IoT není prázdný pojem. Tento trend hýbe světem a firmy, které se na současné vlně svezou, budou mít na růžích ustláno. A jak si kdo ustele, tak si i lehne. Ale nepředbíhejme, v tuto chvíli ještě odpočívat nemůžeme. Jsme přece vývojáři a jako takoví jsme dosud neřekli poslední slovo. Máme zkušenosti, oplýváme nápady a ať se to někomu líbí nebo ne, žijeme též v určité symbióze s distributory.
Požádali jsme proto některé z nich (ti ostatní neodpověděli), aby ty z nás, kteří se do soukolí internetu věcí již dostali, inspirovali novinkami ze své nabídky. Výsledek na sebe nenechal dlouho čekat a ukázal směr, který jsme předpokládali: IoT bude z velké části právě o komunikaci. Informace je prostě zapotřebí vykřičet světu. Bude tak činit chytrá krabička, smart city a s rukama založenýma v klíně nezůstane sedět ani inteligentní distributor. Ale nebojte, nebude to jen o bezdrátových modulech nebo čipech. Prostor dostane i klasický RJ45 a ještě si cestou okolo sebe něco uzmeme.
Narrowband IoT: nový způsob komunikace s „věcmi“
Špatný signál, zvýšený výkon vysílače a nadměrná spotřeba celého zařízení. Známe to všichni. Standardy pro celulární sítě navíc funkce snižující spotřebu nepodporují, takže pro levná zařízení s několikaletým provozem na jednu baterii vhodné nebudou. Přesně pro ně proto u-blox připravuje technologii souhrnně nazvanou Narrowband-IoT (NB-IoT). O co se jedná?
NB-IoT je technologie LPWA (Low Power Wide Area), která jednoduše a efektivně spojuje zařízení prostřednictvím již existující sítě 2G/3G/4G a bude vhodná zejména pro aplikace přenášející menší objemy dat (se zachováním odezvy typické příslušné síti), které jsou umístěny v místech s horším signálem a ještě k tomu vyžadují nízkou spotřebu. Typickými vlastnostmi modulů NB-IoT jsou
standard 3GPP (Rel. 13 a pozdější) umožní dostupnost zařízení v sítích 2G/3G/4G- nízká spotřeba, kompaktní rozměry
- o 20 dB lepší pokrytí ve srovnání s běžným GSM při zvýšeném výkonu o 23 dBm
- využití licencovaného pásma eliminuje rušení v pásmu jinými vysílači
- datový tok dle sítě, 10 kbps (2G) až 360 kbps (LTE Cat. 0)
- menší vytížení sítě umožní připojení více zařízení na BTS
- nízká cena ve srovnání se standardními moduly GSM
Standard 3GPP Rel. 13 bude obsahovat technologie LTE Rel. 13 Cat. 0 (březen 2016) a 3GPP NB-IoT (červen 2016). V rámci NB-IoT u-blox na tento rok připravuje moduly ve formátu SARA (16x23x3 mm), které budou postupně podporovány v sítích 2G, 3G a 4G, budou kompatibilní se stávajícími 2G a 2G/3G moduly SARA-G3/U2 a doplní řadu modulů pro komunikaci 2G, 3G, 4G, Bluetooth, Bluetooth Low Energy, NFC, WiFi a V2X.
LoRa: Microchip udává směr
Další zajímavou technologií pro komunikaci v internetu věcí, resp. zařízení pro vzdálenou signalizaci a řízení, bude LoRa. Navržena byla jak pro evropské (868 MHz), tak americké pásmo (915 MHz). Nabídne citlivost -136 dB, odolnost vůči rušení -16 dB pod úrovní šumu a dosah na přímou viditelnost 40 km, v městské zástavbě pak zhruba 2 km. Na HW.cz jste mohli číst LoRa Technology: plocha rozsáhlá, dat poskrovnu a spotřeba skoro žádná.Pro snadnou realizaci koncového bodu vytvořil Microchip speciální modemy složené z rádiové části, řadiče s úplnou implementací protokolu LoRaWAN, hodin reálného času a EEPROM. Jsou kromě toho první, které byly certifikovány LoRa Alliancí a staly se tak standardem pro ostatní. V současné době je u nás možná spolupráce s Českými Radiokomunikacemi, kteří mají ambici pokrýt Česko signálem.
