IoT är tillgängligt för alla

Teknikutvecklingen går extremt snabbt, och flödet av innovationer för trådlösa tillämpningar verkar inte avta. Sakernas internet (Internet of Things, IoT) driver på innovationen i nästan alla delar av våra liv. Att bara koppla samman de ”saker” som aldrig kopplats upp tidigare leder till nya datainsikter som kan omvandlas till meningsfulla förändringar. IoT är en megatekniktrend som inte bara kommer att vara ett uthållighetstest för äldre system utan också kommer att forma ödet för små och stora företag i många olika branscher. Uppskattningarna är att det kommer att finnas 50 miljarder IoT-anslutna enheter i slutet av 2020 och 100 miljarder år 2025.

Eftersom överföringsstandarderna har förändrats så att de passar IoT-produkter, har det aldrig varit enklare för en teknikentusiast att testa nya moduleringsscheman, och det finns många nya sensorer tillgängliga som kan paras ihop med en trådlös länk. Numer är också denna typ av teknik mer tillgänglig för alla. Denna artikel tar upp alla dessa utvecklingstendenser och hur alla kan få tag på denna billiga och genomgripande teknik här och nu.

LPWAN-radioteknik (Low Power Wide Area Network) finns tillgänglig på mobilinfrastrukturer och har funnits i några år nu. Narrow Band Internet of Things (NB-IoT), Long Term Evolution Machine Type Connection (LTE-M och LTE-MTC) och Enhanced Machine Type Communication (eMTC) är populära. Fördelarna med dessa tekniker är möjligheten att nyttja befintliga mobilmaster som används för röstdata och bandbreddskrävande trafik. En enhet som bara behöver rapportera och kontrolleras då och då behöver dock inte speciellt mycket bandbredd, och eftersom många enheter är batteridrivna, har det funnits behov av den lägre effekt och de lägre bandbreddskrav som dessa teknikstandarder möjliggör.

Andra tekniker som inte använder befintliga mobilnät och som måste bygga upp infrastrukturer från grunden omfattar Sigfox, LoRa/LoRaWAN och NB-Fi för att bara nämna några. Nackdelen med dessa är att det krävs en upplänk för att ansluta till det övergripande internet. Även om dessa icke-cellulära nätoperatörer tillhandahåller denna upplänk som en tjänst, innebär det ytterligare ett datanätverk att tränga igenom.

Mobilnätsoperatörer är dock stora bolag, och att konkurrera med dem är inte en realistisk möjlighet. Den bästa strategin är att ”köpa tid” i deras nätverk genom att använda modem som är kompatibla med deras standarder och sedan betala för ett månadsabonnemang.

De icke-cellulära nätverken kan byggas ut med blygsamma medel och med begränsningen att det geografiska området inte täcker hela världen förrän de är anslutna till en server som utför överbryggningen till internet. Oavsett finns det många fall av nätverk som inte kräver global uppkoppling. Ett verkstadsgolv i industrin med monterings- och produktionssensorer är ett exempel. I själva verket måste nätverket isoleras i sådana tillämpningar.

Den goda nyheten är att det finns tillgång till mobilnätverk och de kretsar och moduler som behövs för att bygga ett lågeffektsnät, och nätdataabonnemang kan kosta så lite som 3 USD i månaden. Allt som behövs är ett mobiloperatörscertifierat modem så kan vilken enhet som helst vara "online" i hela världen.

