magyar elektronika

Hírlevél

Tájékozódjon legfrissebb cikkeinkről, híreinkről!

Valós email cím megadása kötelező

Invalid Input

Invalid Input

Útmutató az alkalmazásnak legmegfelelőbb
vezetékmentes megoldás választásához

microchip IoT 1Az Internet of Things (IoT) és az egyszerű adatgyűjtő-, mérő- és vezérlőhálózatok jelentős része ma már vezetékmentes kommunikációs technológiákra épül. Ezek bőséges kínálata a képességek széles spektrumával áll a hálózati csomópontokat vagy teljes rendszereket tervezők rendelkezésére az alkalmazásfüggő igényeik kielégítéséhez. A cikk a piacon elérhető megoldásválasztékot segít áttekinteni.

 

Bevezetés

Ha a ház körül adódik egy feladat, mondjuk, egy képet kell a falra rögzíteni, vagy megjavítani egy meglazult széklábat, rendelkeznünk kell az adott feladat végrehajtásához alkalmas eszközökkel. Várható, hogy gyenge eredményre számíthatunk, ha a székláb rögzítéséhez mindössze egy kalapácsunk van. Ugyanígy vagyunk a vezetékmentes technológiákkal is. Mindegyik technológiának megvannak a maga sajátos előnyei, amelyek csak bizonyos feladattípusok megoldásához illeszkednek, és ritkán találkozunk olyan eszközzel, amely bármilyen körülmények között alkalmazható megoldást kínál. Így hát nyissuk ki a szerszámtáskánkat, és vizsgáljuk meg, hogy a benne található vezetékmentes kommunikációs eszközök, a Bluetooth® Low Energy, a Wi-Fi™, a LoRa® és az IEEE 802.15.4™ közül melyik mire alkalmazható.

 

 

Nyissuk ki a szerszámkészletünket

Bluetooth Low Energy

A mobiltelefonunk használata közben már bizonyára megismerkedtünk a Bluetooth kommunikációs rendszerrel. Az okostelefonos alkalmazások használatával sok más termék között akár hangszórókhoz, ajtózárakhoz, fitneszgépekhez is kapcsolódhatunk.
A Bluetooth Low Energy (BLE) szabvány számos különböző gyártó termékével való együttműködést (interoperabilitást) tesz lehetővé kis energiafogyasztással, könnyen használható felhasználói interfésszel, legfeljebb 30...100 m-es hatótávolságon belül. Ezért használják magától értetődő technológiai megoldásként olyan esetekben, amelyekben emberi felhasználó számára kell mobiltelefonos hozzáférést biztosítani.

 

Wi-Fi

Ha létezne olyan, hogy egyetlen „univerzális” vezetékmentes technológia, annak a Wi-Fi-nek kellene lennie. Ingyenes Wi-Fi-szolgáltatással találkozhatunk szállodákban, repülőtereken, kávézókban – sőt, ma már az újonnan vásárolt autókban is. A Wi-Fi népszerűségét a gyorsaságának, biztonságosságának és annak a könnyedségnek köszönheti, amellyel az adathálózaton át képes adatokat küldeni és fogadni. A brit szolgáltató Home Telecom erről azt állítja, hogy a 802.11n szabvány egyantennás rendszerben is képes nagyjából 25…50 Mbit/s sebességű kommunikációra valós környezetben is. Feltűnő a különbség a Bluetooth Low Energy 5 rendszer által kínált 2 Mbit/s alatti adatsebességhez viszonyítva.
Miközben mindehhez jó hatótávolság is járul, a legtöbbünk hajlamos azt mondani, hogy „jó, de nem elég jó”. A Wi-Fi esetében ezen a téren nyílik az egyik legnagyobb lehetőség (és igény – A szerk. megj.) a képességek további javítására. A Lifewire szakmai hírportál felmérése szerint egy tipikus 802.11n szabványú, 2,4 GHz-es vivőfrekvenciájú hálózat beltéri hatótávolsága nagyjából 46 m. Ez pedig nem rossz érték, különösen, ha arra gondolunk, hogy amint a vivőfrekvenciát 5 GHz-re váltjuk, a hatótávolság 15 m-re csökken.

 

LoRa

A LoRa megjelenése jókora figyelmet keltett a vezetékmentes piacon. A neve a Long Range (nagy hatótávolság) kifejezés rövidítéséből ered, és pontosan meg is felel ennek az elnevezésnek. A LoRa-hálózatok akár 10 km távolságon belül is képesek a kommunikációra, ami által ez a technológia a nagy hatótávolságú IoT-rendszerek „királyának” is nevezhető. A LoRa másik kiemelkedő képessége a kis energiaigény, amely révén rendkívül alkalmas az akkumulátortáplálású, távoli elhelyezésű érzékelők csatlakoztatására.
A Wi-Fi- és a BLE-technológiákkal ellentétben a LoRa a mobiltelefon-rendszerekhez hasonlóan e célra kiépített hálózati infrastruktúrát igényel. A felhasználó ehhez saját hálózati átjárókat (gateway-eket) telepíthet, vagy adatsávszélességet bérelhet egy hálózati szolgáltatótól. A korábbiakban említettektől jelentősen eltér a hálózat adaátviteli sebessége is. A LoRa-hálózat adatsebességét kilobit/s nagyságrendben lehet kifejezni, messze elmaradva a Wi-Fi és a BLE által kínált adatsávszélességtől, de érzékelők, egyszerű parancsok és vezérlések adatátviteli igényeinek kielégítésére ez az adatsebesség is elegendő lehet.