Pokud si opět vystačíme s malým objemem dat, ale kilometry jsou příliš, nabídne Microchip i jiná řešení, např. BT LE modul RN4020 umožňující jednoduchou a zároveň velice rychlou integraci do nových zařízení. Měří jen 11,5x19,5x2,5 mm a s vestavěnou PCB anténou překlene více než 100 metrů.
Wi-Fi jako černá skříňka
A v bezdrátové komunikaci pokračujeme i nadále. K jednopásmovému Wi-Fi modulu DNSA-141 (Wistron, 25x20 mm) nyní přibývá druhý s podporou 2,4 GHz a 5 GHz a možností diverzitního provozu v nižším pásmu. Nese označení DNSA-144, měří 25x42 mm a oba pak vychází z referenčních návrhů Qualcomm. Pro vývojáře to znamená nejen vývojové desky nebo speciální stránky s kompletním podpůrným balíčkem ale rovněž exkluzivní technickou podporu. O rychlé a také jednoduché spojení se systémovým prostředím založeným na MCU se stará rozhraní SPI. Na HW.cz viz také článek Wi-Fi moduly pro internet věcí se vším všudy.
Kompletní TCP/IP protocol stack společně s vyššími protokoly jako jsou HTTP, DHCP a DNS byly spolu se šifrováním integrovány již do výchozích modulů QCA4002/4. Nejsou tak požadovány žádné hlubší znalosti z oboru Wi-Fi a vývojáři se proto mohou soustředit spíše na klíčové aplikace běžící na jejich host mikrokontroléru. QCA4002/4 zde pracuje jako „černá skříňka“ realizující veškeré síťové procesy s využitím svého vlastního CPU, třebaže ji přitom lze řídit i z vnějšku.
LoRu jsme již sice zmiňovali, ale zase tak jednoduché to vývojář mít nebude. SIGFOX u nás pokrývá tři města a do konce roku přibude celá republika, tak přesně to hlásal náš nedávný titulek. Síť se instaluje na konstrukce standardních mobilních vysílačů, kde umožňuje úsporný přenos malých datových objemů na velké vzdálenosti, v přímé viditelnosti klidně i 120 km. Pilotní provoz u nás prokázal velmi dobrý průnik do budov a také vysokou spolehlivost doručení zprávy i za špatných rádiových podmínek při pokrytí místa z více základnových stanic. Stačí si jen vybrat.
Bezdrátová řešení pro takto vzniklé LPWAN, pracující ve volném pásmu 868 MHz, nyní nabízí též Atmel formou Single-Chip SIGFOX RF Transceiveru ATA8520D (na blokovém schématu, podrobnější informace).
C-Control hlásí odladěno. Už jen rozšiřujeme
Hotové moduly jsou sice fajn, ale což takhle rovnou celou stavebnici? Posuďte sami. Modulární systém C-Control není novinkou v tom pravém slova smyslu, ale spíše „historicky odladěným“ systémem, který se neustále rozšiřuje o další komponenty. Jak by se dal jednoduše popsat?Především se jedná o zázemí vlastního vývoje. Firma Conrad totiž moduly nepřeprodává, ale přímo vyvíjí a nechává vyrábět s ohledem na potřeby evropského uživatele. C-Control je tedy žijící a dále se rozšiřující platforma za níž stojí velká komunita uživatelů, nadšenců pro elektroniku. Přináší širokou nabídku A/D modulů (vč. elektrické a neelektrické senzoriky) a také tolik potřebnou multikonektivitu, tj. všechna běžně používaná rozhraní + Wi-Fi, GSM apod. V našem přehledu věnovaném internetu věcí má tedy své čestné místo. Více na www.c-control.de.
