimento do veículo. 

Os sensores utilizados são o microfone MEMS analógico MP23ABS1 e o acelerômetro LSM6DSOX MEMS, giroscópio, bem como sua funcionalidade de Machine Learning Core (MLC), foram utilizados os seguintes recursos calculados a partir dos valores do acelerômetro e do giroscópio: MEAN-acc, VAR-acc, PeakToPeak-acc, MAX-acc, MEAN-gyro, VAR-gyro, PeakToPeak-gyro, MAXgyro, MIN-gyro, ENERGY-gyro. 

O aplicativo mostra: 

  • se o adulto está no veículo ou não 
  • se o bebê está chorando ou não 
  • o ícone do alarme se não há adulto no veículo e o bebê está chorando

ST BLE Sensor – Pedometer App

O aplicativo utiliza o software pedômetro (biblioteca MotionPM) com base nos dados do acelerômetro MEMS de 3 eixos incorporados do Sensortile.box e mostram dados adquiridos. 

O acelerômetro de 3 eixos mede a aceleração do seu corpo durante a caminhada. As etapas de caminhada têm um padrão específico de valores de aceleração e frequência máxima, diferente do padrão de valores de aceleração corporal de outros tipos de movimentos.

Dados brutos do acelerômetro – usuário andando com o dispositivo

O algoritmo é otimizado para o posicionamento do Sensortile.box na cintura do usuário, como mostrado abaixo:

Para evitar contar passos falsos positivos, a contagem de passos começa após 10 segundos de caminhada constante (tempo de debounce); após esse tempo, o algoritmo mostra os passos e continua contando a partir do número de etapas já acumuladas durante o tempo de debounce.

A precisão do Pedômetro está em torno de 97,5% com sigma=5 graças à alta precisão do acelerômetro MEMS de 3 eixos LSM6DSOX.

Esses parâmetros são apropriados para capturar o movimento humano, filtrar ruídos indesejados e economizar energia da bateria para estender o tempo de trabalho potencial. O aplicativo funciona com o seguinte sensor de aceleração de alta precisão ST e configurações do parâmetro operacional: 

  • ENTRADA DE DADOS DO APP: valores de aceleração de 3 eixos 
  • SENSOR USADO: LSM6DSOX (acelerômetro) 
  • CONFIGURAÇÕES DO SENSOR:
    • Acelerômetro do modo de baixo consumo
    • Taxa de dados de saída: 52 Hz
    • Fundo de escala: 4 g 
  • APP DATA OUTPUT:
    • Número de passos
    • Cadência (número de passos por minuto)

ST BLE Sensor – Vibration Monitoring

O aplicativo de Monitoramento de Vibrações demonstra como motores, motores elétricos e afins são monitorados para detectar possíveis problemas por suas vibrações mecânicas. 

O sensor utilizado é o acelerômetro LSM6DSOX configurado no modo de alto desempenho, com uma taxa de dados de saída de 6666 Hz, para atingir o nível mais alto de largura de banda e melhor desempenho. 

O aplicativo pode comparar dois padrões mecânicos de dados de vibração, a vibração em teste (Compare-app) com a vibração de um cenário padrão adquirido anteriormente (Training-app). 

  • Monitor de Vibração – Treinamento: foi projetado para adquirir o padrão de vibração de equipamentos novos ou funcionando corretamente. O padrão de vibração é convertido usando a função Fast Fourier Transform (FFT) e é armazenado no cartão de memória no dispositivo SensorTile.box. 
  • Monitor de Vibração – Compare: foi projetado para monitorar o mesmo equipamento e comparar os padrões de vibração com a amostra original capturada pelo Monitor de Vibração – Treinamento. Se a diferença entre a análise de vibração no Monitor de Vibração – Monitor de Treinamento e Vibração – Comparar excede um parâmetro delta definido (que pode ser modificado de acordo com a idade do equipamento e as condições de carga), o LED do usuário verde no dispositivo Sensortile.box e o ícone LED na tela do smartphone acendem.

Aplicativo de monitoramento de vibrações – detecção de eventos

Os aplicativos de Monitoramento de Vibração funcionam com as seguintes configurações de sensores de movimento de alta precisão ST e configurações do parâmetro operacional: 

  • ENTRADA DE DADOS DO APP: valores do acelerômetro para treinamento e fases de comparação 
  • SENSORES USADOS: Sensor de aceleração de alta largura de banda LSM6DSOX
  • CONFIGURAÇÕES DO SENSOR: 
    • Modo de alto desempenho 
    • Taxa de dados de saída: 6666 Hz 
    • Filtro: nenhum 
    • Fundo de escala: 2 g 
  • SAÍDA DE DADOS DO APP:
    • LED verde na caixa SensorTile.
    • LED amarelo na tela do ST BLE Sensor App

Como utilizar o modo Expert do SensorTile.box:

O aplicativo STE BLE Sensor pode ajudá-lo a desenvolver seu próprio aplicativo ou personalizar um já existente, que você pode carregar e executar no dispositivo SensorTile.box. 

