Jste zde

Malé, chytré, české… Bezdrátová platforma IQRF

QVGA_new_disp.jpg

IQRF je česká platforma inteligentního bezdrátového připojení s nízkými přenosovými rychlostmi, menšími objemy dat a velmi malou proudovou spotřebou. Při nízkých nákladech nabízí vysokou výkonnost, spolehlivost, bezpečnost a velice snadné použití. Je vhodná pro libovolné elektrické zařízení, kdekoli je potřeba přenos informací, jako dálkové ovládání, monitorování, alarm, zobrazování a zpracování dálkově pořízených dat nebo připojení více prvků do bezdrátové sítě. Typickými aplikacemi jsou telemetrie, průmyslové řízení a automatizace budov.

Výhodou bezdrátového připojení je jednoduchá instalace, flexibilita, snadné změny v budoucnu, větší komfort, a často i nižší pořizovací náklady. Investice jsou velmi dobře návratné, např. centrálně ovládané radiátory regulující požadované teploty v jednotlivých místnostech přinesou uživateli značné úspory na nákladech za topení a výrobci radiátorů konkurenční výhodu.

Použití IQRF (naprogramování funkce podle vlastní potřeby) je tak snadné, že si je může realizovat každý konstruktér či výrobce zařízení sám, není potřeba znát problematiku VF, datových přenosů, sítí, digitální techniky, procesorů ani programování. Není nutné drahé vybavení, znalost norem, certifikace, není potřeba počáteční tříměsíční etapa studia protokolů, … První aplikaci komunikující mezi dvěma body lze zprovoznit s minimální investicí během desítek minut, síťové aplikace jsou pak záležitostí hodin nebo dní, ne týdnů či měsíců.

Pro bezdrátovou komunikaci vzniklo několik standardů, které se těžko uplatňují v praxi. Ve snaze o maximální komplexitu a výkonnost mají komplikované (a placené) protokoly, vyžadují drahý hardware a vývoj jejich aplikací je velmi složitý, zdlouhavý a drahý. Komplexní protokol znamená přebujelou komunikaci a snížení průchodnosti; ta musí být kompenzována zvýšeným vysílacím výkonem, což přináší větší rušení, zvýšený provoz a vyšší proudovou spotřebu… Výsledkem pak je, že i přes vysoké náklady lze stěží dosáhnout uspokojivých výsledků i v mnohem jednodušších aplikacích, než na které byly tyto standardy původně dimenzovány.

Platforma IQRF vznikla v roce 2004 na základě zcela odlišných myšlenek:

  • Lehký, ale dobře koncipovaný protokol
  • Dobře propojitelné nezávislé sítě jsou efektivnější než jedna obří síť
  • Strukturování, řetězení a hierarchie umožňují menší provoz i spotřebu
  • Hrubá síla (vysílací výkon) nemá zdaleka takový význam, jako soft (IQ) záležitosti: kódování, časování, routování, koordinace, …

Sítě IQRF

Operační systém IQRF OS poskytuje pro řízení sítí výkonné nástroje včetně implementace komunikačního protokolu . Podporovány jsou dva režimy:

Peer-to-peer ("nesíťová" komunikace) Dva nebo více (neomezený počet) prvků na stejné úrovni. Posílají se jen uživatelská data, OS k nim již žádnou dodatečnou podporu neposkytuje. Pakety jsou přístupné všem prvkům v dosahu a jejich zpracování plně závisí na uživatelském programu. Pro jednoduchou komunikaci mezi dvěma body je to nejjednodušší řešení. Komunikace není komplikována "síťovými informacemi". Pokud uživatel nějaké (např. adresy) potřebuje, může si je začlenit k uživatelským datům.

IQMESH ("síťová" komunikace) MESH je nejobecnějším typem topologie sítě. Na rozdíl od hvězdicových, lineárních a dalších sítí nepředpokládá žádné specifické vlastnosti konkrétního uspořádání. Je-li adresát mimo přímý dosah, paket mu lze doručit pomocí jiných prvků sítě (routerů), které v dosahu jsou. Dobře navržená MESH je velice odolná a spolehlivá. IQMESH je implementace sítě na platformě IQRF. Jejím vlastníkem je MICRORISC s.r.o. , je patentově chráněná, ale otevřená a bezplatná.

Vlastnosti IQRF a IQMESH

IQMESH má jeden koordinátor (C) řídící síť a jeden až 239 koncových prvků (Node). OS pro ni poskytuje plnou a sofistikovanou síťovou podporu: transparentní (bufferově orientované) vysílání i příjem, komunikační režimy, párování, identifikace, adresování, routování, filtrování, přepínání kanálů a komunikační rychlosti atd. Potřebné síťové informace se do paketů přidávají automaticky. Pakety jsou přístupné pouze adresátovi. Veškerá komunikace uvnitř sítě je kódována. Jedním z unikátů IQMESH je, že každý prvek může současně pracovat ve dvou (nebo více) nezávislých sítích. To je velice elegantní metoda řetězení sítí, přičemž protokol zůstává lehký i pro neomezený počet prvků v "supersíti" a přirozeně je podporováno sdílení dat a strukturování sítě, což vede k úspornému provozu a omezení rušení i proudové spotřeby. IQMESH umožňuje použití různých routovacích algoritmů podle topologie.

