Het IoT is voor iedereen beschikbaar

De wereld van technologie verandert vandaag de dag sneller dan ooit, en het tempo waarin nieuwe technologie in draadloze toepassingen wordt geïntroduceerd, is niet afgenomen. Het Internet of Things (IoT) zorgt voor innovatie in bijna elk deel van ons leven. Het eenvoudigweg verbinden van de "Things" die nooit eerder verbonden waren, leidt tot nieuwe data-inzichten die zich vertalen in betekenisvolle veranderingen. Het IoT is een megatechnologietrend die niet alleen een uithoudingsvermogenstest voor legacy systemen zal zijn, maar ook het IoT van kleine en grote bedrijven in veel verschillende industrieën zal bepalen. Volgens schattingen zullen er tegen eind 2020 50 miljard IoT-apparaten zijn aangesloten en tegen 2025 100 miljard.

Aangezien de transmissienormen zijn veranderd om de apparaten van het IoT aan te passen, is het voor een draadloze liefhebber nog nooit zo eenvoudig geweest om een nieuw modulatieschema te ontwerpen, en er zijn tal van nieuwe sensorz beschikbaar om te koppelen met een draadloze verbinding. Deze technologieën zijn nu ook toegankelijker, voor iedereen, dan ooit tevoren. In dit artikel wordt ingegaan op elk van deze ontwikkelingen en hoe iedereen op dit moment aan deze goedkope en alomtegenwoordige technologie kan komen.

Low Power Wide Area Network (LPWAN) radiotechnologieën zijn beschikbaar op cellulaire infrastructuren en bestaan al enkele jaren. Narrow Band Internet of Things (NB-IoT), Long Term Evolution Machine Type Connection (LTE-M en LTE-MTC) en enhanced Machine Type Communication (eMTC) zijn populair. Het voordeel van deze technologieën is dat ze gebruik maken van bestaande cellulaire torens, die worden gebruikt voor spraakverkeer en verkeer over hoge bandbreedte. Een apparaat dat slechts af en toe een rapportage en controle nodig heeft, heeft echter geen hoge bandbreedte nodig, en aangezien veel apparaten op batterijen werken, was er behoefte aan het lagere vermogen en de lagere bandbreedte die deze technologiestandaarden mogelijk maken.

Andere technologieën die geen gebruik maken van bestaande cellulaire netwerken en infrastructuren opnieuw moeten laten bouwen zijn onder andere Sigfox, LoRa/LoRaWAN en NB-Fi om er maar een paar te noemen. Het nadeel van deze technologieën is dat er een uplink nodig is om ze met het bredere internet te koppelen. Terwijl deze niet-cellulaire netwerkexploitanten deze uplink als dienst aanbieden, is het weer een ander computernetwerksysteem om over te onderhandelen.

Exploitanten van mobiele netwerken zijn enorm grote bedrijven en het is niet realistisch te denken dat je echt met hen zou kunnen concurreren. De beste optie is om “tijd” op hun netwerken te kopen door modems te gebruiken die aan hun normen voldoen en vervolgens een maandelijks abonnement voor gebruik te betalen.

De niet-cellulaire netwerken kunnen worden opgebouwd met bescheiden middelen en met de beperking dat de geografie die ze bestrijken niet wereldwijd is totdat ze zijn aangesloten op een server die de overbrugging naar het internet uitvoert. Hoe dan ook, er zijn veel gevallen van netwerken die geen wereldwijde connectiviteit vereisen. Een industriële fabrieksvloer van assemblage- en productiesensoren is een voorbeeld. In feite zou het netwerk in deze toepassingen moeten worden geïsoleerd.

Het goede nieuws is dat de toegang tot cellulaire netwerken, en de chips en modules om een laag stroomnet te bouwen, beschikbaar zijn en de plannen voor netwerkgegevens kunnen zo weinig kosten als $3,00 per maand. Het enige wat nodig is, is een door een mobiele operator gecertificeerde modem en elk apparaat kan wereldwijd "online" zijn.

Elektronische oplossingen in de vorm van modules blijven een enorme groei vertonen. In plaats van de expertise te vereisen om op chipniveau te ontwerpen, kan een ontwerper een radiovoorbereiding en -certificering verkrijgen. Dit vermindert niet alleen het noodzakelijke RF-technisch inzicht, maar zorgt er ook voor dat producten sneller op de markt komen. In een recente controle, na het opzoeken van de chips die in de modules werden gebruikt en vervolgens te hebben gezien wat voor soort klant ze kochten, was het verrassend om te zien dat bedrijven met het nodige inzicht niet alleen dezelfde chips kochten die op de modules werden gebruikt, maar dat ze ook de modules kochten, en dat ze allebei in hoeveelheden van duizenden eenheden - productiehoeveelheden - werden aangeschaft. Dit ondersteunt het idee dat het beter kan zijn om vroeg op de markt te komen met een minder kostbaar product om de markt te testen voor een nieuw product dan om een kostbaar product te ontwerpen vanaf het begin. Als de geteste markt groot genoeg is, kan het product vervolgens kostentechnisch worden geoptimaliseerd door tot op chip-niveau te gaan. Maar er is een niveau dat nog lager is dan de chips die dit artikel het golfvormniveau zal noemen.