XBee: první krůčky se dvěma kity
Každý nějak začíná a učení z nebe taky nepadají každým dnem. Pro všechny vývojáře, ale třeba i studenty, kteří se se známými moduly Digi chtějí naučit pracovat, výrobce aktuálně připravil dvě užitečné sady, XBee ZigBee Mesh Kit (na obr.) a Wireless Connectivity Kit w/ XBee 802.15.4, se kterými rychle vytvoří spolehlivé spojení s minimálním proudovým odběrem, a to klidně pro celé bezdrátové sítě senzorů.
O tom, že se dá modul XBee z nabídky Digi International vybrat jednoduše v pěti bodech, jsme na HW serveru psali v březnu. Otázce komunikačních protokolů, tj. IEEE 802.15.4, ZigBee / ZigBee SE (Smart Energy), DigiMesh (Digi), Multipoint (Digi) a také IEEE 802.11 (Wi-Fi), se pak věnoval samostatný článek Krabička se chce připojit, ale jak? Moduly XBee by na to šly takto.
Napájet znamená sbírat
Poslední dvě zastavení ve světě IoT patří již součástkám. Obvod EM8500, Power Management Controller with Energy Harvester Interface, od EM Microelectronic představuje integrované řešení pro „smart“ power management nízkovýkonových aplikací. Je speciálně navržen pro ovládání různých zdrojů ss proudu včetně termálních generátorů a fotovoltaických článků v rozsahu od μW po mW.
Struktura bude pracovat s řadou sekundárních článků – akumulátory, superkapacitory nebo též tradičními kapacitami. V případě primárních baterií pak vestavěná jednotka PMU dokáže prodloužit jejich výdrž. Pod maximální výtěžnost energie sesbírané z okolního prostředí se dále podepisuje funkce MPPT (Maximum Power Point Tracking).
RJ45: hlavně moc nevyčnívat
Slibovali jsme drátové připojení? Máte ho mít. Existuje opravdu mnoho zařízení, která pomocí klasického konektoru RJ45 na internet připojujeme. A jejich počet díky IoT dále stoupá závratnou rychlostí. Často jsou to malé, jednoduché krabičky a mohly by být ještě menší, nebýt toho RJ45, který konstrukční výšku desky plošných spojů určuje nejčastěji. Existuje však jednoduché řešení.
RS3-21001D1A je klasický konektor 8P8C s integrovanými transformátory a dvěma LEDkami, ale v zapuštěném provedení. Bude se tedy lišit svou konstrukční výškou nad DPS, jen 7,75 mm - oproti standardním 13,5 mm, resp. 11,5 mm v případě verzí Low Profile. Jsou to sice pouhé milimetry, ale s pokračující miniaturizací se brzy stanou hrubou mírou i ty.
IoT a oni. A co vy?
Můžeme vyvíjet elektroniku a libovat si u toho, jak pěkně jsme zůstali světem internetu věcí nepolíbeni? Snad, ale dlouho se stejně radovat nebudeme. Tohle je prostě realita, na kterou je dobré být připraven. Už se po nás nežádají žádné hlubší znalosti komunikačních protokolů, výrobci servírují jeden vývojový kit za druhým a spotřeba, kdo si dnes ještě dovolí mrhat energií? Snad jen ten přímotop, ale od toho se to přece žádá. S minimálními proudovými odběry si tak vystačíme s hromadou energie všude okolo sebe, jen ji vidět a sami být také viděni.
Sedmi různými pohledy na internet věcí naše téma ještě ani zdaleka nekončí. A není to jen o vf modulech, bude to samozřejmě též o lidech a jejich nápadech. Máte současnému světu co nabídnout, říct? Chtěli byste, ale něco tomu pořád chybí? Nebo vám při vyslovení „internet věcí“ naskakuje spíše vyrážka? Napište nám o tom do redakce@hw.cz a třeba s tím půjde něco udělat! Vždyť IoT tu máme už i jako studijní obor. Stejně jako počítačové hry nebo grafiku.
