Az IoT mindenki számára elérhető

A technológia világa napjainkban gyorsabban változik mint valaha, és az új technológia vezeték nélküli alkalmazásokban való bevezetésének üteme nem csökkent. A dolgok internete (Internet of Things – IoT) életünk csaknem minden területén ösztönzi az innovációt. A korábban soha össze nem kapcsolt „dolgok” összekapcsolása már önmagában új adatfelfogáshoz vezet, ami jelentős változást jelent. Az IoT egy technológiai megatrend, amely nemcsak a régebbi rendszerek tartóssági próbája lesz, hanem számos különféle iparág kis- és nagyvállalatainak sorsát is meghatározza. A becslések szerint 2020 végéig 50 milliárd, 2025 végéig 100 milliárd IoT által összekötött eszköz lesz a világon.

Mivel az átviteli szabványok az IoT-eszközök befogadása érdekében megváltoztak, a vezeték nélküli technológia hívei minden eddiginél könnyebben próbálhatják ki magukat egy új modulációs elv kialakításában, és rengeteg új érzékelő áll rendelkezésre vezeték nélküli kapcsolattal történő párosításra. Ezek a technológiák ugyancsak jobban elérhetőek mindenki számára, mint eddig bármikor. Ez a cikk ezekről a fejlesztésekről szól, és arról, hogy miként szerezheti meg bárki ezt az olcsó és mindenütt jelenlevő technológiát.

A kis teljesítményű, nagy kiterjedésű hálózati (Low Power Wide Area Network (LPWAN)) rádiós technológiák már néhány éve léteznek és elérhetőek a mobil infrastruktúrákon. Népszerűek a dolgok keskeny sávú internete (Narrow Band Internet of Things – NB-IoT), a hosszú távú fejlődést biztosító gép kapcsolat (Long Term Evolution Machine Type Connection – LTE-M és LTE-MTC), illetve a továbbfejlesztett gépi kommunikáció (enhanced Machine Type Communication – eMTC) megoldások. Ezeknek a technológiáknak az az előnye, hogy a hang- és nagy sávszélességű adatforgalomhoz használt meglévő mobil tornyokat alkalmazzák. Azonban egy csak alkalmi jelentéseket és vezérlést igénylő készülékhez nincs szükség nagy sávszélességre, és mivel sokuk akkumulátorral működik, igény jelentkezett a technológiai szabványok által megengedett, alacsonyabb teljesítményre és sávszélességre vonatkozó szabványokra.

Új infrastruktúrát kell építeni az egyéb, nem a meglevő mobiltelefon-hálózatokat használó technológiák számára, mint például a Sigfox, az LoRa/LoRaWAN és az NB-Fi, hogy csak néhányat említsünk. Ezek hátránya, hogy egy felmenő kapcsolatra van szükségük az internethez való szélesebb kapcsolódáshoz. Ugyanakkor az ilyen nem mobiltelefonos hálózatok üzemeltetői szolgáltatásként nyújtják ezt a felmenő kapcsolatot, ez pedig egy újabb számítógépes hálózati rendszert jelent, amellyel számolni kell.

A mobiltelefon-hálózatok üzemeltetői azonban óriási cégek és a velük való hatékony versengés esélytelen. A legjobb megoldás „idő” vásárlása a hálózataikon a szabványaiknak megfelelő modemek adaptálásával és havi előfizetéssel.

A nem mobiltelefonos hálózatok szerény ráfordítással kiépíthetők olyan korlátozás mellett, hogy az általuk lefedett földrajzi terület addig nem terjed ki az egész világra, amíg nem kapcsolódnak egy olyan szerverhez, amely végrehajtja az internethez való csatlakozást. Kétségtelenül sok olyan hálózat létezik, ahol nincs szükség az egész világra kiterjedő kapcsolatra. Példa erre egy összeszerelő ipari üzem az összeszereléshez és gyártáshoz szükséges érzékelőkkel. Az ilyen alkalmazásokban valójában a hálózat elkülönítése szükséges.

A jó hír az, hogy a mobilhálózatokhoz való hozzáférés, valamint az alacsony fogyasztású hálózat kiépítéséhez szükséges chipek és modulok rendelkezésre állnak és a hálózati adatcsomagok havi díja akár 3,00 USD-ig is lemehet. Mindössze egy mobilszolgáltató által tanúsított modemre van szükség és a világon minden eszköz „online” lehet.

A modulok formájában megvalósított elektronikus megoldások folytatják drámai növekedésüket. Ahelyett, hogy chipszintű tervezéshez kellő szakértelemre lenne szüksége, a tervező beszerezheti az előre gyártott és tanúsított rádiót. Ezáltal nemcsak a szükséges RF technikai hozzáértés mértéke csökken, hanem a termékek is gyorsabban forgalomba kerülnek. Egy nemrégiben végzett ellenőrzés során, utánanézve a modulokban használt chipeknek, és látva, hogy milyen típusú vevők vásárolják őket, meglepő volt, hogy a szükséges hozzáértéssel rendelkező vállalatok nemcsak a modulokban használt chipeket vásárolták ezres tételben (gyártási mennyiségben), hanem magukat a modulokat is. Ez alátámasztja azt az elképzelést, hogy jobb lehet korábban piacra lépni egy kevésbé költségoptimalizált termékkel az új termék piacának tesztelése céljából, mint a kezdetektől fogva költségoptimalizált terméket tervezni. Ha a tesztelt piac elég nagy, akkor a terméket egészen chip-szintig lemenően költségoptimalizálni lehet. Van még azonban egy chipeknél alacsonyabb szint is, amelyet ebben a cikkben hullámforma szintnek nevezünk.

