IoT este disponibil pentru toată lumea

Lumea tehnologiei se schimbă mai rapid ca niciodată în zilele de azi, iar ritmul în care tehnologiile noi sunt introduse în aplicațiile wireless nu a încetinit. Internet of Things (IoT) alimentează inovația în aproape fiecare aspect al vieților noastre. Simpla conectare a „obiectelor” care nu au mai fost conectate până acum duce la obținerea de informații noi care se traduc în schimbări importante. IoT este o mega-tendință în tehnologie, care nu doar că va fi un test de anduranță pentru sistemele vechi, ci va și modela soarta companiilor mici și mari din diferite industrii. Se estimează că vor exista 50 de miliarde de dispozitive conectate IoT până la finalul anului 2020, și 100 de miliarde până în 2025.

Odată cu schimbarea standardelor de transmisie pentru acomodarea dispozitivelor Iot, nu a fost niciodată mai ușor pentru un pasionat de wireless să încerce să proiecteze o nouă schemă de modulație, și există nenumărați senzori noi disponibili care pot fi asociați printr-o legătură wireless. De asemenea, aceste tehnologii sunt mai accesibile ca niciodată pentru toată lumea. Acest articol va discuta despre fiecare dintre aceste dezvoltări și despre felul în care toată lumea poate obține chiar acum această tehnologie necostisitoare și care poate fi găsită peste tot.

Tehnologiile radio Low Power Wide Area Network (LPWAN) sunt disponibile pe infrastructuri celulare și există deja de câțiva ani. Narrow Band Internet of Things (NB-IoT), Long Term Evolution Machine Type Connection (LTE-M și LTE-MTC) și enhanced Machine Type Communication (eMTC) sunt opțiuni populare. Avantajul acestor tehnologii este faptul că se bazează pe turnurile celulare existente care sunt utilizate pentru comunicări vocale și trafic în lățime de bandă largă. Totuși, un dispozitiv care necesită doar ocazional raportare și control nu necesită lățime de bandă largă, iar din moment ce multe funcționează pe baterii, a existat necesitatea creării standardelor de putere mai mică și de lățime de bandă mai redusă pe care le permit aceste standarde de tehnologie.

Alte tehnologii care nu utilizează rețelele celulare existente și pentru care trebuie să se construiască infrastructuri noi includ Sigfox, LoRa/LoRaWAN și NB-Fi, acestea fiind doar câteva exemple. Dezavantajul acestora este necesitatea de a utiliza o legătură de tip uplink pentru conexiune la internetul mai larg. În timp ce acești operatori de rețele non-celulare oferă această legătură uplink ca serviciu, acesta este încă un sistem de rețea pentru computere care trebuie negociat.

Cu toate acestea, operatorii rețelelor celulare sunt companii mari și nu este realist să concurați în mod eficient cu ei. Cea mai bună abordare este să cumpărați „timp” pe rețelele lor, adoptând modemuri care le respectă standardele, iar apoi să plătiți un plan de utilizare lunară.

Rețelele non-celulare pot fi construite cu fonduri modeste și cu limitarea faptului că aria geografică pe care o acoperă nu este globală până când nu se realizează conexiunea cu un server care asigură legătura cu internetul. Oricum, există multe cazuri de rețele care nu necesită conectivitate la nivel global. Un exemplu este configurarea senzorilor pentru nivelul de asamblare și producție dintr-un complex industrial. De fapt, în aceste aplicații rețeaua trebuie să fie izolată.

Vestea bună este că accesul la rețelele celulare, precum și cipurile și modulele pentru construirea unei rețele de putere mică, sunt disponibile, iar planurile de date în rețea pot costa chiar și numai 3,00 $ pe lună. Tot ce mai trebuie este un modem autorizat de operatorul rețelei celulare, iar orice dispozitiv poate fi „online” la nivel global.

Soluțiile electronice sub forma modulelor continuă să se dezvolte în ritm dramatic. În loc de a necesita experiență pentru proiectare la nivel de cipuri, un proiectant poate obține un radio pre-construit și certificat. Acest lucru nu doar că reduce necesitatea de a avea cunoștințe tehnice ample în domeniul RF, dar și garantează că produsele ajung pe piață mai rapid. Într-o verificare recentă, după ce s-au căutat cipurile utilizate în module, iar apoi s-a descoperit ce tip de client cumpăra fiecare modul, a fost surprinzător să vedem că acele companii care aveau cunoștințele necesare nu doar că achiziționau aceleași cipuri care erau utilizate în module, ci achiziționau și modulele, iar ambele erau cumpărate în cantități de mii de unități – unități de producție. Acest lucru susține noțiunea că poate fi mai bine să ajungeți pe piață cu un produs cu cost mai puțin optimizat pentru a testa piața cu privire la un produs nou decât să proiectați de la zero un produs cu cost optimizat. Dacă piața testată este suficient de mare, costul produsului poate fi optimizat, ajungând chiar și până la nivelul cipurilor. Dar există un nivel chiar și mai mic decât cel al cipurilor, pe care acest articol îl va denumi nivelul formei de undă.

