IoT 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. Aangezien de normen voor gegevensoverdracht zijn gewijzigd om ruimte te bieden voor IoT-apparaten (Internet of Things), is het voor de liefhebber van draadloze systemen nu gemakkelijker dan ooit om een nieuw modulatieschema te ontwerpen. Bovendien zijn er tal van nieuwe sensors beschikbaar voor gebruik in combinatie met draadloze verbindingen. Deze technologieën zijn nu ook toegankelijker, voor iedereen, dan ooit tevoren. We gaan het in dit artikel hebben over de verschillende ontwikkelingen en over hoe we de hand kunnen leggen op deze goedkope en universeel beschikbare technologie.

Radiotechnologieën op basis van 'Low power wide area network' (LPWAN), beschikbaar op cellulaire infrastructuren, bestaan nu al een paar jaar. De volgende technologieën zijn populair: Narrow band Internet of Things (NB-IoT), Long Term Evolution Machine Type Connection (LTE-M en LTE-MTC) en enhanced Machine Type Communication (eMTC). 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 rapportage en controle nodig heeft, heeft echter geen hoge bandbreedte nodig, en omdat vele van dergelijke apparaten op batterijen werken was er behoefte aan normen voor het lagere vermogen en de lagere bandbreedte die deze technologienormen mogelijk maken.

Andere technologieën die geen gebruik maken van bestaande cellulaire netwerken en nieuw gebouwde infrastructuren vereisen zijn onder meer 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. Netwerkoperators bieden deze uplink weliswaar aan als een service, maar het betekent wel weer een ander computernetwerksysteem om mee 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.

Niet-cellulaire netwerken kunnen met een bescheiden budget worden gebouwd en hebben als beperking dat ze geen groot geografisch gebied dekken. Ze zijn zeker niet wereldwijd, daarvoor moeten ze worden verbonden met een server die als brug naar internet dient.

Het goede nieuws is dat toegang tot mobiele netwerken en de chips en modules om je eigen low-power netwerk te bouwen, verkrijgbaar zijn bij DigiKey. DigiKey verkoopt ook dataplannen voor mobiele netwerken. De kosten daarvan zijn zeer bescheiden: $ 3,00 per maand voor 300 KB aan data en internationale service (zie Afbeelding 1). Alles wat je nodig hebt, is een door een mobiele netwerkoperator gecertificeerd modem en je apparaat kan wereldwijd “online” zijn. De modems en de chips die in deze modems zitten zijn ook beschikbaar.

Afbeelding 1: DigiKey mobiele data-abonnementen.

Elektronische oplossingen in de vorm van modules blijven een enorme groei vertonen. In plaats van zelf over de kennis in huis te moeten hebben om op chipniveau te ontwerpen, kun je een vooraf gebouwde en gecertificeerde radio aanschaffen. Hierdoor is niet alleen minder technische kennis van RF nodig, het betekent ook dat je het product sneller op de markt kunt brengen. Ik heb onlangs een spotcheck gedaan waarbij ik eerst de chips heb opgezocht die in modules worden gebruikt en vervolgens heb gekeken naar wat voor soort klant de verschillende chips koopt. Tot mijn verrassing ontdekte ik dat bedrijven die alle noodzakelijke technische kennis in huis hebben niet alleen dezelfde chips kochten die op de modules zaten, ze kochten ook de modules en beide in hoeveelheden van duizenden eenheden. Dit versterkt het idee dat het beter kan zijn om vroeg op de markt te komen met een minder kosten-geoptimaliseerd product om de markt te testen voor een nieuw product. Als de markt groot genoeg is, kan het product vervolgens ook uit het oogpunt van de kosten worden geoptimaliseerd door helemaal terug te gaan tot aan chip-niveau. Maar er is zelfs nog een niveau dat lager is dan dat van de chips. Ik noem dat het golfvorm-niveau.

Software Defined Radios (SDR's) stellen een ontwikkelaar in staat om te experimenteren met geheel nieuwe modulatieschema's. Als je aan unieke vereisten moet voldoen en over de nodige kennis beschikt, kun je een eigen radiostandaard ontwikkelen. Maar ook als je die kennis niet in huis hebt, kan je van het experimenteren met een SDR heel veel leren.

Een voorbeeld van zo'n SDR is de Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) van Analog Devices die door DigiKey uit voorraad kan worden geleverd (zie Afbeelding 2). Deze eenheden kostten in augustus 2019 minder dan $ 150 USD. 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 je RF echt wilt kennen en gebruiken, kun je op dit niveau starten.

Afbeelding 2: ADALM-PLUTO SDR beschikbaar via DigiKey. (Bron afbeelding: Analog Devices Inc.)

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. Hier volgt een opsomming van zaken die kunnen worden gedetecteerd, samen met het aantal artikelen op voorraad (SKU's) van DigiKey (vanaf de datum van dit blogbericht):

• Naderingssensors (10.150 artikelen)
• Sensors, transducers, temperatuursensors - Analoge en digitale uitvoer (4.256 artikelen)
• Sensors, transducers, speciale sensors (914 artikelen)
• Sensors, transducers, gassensors (371 artikelen)
• Sensors, transducers, positiesensors - Meting van hoek en lineaire positie (2.961 artikelen)
• Sensors, transducers druksensors, transducers (30.778 artikelen)
• Sensors, transducers vochtigheids-, vochtsensors (570 artikelen)
• Sensors, transducers, stroomsensors (2.033 artikelen)
• Sensors, transducers, optische sensors - Omgevingslicht-, IR-, UV-sensors (1.240 artikelen)
• Sensors, transducers, optische sensors - Afstandsmeting (137 artikelen)
• Sensors, transducers, evaluatieboards - Sensors (2.589 artikelen)
• Ontwikkelingsboards, kits, programmeereenheden magnetische sensors - Positie, nadering, snelheid (modules) (4.266 artikelen)
• Sensors, transducers, optische sensors -Foto-elektrisch, industrieel (9.979 artikelen)
• Sensors, transducers, bewegingssensors - Versnellingsmeters (1.730 artikelen)
• Sensors, transducers beeldsensors, camera (1.551 artikelen)

Alles bij elkaar biedt DigiKey meer dan 210.000 verschillende sensors.

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.

Een ander tool, dat ontwikkeling van draadloze producten mogelijk maakt, is de DK IoT Studio (zie Afbeelding 3). Dit tool voor snelle toepassingsontwikkeling (RAD) is gratis bij DigiKey verkrijgbaar. Vanuit een web-gebaseerde geïntegreerde ontwikkelomgeving (IDE), kunt u een kant-en-klare ingebedde microcomputerkaart kiezen, deze in de IDE configureren en uw configuratie inclusief IDE-gegenereerde open-source code naar uw kaart downloaden. Die kaart kan communiceren met een apparaat dat via draden of draadloos via Bluetooth of Wi-Fi aan een host is gekoppeld en kan vervolgens alle gegevens die het heeft naar het internet verzenden voor ontvangst door een gekoppelde smartphone. Er bestaan opties om dit naar grotere instellingen op te schalen, iets waarvoor een zeer kleine vergoeding vereist is. Een online project dat de verbinding met het internet van een “controller van jaloezieën” laat zien is bijvoorbeeld te vinden op maker.io. Een code om DK IoT Studio te wijzigen en uw eigen functies toe te voegen is hier te vinden op de eewiki website van DigiKey.

Afbeelding 3: de DK IoT Studio van DigiKey

Veel plezier bij het ontwikkelen en mag het Internet of Things uw verbonden apparaten in contact brengen met de wereld.