A szoftver által definiált rádiók (Software Defined Radio – SDR) lehetővé teszik a fejlesztők számára, hogy teljesen új modulációs módokkal kísérletezzenek. Ha egyedi igény merül fel, és a tervező rendelkezik a hozzáértéssel, akkor kialakítható egy saját rádiószabvány. Az SDR-rel való kísérletezés a szakértelem hiánya esetén is sok mindenre megtaníthatja a tervezőt, és ugyanakkor szórakoztató is. Például e cikk írójának egyik kollégája szabadalommal rendelkezik az FM sztereó adások olyan módon történő dekódolására, hogy az alapsávú jel értékét pontosan abban a pillanatban interpolálják, amikor a jel megegyezik a bal vagy a jobb oldali hullámformával, a rendszer RF vivőhöz való szinkronizálása nélkül. Ez az összetett jelfelbontás szoftveres megközelítése, és mindez ma egy SDR-ben megvalósítható. Ez a szabadalom közel 30 éves, és a kifejlesztése igazi kihívás volt. Ma a készen kapható SDR-ekkel egyszerűen megvalósítható.

Egy ilyen SDR az Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) az Analog Devices cégtől, amely 2020 szeptemberétől 150 USD áron kapható raktárról történő szállítással. Ezek az SDR-ek USB-kapcsolaton keresztül kapcsolódnak a személyi számítógéphez, könnyen átkonfigurálható FPGA-t tartalmaznak, kiterjedt támogatást nyújtanak a Python programozási nyelvhez, és a 325 MHz-től 3,8 GHz-ig terjedő tartományban képesek jeleket továbbítani és fogadni. Ha egy tervező meg akar ismerkedni az RF területtel és használni is kívánja azt, akkor ezen a szinten elkezdheti.

Visszatérve a konkrét termékek gondolatához, százával terjednek a chipek és modulok formájában kapható érzékelők. Szó szerint több százezer különféle érzékelő kapható a forgalmazóknál, köztük a Digi-Keynél, amely több mint 210 000 különböző érzékelőt kínál.

Íme néhány a rendelkezésre álló különböző érzékelők közül:

• Közelségérzékelők
• Érzékelők, jelátalakítók – hőmérséklet-érzékelők – analóg és digitális kimenettel
• Érzékelők, jelátalakítók – érzékelők átalakítókhoz
• Érzékelők, jelátalakítók – gázérzékelők
• Érzékelők, jelátalakítók – pozícióérzékelők – szög, lineáris pozíciómérők
• Érzékelők, jelátalakítók – nyomásérzékelők, jelátalakítók
• Érzékelők, jelátalakítók – páratartalom-, nedvességérzékelők
• Érzékelők, jelátalakítók – áramérzékelők
• Érzékelők, jelátalakítók – optikai érzékelők – környezeti fény, infravörös, ultraibolya érzékelők
• Érzékelők, jelátalakítók – optikai érzékelők – távolságérzékelők
• Fejlesztőlapok, készletek, programozók – érzékelők
• Érzékelők, jelátalakítók – mágneses érzékelők – pozíció, közelítés, sebesség
• Érzékelők, jelátalakítók – optikai érzékelők – fotoelektromos, ipari
• Érzékelők, jelátalakítók – mozgásérzékelők – gyorsulásmérők
• Érzékelők, jelátalakítók – képérzékelők, kamerák

Ezen érzékelők bármelyike vagy bármely kombinációja beépíthető olyan termékbe, amely vezeték nélküli lehetőségek széles választékával csatlakozhat az internethez.

Például a maker.io címen megtalálható „Trinamic’s TMC5161 + Microchip’s AVR-IoT WG + DigiKey’s IoT Studio Temp” (1. ábra) online projekt egy „ablakredőny-vezérlő” internethez való kapcsolódását mutatja be.

1. ábra: Ablakredőny-távvezérlő projekt a „Kickstart and Innovate your blinds control design” maker.io projektben leírtaknak megfelelően. (Kép: maker.io)

A Microchip Technology fejlesztőkészlete az okos IoT otthonautomatizálási alkalmazásokhoz igazodik, részletes információk a következő helyen találhatók: IoT Home Automation Evaluation Kit (IoT otthonautomatizálási fejlesztőkészlet) (2. ábra).

2. ábra: A Microchip IoT Home Automation Evaluation Kit (IoT otthonautomatizálási fejlesztőkészlet). (Kép: Microchip)

Áttekintés

Mindenki hozzáfér az IoT-hez és az ebben a cikkben tárgyalt fejlesztőkészletek csak példák az IoT fejlesztők rendelkezésére álló eszközök közül.

Végezetül sok sikert kívánok, az ebben az összekapcsolt világban a Dolgok Internetjéhez csatlakoztatandó következő nagy „Dolog” kifejlesztéséhez.