Software Defined Radios (SDR's) stellen een ontwikkelaar in staat om te experimenteren met geheel nieuwe modulatieschema's. Als er een unieke behoefte is en de ontwerper beschikt over de expertise, kan een eigen radiostandaard worden ontwikkeld. Zelfs als de expertise er niet is, kan het experimenteren met een SDR een ontwerper veel leren en is het leuk. Zo heeft een collega van de auteur van dit artikel een patent op het decoderen van FM-stereo-uitzendingen door het interpoleren van de waarde van het basisbandsignaal op het exacte moment dat het signaal gelijk is aan de linker- of rechtergolfvorm en zonder kloksynchronisatie van het systeem met de RF-drager. Dit is een softwarematige aanpak voor de afbraak van samengestelde signalen en dit alles kan vandaag de dag worden geïmplementeerd in een SDR. Dat octrooi is bijna 30 jaar oud en was een uitdaging om te ontwikkelen. Het is eenvoudig om het vandaag te doen met kant-en-klare SDR's.

Een van die SDR's is de Analoge Apparaten Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) van Analog Devices en beschikbaar voor off-the-shelf verzending voor ongeveer $150 USD vanaf september 2020. Ze worden via een USB-link verbonden met een pc, bevatten een FPGA die eenvoudig opnieuw kan worden geconfigureerd, bieden uitgebreide ondersteuning voor de programmeertaal Python en kunnen signalen verzenden en ontvangen binnen een bereik van 325 MHz tot 3,8 GHz. Als een ontwerper echt wil weten en RF wil gebruiken, kan hij of zij op dit niveau beginnen.

Terug naar het idee van specifieke producten; we zien een sterke groei, in de orde van honderden tegelijk, onder sensors in de vorm van chips en modules. Er zijn letterlijk honderdduizenden verschillende sensoren beschikbaar bij distributeurs, waaronder DigiKey, die meer dan 210.000 verschillende sensoren aanbiedt.

Hier zijn enkele van de verschillende soorten sensoren die beschikbaar zijn:

• Nabijheidssensors
• Sensors, Transductors Temperatuursensors - Analoge en Digitale Uitgang
• Sensors, Transductors Gespecialiseerde Sensors
• Sensors, Transductors Gassensors
• Sensors, Transductors Positiesensors - Hoek, Lineaire Positiemeting
• Sensors, Transductors Druksensors, Transductors
• Sensors, Transductors Vochtigheid, Vochtsensors
• Sensors, Transductors Stroomsensors
• Sensors, Transductors Optische Sensors - Omgevingslicht, IR, UV-sensors
• Sensors, Transductors Optische Sensors - Afstandsmeting
• Ontwikkelingsborden, Kits, Programmeurs Evaluatieborden - Sensors
• Sensors, Transductors Magnetische sensors - Positie, Nabijheid, Snelheid
• Sensors, Transductors Optische Sensors - Foto-elektrisch, Industrieel
• Sensors, Transductors Bewegingssensors - Versnellingsmeters
• Sensors, Transductors Beeldsensors, Camera

Elk van deze sensors, of een willekeurige combinatie daarvan, kan worden opgenomen in een product dat via een breed scala aan draadloze opties verbinding kan maken met internet.

Bijvoorbeeld, een online project dat de verbinding met het internet van een "jaloezieën- en rolluikencontroller" toont, is te vinden op maker.io bij "Trinamic's TMC5161 + Microchip's AVR-IoT WG + DigiKey's IoT Studio Temp". (Afbeelding 1).

Figuur 1: Project voor jaloezieën met afstandsbediening zoals beschreven in het maker.io-project "Kickstart en innoveer uw jaloeziebesturingsontwerp". (Bron afbeelding: maker.io)

Microchip Technology's ontwikkelkit is gericht op slimme ioT-domotica-toepassingen en meer details zijn hier te vinden: Evaluatiekit voor IoT-domotica (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: Microchip's evaluatiekit voor IoT-domotica. (Bron afbeelding: Microchip)

Samenvatting

Iedereen heeft toegang tot het IoT en de ontwikkelkit die in dit artikel worden besproken zijn slechts een voorbeeld van de tools die beschikbaar zijn voor IoT-ontwerpers.

Tot slot, veel geluk bij het ontwikkelen van het volgende grote "thing" om te worden aangesloten op het Internet of Things in deze verbonden wereld.