IoT er tilgængelig for alle

Teknologiens verden ændrer sig hurtigere end nogensinde i disse dage, og tempoet i introduktionen af ny teknologi til trådløse applikationer er ikke aftaget. Internet of Things (IoT) fremmer innovation i næsten alle dele af vores liv. Simpelthen at forbinde de “ting”, der aldrig var forbundet før, fører til nye dataindsigter, der oversættes til meningsfuld forandring. IoT er en megateknologisk trend, der ikke kun vil være en udholdenhedstest for ældre systemer, men også vil forme skæbnen for små og store virksomheder i mange forskellige brancher. Skøn er, at der vil være 50 milliarder IoT-tilsluttede enheder inden udgangen af 2020 og 100 milliarder i 2025.

Da transmissionsstandarder er ændret for at imødekomme IoT-enheder, har det aldrig været nemmere for en trådløs entusiast at prøve deres hånd med at designe et nyt moduleringsskema, og der er masser af nye sensorer til rådighed til parring med et trådløst link. Disse teknologier er også mere tilgængelige for alle end nogensinde før. Denne artikel vil tale om hver af disse udviklinger, og hvordan alle kan få fat i denne billige og gennemgribende teknologi lige nu.

Low Power Wide Area Network (LPWAN) radioteknologier er tilgængelige på mobilinfrastrukturer og har eksisteret i et par år nu. Narrow Band Internet of Things (NB-IoT), Long Term Evolution Machine Type Connection (LTE-M og LTE-MTC) og forbedret Machine Type Communication (eMTC) er populære. Fordelen ved disse teknologier er deres gearing af eksisterende mobiltelefontårne, der bruges til tale- og høj båndbreddetrafik. En enhed, der kun behøver lejlighedsvis rapportering og kontrol, kræver imidlertid ikke høj båndbredde, og da mange er batteridrevne, var der behov for de lavere effekt og lavere båndbreddestandarder, som disse teknologistandarder muliggør.

Andre teknologier, der ikke udnytter eksisterende mobilnetværk og skal have bygget infrastrukturer igen, inkluderer Sigfox, LoRa / LoRaWAN og NB-Fi for kun at nævne nogle få. Ulempen ved disse er at kræve en uplink for at parre til det bredere internet. Mens disse ikke-cellulære netværksoperatører leverer denne uplink som en tjeneste, er det endnu et computernetværkssystem at forhandle om.

Imidlertid er mobilnetværksoperatørerne store virksomheder, og det er ikke realistisk at konkurrere effektivt med dem. Det bedste kursus er at købe "tid" på deres netværk ved at vedtage modemer, der overholder deres standarder og derefter betale en månedlig brugsplan.

De ikke-cellulære netværk kan bygges ud med beskedne midler og med den begrænsning, at den geografi, de dækker, ikke er verdensomspændende, før de er forbundet til en server, der udfører broen til internettet. Uanset hvad er der mange forekomster af netværk, der ikke kræver verdensomspændende forbindelse. Et industrianlægs gulv med monterings- og produktionsfølere er et eksempel. Faktisk skal netværket isoleres i disse applikationer.

Den gode nyhed er, at adgang til mobilnetværk og chips og moduler til at opbygge et laveffektnetværk er tilgængelige, og netværksdataplaner kan koste så lidt som $ 3,00 pr. måned. Alt, hvad der er brug for, er et mobiloperatørcertificeret modem, og enhver enhed kan være "online" over hele verden.

Elektroniske løsninger i form af moduler fortsætter deres dramatiske vækst. I stedet for at kræve ekspertisen til at designe på chipniveau kan en designer få en radio genopbygget og certificeret. Dette reducerer ikke kun den nødvendige RF-tekniske indsigt, det får også produkter til at komme hurtigere på markedet. Efter en nylig kontrol var det overraskende at se, at virksomheder, der havde den nødvendige skarphed, ikke kun købte de samme chips, som blev brugt på modulerne, efter at have set de chips, der blev brugt i moduler, og så hvilken type kunde, der købte hver. købte også modulerne, og begge blev købt i mængder på tusinder af enheder - produktionsmængder. Dette understøtter forestillingen om, at det kan være bedre at komme tidligt på markedet med et mindre omkostningsoptimeret produkt for at teste markedet for et nyt produkt end at designe et omkostningsoptimeret produkt fra starten. Hvis det testede marked er stort nok, kan produktet derefter omkostningsoptimeres ved at gå helt ned til chipniveauet. Men der er et niveau, der er endnu lavere end chips, som denne artikel vil kalde bølgeformniveauet.