 

IEEE 802.15.4

Az IEEE 802.15.4 szabvány az alapja a Zigbee® és a MiWi™ protokolloknak. Mindkettő támogatja a 2,4 GHz-es és a gigahertz alatti vivőfrekvenciákat, és mindegyiknek vannak kisebb előnyei a másikkal szemben. Ez a vezetékmentes technológia hálószerű elrendezésű hálózatba van szervezve, és úgy tervezték, hogy megoldja a teleptáplálású csomópontokból álló hálózatok legsúlyosabb problémáit, mint az energiafogyasztás, a megbízhatóság, a tartós működőképesség és a hatótávolság.
Számos olyan külső tényező zavarhatja a vezetékmentes hálózatok működését, mint az emberek mozgása, a környezet változásai, a kimerült akkumulátorok vagy az átmeneti zavarjelek.
Ha ilyen zavarás történik, a 802.15.4 szabvány szerint működő, hálóstruktúrájú hálózatok képesek az „öngyógyításra”. Ez a képesség látványosan növeli a hálózat zavartűrését, és ezzel a kommunikáció megbízhatóságát is.
A 802.15.4-alapú hálózatok csomópontjainak hálószerű szervezése ugyancsak fokozza a hálózat életbenmaradási képességét.
A csomópontoknak van lehetőségük „aludni”, és ezzel hossszabb időre kivonni magukat az adatforgalomból. Eltérően az olyan hálózati technológiáktól, mint az Ethernet vagy a Wi-Fi, amelyekben a kommunikációban részt nem vevő csomópontok egy idő után „kihalnak” (azaz a hálózat nem vesz róluk többé tudomást), a 802.15.4-típusú hálózatok csomópontjai a hosszabb üzemszüneteik idejére is a hálózat állandó tagjai maradnak.
Az IEEE 802.15.4 hálózatok adatsávszélessége – a konfigurációtól és a választott protokolltól függően – 100 kbit/s-tól 1 Mbit/s-ig terjed. Ezek a hálózatok egyediek, azaz nagyon kis mértékben, vagy egyáltalán nem tudnak együttműködni a létező infrastruktúrákkal. Az ismertetett kommunikációs technológiák tulajdonságait az 1. táblázat foglalja össze.

 

1. táblázat A vezetékmentes hálózatok tulajdonságainak összefoglalása

 microchip 1abra

 

Fogjuk a kiválasztott eszközt és lássunk munkához!

Most, hogy megismerkedtünk az összes vezetékmentes eszköz erősségeivel, a következő lépés meghatározni a legjobb módját, hogyan használjuk ezeket a termékeket az optimális működés érdekében. A Microchip Technology a vezetékmentes termékinterfészek négy változatát ajánlja: UART, SPI, SDIO és Standalone. Az első hármat akkor használhatjuk, ha a rendszert külön hosztprocesszor [pl. mikrovezérlő (MCU), mikroprocesszor vagy FPGA] vezérli. Az önmagában teljes (külső vezérlést nem igénylő, standalone) vezérlőegységek olyan „minden egyben” eszközök, amelyek egy MCU-t és egy rádiókommunikációs funkciót egyesítenek egyetlen tokozatban vagy modulban. A Microchip még meghajtóprogramokat és ASCII-karakterekből álló üzeneteket értelmező (interpreter) szoftvert is kidolgozott annak érdekében, hogy általa egyszerűsítse a hosztvezérlőre épülő rendszerek használatát. A standalone eszközöknél viszont a vezetékmentes protokoll egybeolvasztható a felhasználó egyedi kódjával egy tömör, testre szabott megoldás érdekében. A 2. táblázat mutatja, hogy az egyes vezetékmentes eszközökhöz milyen típusú interfészfelületek érhetők el.

 

2. táblázat A vezetékmentes eszközökhöz elérhető interfészek összefoglalása

microchip 2abra

 

A jól végzett munka

Legyen szó egy „karcsú” mobiltelefon-kezelőfelületről alacsony energiafogyasztású Bluetooth alapon, vagy magas adatátviteli sebesség eléréséről Wi-Fi és SDIO/MPU hoszt segítségével, kulcsfontosságú az alkalmazásának legjobban megfelelő eszköz kiválasztása. A célszerűen választott eszköz alkalmazása a feladat megoldásához értékes tervezési időt takarít meg, lerövidíti a piacképes termék előállításához szükséges időt és növeli a profitot.

 

Szerző: Jason Tollefson, Sr., termékmendzser – Microchip Technology, Inc.

 

 www.microchip.com