Pakety mohou být "síťové" i "nesíťové", adresované individuálně, skupinově nebo broadcast. I s nízkými vysílacími výkony poskytuje IQRF vynikající výkonnost a imunitu vůči dynamickým změnám v dosahu. K dispozici je i další podpora: rozšiřující moduly pro OS (plug-in), HW profily (pro řízení zasíláním příkazů, bez nutnosti programování), bezdrátové "nahrávání" programu, průzkum sítě pro transparentní vyhledávání routovacích cest atd.

IQRF využívá frekvence 868 MHz (EU), 916 MHz (USA), případně 434 MHz (EU, USA) v bezplatném pásmu ISM. Přenosová rychlost je softwarovově volitelná od 1.2 kb/s do 86.2 kb/s. Vysílací výkon je do 1.3 mW, do 3.5 mW nebo do 10 mW (podle typu TR), programovatelný v 8 krocích. Dosah signálu je typicky až 700 m ve volném prostoru.

IQRF klade velký důraz na dosažení ultranízké proudové spotřeby. Pro její řízení je k dispozici řada režimů:

  • Sleep: nečinnost, pouze čekání na událost:
    • na stisk tlačítka nebo na signál (2 µA)
    • čekání na uplynutí času (4 µA)
  • Run: mikrokontrolér je plně funkční
    • VF část deaktivována (17 µA až 1 mA, podle hodinové frekvence 31 kHz až 8 MHz).
    • VF část aktivována (s reakční dobou TX - RX 250 µs) se odběr zvýší o 600 µA.
  • Rx:
    • režim XLP: 600 µA
    • režim LP: 4 mA
    • režim STD: 13 mA
  • Tx: od 4 mA do 24 mA (podle typu modulu a výstupního výkonu)

IQRF je kompletní platforma. Kromě vlastních komunikačních prvků zahrnuje i protokol (otevřený a bezplatný), software, vývojové prostředky, příslušenství a aplikační podporu, to vše od jediného českého výrobce. Využívá řadu unikátních, patentově chráněných vymožeností.

Moduly transceiverů

Základním komunikačním prvkem je modul transceiveru (TR). Všechny TR IQRF jsou obousměrné, čímž poskytují větší výkonnost a nesrovnatelně vyšší spolehlivost a zabezpečení. Na kompaktním plošném spoji formátu karty SIM (14.9 × 25 mm) je integrován radiový obvod, mikrokontrolér a další periferie (I/O, sériová EEPROM, teplotní čidlo, dvě LED, napěťový regulátor a případně i anténa). Mikrokontrolér je vybaven operačním systémem s příkazy pro obsluhu všech funkcí TR včetně komunikací a přímé podpory sítí implementací protokolu IQMESH. TR se snadno integrují do uživatelského zařízené pomocí konektoru SIM nebo pájením (SMT). Má-li "nahrán" uživatelský program, stačí pouze připojit napájení a případně anténu (pokud TR nemá anténu interní).

Každý TR může pracovat jako Koordinátor nebo Node. Kromě vlastní funkce může současně pracovat i jako router na pozadí. TR lze využít i jako router plug-and-play, určený pouze pro routování paketů za účelem prodloužení dosahů v síti. Ten není potřeba programovat. Nové moduly TR-52B a TR-53B parametry i cenami výrazně překonávají všechny starší řady.

Komunikační brány

Jednoduchá rozhraní mohou být realizována přímo moduly TR: SPI (podporováno OS na pozadí), UART, I2C (podporovány HW mikrokontroléru a OS plug-in) a další (realizované uživatelským programem, podporovány aplikačními příklady nebo pomocí plug-in). Komplexní standardy, jako USB, Ethernet, GSM, CAN, LIN a další se zpřístupňijí pomocí komunikačních bran (gateway). Ty poskytují i další funkce (vyšší výkonnost, paměti, I/O, A/D, displej, LED, klávesnici, přesný čas atd.). Do sítě IQRF má přístup i lidská obsluha – nejen pomocí PC nebo mobilního telefonu, ale i přes gateway s dotykovým displejem QVGA nebo inteligentním uživatelsky programovatelným obousměrným dálkovým ovladačem.

         

Aplikace

Vše, co bývá potřeba k navržení první aplikace IQRF, je pouze některá z vývojových sad.

Součástí je (i volně stažitelný) balíček StartUp Package, který jednoduchou rozbalovací procedurou automaticky nainstaluje veškerý potřebný vývojový software včetně integrovaného vývojového prostředí IQRF IDE. Vývojový kit se zasunutým TR připojený k PC slouží i jako programátor a ladící prostředek. V balíčku obsažené příklady lze okamžitě nahrát do TR a spustit. Jejich zdrojové kódy lze libovolně měnit podle požadavků uživatele. Používá se jazyk C, ale díky OS a příkladům je programování v něm velice jednoduché a intuitivní, nesrovnatelně snazší než v C pro PC.

 

Další informace viz www.iqrf.org.

Projekt je realizován za finanční podpory prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR.

Odkazy

Hodnocení článku: 

Komentáře

Hezké, jen jsem hledal zapojení pro ovládání zásuvky 230V / vypínače světel pomocí IQRF, ale ne a ne ho najít. Víte o něčem takovém? Díky.

Na to stačí ten nejzákladnější modul na vysílací i přijímací straně. Ovládání zásuvky je stejné, jako ovládání LEDky (to je v ukázkových programech). Jen se program upraví pro ovládání jiného pinu a tam se připojí vstup výkonového spínače.

Použití IQRF .... je tak snadné, ...., není potřeba znát .... procesorů ani programování.

Koukam ze k programovani uz neni potreba ani umet programovat :D