Softwaredefinerede radioer (SDR'er) tillader en udvikler at eksperimentere med helt nye moduleringsordninger. Hvis der er et unikt behov, og designeren har ekspertisen, kan der udvikles en beskyttet radiostandard. Selvom ekspertisen ikke er der, kan eksperimentere med en SDR lære en designer meget, og det er sjovt. For eksempel har en kollega til forfatteren af denne artikel patent på afkodning af FM-stereosendinger ved at interpolere værdien af basisbåndsignalet på det nøjagtige tidspunkt, når signalet er lig med den venstre eller højre bølgeform og uden ur, der synkroniserer systemet til RF transportør. Dette er en softwaretilgang til komposit signalnedbrydning, og alt dette kan implementeres i dag i en SDR. Dette patent er næsten 30 år gammelt og var en udfordring at udvikle. Det er nemt at gøre i dag med standard-SDR'er.

En sådan SDR er Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO ) fra Analog Devices og tilgængelig for fragt på lager for omkring $ 150 USD fra september 2020. De grænseflader til en pc over et USB-link, indeholder en FPGA, der let kan konfigureres, har omfattende understøttelse af programmeringssproget Python og kan transmittere og modtage signaler i et interval fra 325 MHz til 3,8 GHz. Hvis en designer virkelig vil kende og bruge RF, kan de starte på dette niveau.

Tilbage til ideen om specifikke produkter spredes sensorer i hundreder i form af chips og moduler. Der er bogstaveligt talt hundredtusinder af forskellige sensorer tilgængelige fra distributører, herunder Digi-Key, som tilbyder mere end 210.000 forskellige sensorer.

Her er nogle af de forskellige tilgængelige sensorer:

• Nærhedsfølere
• Sensorer, transducere temperatursensorer - Analog og digital udgang
• Sensorer, transducere specialiserede sensorer
• Sensorer, transducere gas sensorer
• Sensorer, transducere positionssensorer - vinkel, lineær positionsmåling
• Sensorer, transducere tryksensorer, transducere
• Sensorer, transducere fugtighed, fugt sensorer
• Sensorer, transducere strømssensorer
• Sensorer, transducere optiske sensorer - omgivende lys, IR, UV-sensorer
• Sensorer, transducere optiske sensorer - afstandsmåling
• Udviklingskort, sæt, programmeringsevalueringskort - sensorer
• Sensorer, transducere magnetiske sensorer - position, nærhed, hastighed
• Sensorer, transducere optiske sensorer - fotoelektriske, industrielle
• Sensorer, transducere bevægelsessensorer - accelerometre
• Sensorer, transducere billedsensorer, kamera

En hvilken som helst af disse sensorer eller en hvilken som helst kombination af dem kan inkorporeres i et produkt, der kan knyttes til internettet via en lang række trådløse muligheder.

For eksempel kan der findes et online-projekt, der viser forbindelsen til internettet af en “window blinds controller” maker.io ved "Trinamics TMC5161 + Microchips AVR-IoT WG + Digi-Key's IoT Studio Temp" (Figur 1).

Figur 1: Remote control window blinds-projektsom beskrevet i maker.io-projektet “Kickstart and Innovate your blinds control design”. (Billedkilde: maker.io)

Microchip Technology's udviklingskit er rettet mod smarte IoT-hjemmeautomationsapplikationer, og flere detaljer kan findes her: IoT Home Automation Evaluation Kit (Figur 2).

Figur 2: Microchips IoT Home Automation Evaluation Kit. (Billedkilde: Microchip)

Sammenfatning

Alle har adgang til IoT, og de udviklingssæt, der diskuteres i denne artikel, er kun et eksempel på de værktøjer, der er tilgængelige for IoT-designere.

Endelig held og lykke med udviklingen af det næste store "ting", der skal forbindes til tingenes internet i denne forbundne verden.