Passo 1. Retorne à tela principal do aplicativo ST BLE Sensor. 

Passo 2. Selecione [CRIAR UM NOVO APLICATIVO].

Passo 3. Selecione [EXPERT VIEW]. Uma nova tela aparece com aplicativos salvos.

Passo 4. Selecione [+ NOVO APP].

Passo 5. Selecione uma ou mais das entradas de dados do sensor desejadas. Sensores não selecionados são colocados em modo sleep. 

Passo 6. Selecione [DEFINIR ENTRADA] para confirmar

Passo 7. Selecione o ícone de engrenagem ao lado de cada sensor e defina os parâmetros de acordo com os requisitos do aplicativo 

Você pode definir parâmetros como fundo de escala, taxa de dados (ODR), Modo de Alimentação, Filtro, etc., de acordo com as especificações do dispositivo fornecidas nos data sheets correspondentes do sensor. 

Após a seleção do sensor, a tela de funções lista as funções disponíveis para os sensores habilitados. Para o sensor de temperatura, por exemplo, as funções disponíveis são mostradas abaixo.

Passo 8. Escolha entre um dos seguintes tipos de saída:

  • Via Bluetooth para o seu smartphone (para visualizar determinados dados)
  • Para o cartão de memória (micro SD) 
  • Via USB para um host (ou seja, um PC). 
  • Ao LED do usuário para tipos de dados lógicos (como a saída de uma função de limiar ou comparação). 

A opção LED é obtida selecionando [Salvar como EXP] na tela de seleção de saída e habilitando a propriedade de saída associada. 

Existem dois tipos especiais de saída: 

  • [Salvar como ENTRADA]: é uma maneira de concatenar diferentes funções e gerar diferentes ramos que serão processados um após o outro. 
  • [Salve como EXP]: produz uma filial de aplicativo cuja saída seja um “verdadeiro” ou “falso” digital. Esse valor pode ser usado em outras comparações ou funções lógicas. 

Um aplicativo salvo como EXP ou como INPUT aparece na tela de seleção de entrada para que possa ser usado em geração de aplicativos mais complexa. 

Passo 9. Salve seu aplicativo com um nome apropriado e comentário opcional.

Modo Profissional do SensorTile.box

O SensorTile.box é totalmente compatível com o STM32 Open Development Environment (STM32 ODE) para os desenvolvedores personalizarem o firmware SensorTile.box. 

Na verdade, você pode usar os pacotes de função STM32Cube FP-SNS-STBOX1, FP-SNS-ALLMEMS2 e FP-AI-SENSING1.

A placa é compatível com STLINK-V3 e STLINK-V3MINI (com pinos UART para depuração), e a versão mais recente da caixa Sensortile.box inclui uma placa adaptadora e cabo para a programação e dispositivo de depuração ST-LINK/V2.

Conclusão

Com isto, demonstramos o caminho para avaliação, prototipagem e desenvolvimento utilizando o nosso SensorTile.box, o kit pronto para uso como plataforma de sensores IoT sem fio projetada para ajudá-lo a construir novas aplicações que usam sensores de movimento e meio ambiente, independentemente do seu nível de experiência.

Nós da ST temos um comprometimento com a inovação e com a continua expansão de nosso ecossistema de desenvolvimento, facilitando a adoção de novas tecnologias no mercado brasileiro.

Links uteis

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

Receba os melhores conteúdos sobre sistemas eletrônicos embarcados, dicas, tutoriais e promoções.

Internet Das Coisas » Como utilizar o kit wireless multi sensor, SensorTile.box, em aplicações em IoT
Comentários:
Notificações
Notificar
guest
2 Comentários
recentes
antigos mais votados
Inline Feedbacks
View all comments
Marcelo Lima
08/06/2020 18:09

Thiago, já está disponível no Brasil?

Thiago Reis
Thiago
Reply to  Marcelo Lima
09/06/2020 11:13

Oi Marcelo, você pode encontrar o SensorTile.box através de qualquer distribuidor oficial ST para compra.

Talvez você goste:

Séries

Menu