Radiourile definite prin software (SDR-uri) permit unui dezvoltator să experimenteze cu scheme de modulație complet noi. Dacă există o nevoie unică, iar proiectantul are experiența necesară, se poate dezvolta un standard radio brevetat. Chiar dacă experiența nu există, un proiectant poate învăța multe din experimentarea cu SDR, și este și o activitate distractivă. De exemplu, un coleg al autorului acestui articol are brevet pentru decodarea transmisiunilor FM stereo prin interpolarea valorii semnalului benzii de bază la momentul precis în care semnalul egalizează forma de undă din stânga sau din dreapta și fără sincronizarea ceasului sistemului cu operatorul RF. Aceasta este o abordare software pentru descompunerea semnalului compus, iar toate acestea pot fi implementate azi într-un SDR. Brevetul respectiv are aproape 30 de ani, iar dezvoltarea acestuia a fost o adevărată provocare. Astăzi este simplu de realizat cu SDR-uri disponibile în comerț.

Un astfel de SDR este modulul de învățare avansată Analog Devices PLUTO (ADALM-PLUTO) de la Analog Devices și este disponibil pentru expediere direct de pe piață pentru aproximativ 150 $, începând din septembrie 2020. Acesta asigură o interfață cu un computer personal printr-o legătură USB, conține un FPGA care poate fi reconfigurat cu ușurință, are compatibilitate extinsă pentru limbajul de programare Python și poate transmite și primi semnale într-un interval cuprins între 325 MHz și 3,8 GHz. Dacă un proiectant chiar dorește să cunoască și să utilizeze RF, poate începe la acest nivel.

Revenind la ideea produselor specifice, senzorii se dezvoltă cu sutele sub forma cipurilor și a modulelor. Există, efectiv, sute de mii de senzori diferiți disponibili de la distribuitori, inclusiv de la DigiKey, care oferă peste 210.000 de senzori diferiți.

Iată câteva tipuri diferite de senzori care sunt disponibile:

• Senzori de proximitate
• Senzori, traductoare, Senzori de temperatură – ieșire analogică și digitală
• Senzori, traductoare, Senzori specializați
• Senzori, traductoare, Senzori de gaze
• Senzori, traductoare, Senzori de poziție – măsurare unghi, poziție liniară
• Senzori, traductoare, Senzori de presiune, traductoare
• Senzori, traductoare, Senzori de umiditate, umezeală
• Senzori, traductoare, Senzori de curent
• Senzori, traductoare, Senzori optici – senzori de lumină ambientală, IR, UV
• Senzori, traductoare, Senzori optici – măsurare distanță
• Plăci de dezvoltare, kituri, programatoare, plăci de evaluare – senzori
• Senzori, traductoare, Senzori magnetici – poziție, proximitate, viteză
• Senzori, traductoare, Senzori optici – fotoelectrici, industriali
• Senzori, traductoare, Senzori de mișcare – accelerometre
• Senzori, traductoare, Senzori de imagine, cameră

Oricare dintre acești senzori, sau o combinație dintre aceștia, se poate încorpora într-un produs care se poate conecta la internet printr-o gamă amplă de opțiuni wireless.

De exemplu, un proiect online care arată conexiunea la internet a unui „controler de jaluzele” poate fi găsit pe maker.io la „TMC5161 Trinamic + AVR-IoT WG Microchip + IoT Studio Temp DigiKey” (Figura 1).

Figura 1: proiect pentru jaluzele controlate de la distanță, după cum se descrie în proiectul maker.io „Începeți și inovați proiectul de control al jaluzelelor”. (Sursă imagine: maker.io)

Kitul de dezvoltare de la Microchip Technology este axat pe aplicațiile inteligente de domotică prin IoT, iar mai multe detalii pot fi găsite aici: Kitul de evaluare pentru domotică prin IoT (Figura 2).

Figura 2: kitul de evaluare pentru domotică de la Microchip (Sursă imagine: Microchip)

Rezumat

Toată lumea are acces la IoT, iar kiturile de dezvoltare prezentate în acest articol reprezintă doar o mostră a instrumentelor care stau la dispoziția proiectanților IoT.

În final, vă dorim mult noroc la dezvoltarea următorului „Obiect” mare care va fi conectat la internetul obiectelor, în această lume conectată.