Elektroniska lösningar i form av moduler är fortsatt en stor framgång på marknaden. Istället för att bli expert i konstruktion på kretsnivå, kan en konstruktör få en färdigbyggd och certifierad radio. Inte bara minskar detta behovet av RF-teknisk kompetens, det får även ut produkter snabbare på marknaden. I en nyligen genomförd undersökning där det granskades vilka kretsar som användes i moduler och vilken typ av kunder som köpt vad, visade det sig förvånande nog att de företag som hade de nödvändiga kunskaperna, inte bara köpte samma kretsar som användes i modulerna, utan de köpte också modulerna. Och båda köptes i volymer om tusentals enheter - produktionsmässiga volymer. Detta stödjer uppfattningen att det kan vara bättre att komma ut tidigt på marknaden med en inte fullt kostnadsoptimerad produkt för att testa marknaden för en ny produkt, än att konstruera en kostnadsoptimerad produkt från början. Om den testade marknaden är tillräckligt stor kan produkten sedan kostnadsoptimeras hela vägen ner på kretsnivå. Men det finns en nivå som ligger ännu lägre än kretsnivån som denna artikel kallar vågformsnivå.

Med mjukvarudefinierade radiomoduler (SDR) kan utvecklaren experimentera med helt nya moduleringsscheman. Om det finns ett unikt behov och konstruktören har kompetensen kan en egen radiostandard utvecklas. Även om expertkunskaperna saknas kan experiment med mjukvaruradio vara mycket lärorikt och roligt. Exempelvis har en kollega till författaren av denna artikel patent på avkodning av FM-stereosändningar genom att interpolera värdet på basbandssignalen vid det exakta ögonblicket när signalen är identisk med vänster eller höger vågform och utan att klocksynkronisera systemet till RF-bärvågen. Detta är en mjukvarubaserad metod för uppdelning av sammansatta signaler, och allt detta kan implementeras idag i en mjukvaruradio. Det patentet är nästan 30 år gammalt och var en utmaning att utveckla. Det är idag enkelt att göra med kommersiellt tillgängliga mjukvaruradiomoduler.

En sådan mjukvarudio är Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) från Analog Devices, vilken är tillgänglig för frakt direkt från lager för ca. 150 USD från och med september 2020. De ansluts till en PC via en USB-länk, innehåller en lättkonfigurerad FPGA-krets med utförligt stöd för programmeringsspråket Python och kan skicka och ta emot signaler över ett frekvensomfåg på 325 MHz till 3,8 GHz. Om en konstruktör verkligen vill lära sig om och använda RF, kan hen börja på denna nivå.

Men tillbaka till diskussionen om specifika produkter: Sensorer i form av kretsar och moduler blir allt vanligare. Det finns bokstavligen talat hundratusentals olika sensorer tillgängliga från olika distributörer, däribland DigiKey som erbjuder mer än 210 000 olika sensorer.

Här är några av de olika typer av sensorer som finns:

• Närhetssensorer
• Sensorer, givare, temperatursensorer – analog och digital utgång
• Sensorer, givare – specialiserade sensorer
• Sensorer, givare – gassensorer
• Sensorer, givare, positionssensorer – mätning av vinkel och linjärt avstånd
• Sensorer, givare – trycksensorer
• Sensorer, givare – fuktsensorer
• Sensorer, givare, strömsensorer
• Sensorer, givare, optiska sensorer – omgivningljus, IR, UV-sensorer
• Sensorer, givare, optiska sensorer – avståndsmätning
• Utvecklingskort, satser, programmeringsmoduler – utvärderingskort, sensorer
• Sensorer, givare, magnetiska sensorer – position, närhet, hastighet
• Sensorer, givare, optiska sensorer – fotoelektriska, industriella
• Sensorer, givare, rörelsesensorer –accelerometrar
• Sensorer, givare – bildsensorer, kamera

Vilken som helst av dessa sensorer, eller en kombination av dem, går att bygga in i en produkt som kan kopplas till internet via ett stort antal trådlösa produkter.

Exempelvis finns ett online-projekt som visar internetuppkoppling av en persiennregulator påmaker.io: "Trinamic’s TMC5161 + Microchip’s AVR-IoT WG + DigiKey’s IoT Studio Temp" (Figur 1).

Figur 1: Projektet för fjärrstyrda persienner enligt beskrivningen i maker.io-projektet "Kickstarta och förnya din persiennstyrning". (Bildkälla: maker.io)

Microchip Technologys utvecklingssats är inriktad på smarta IoT-hemautomationsapplikationer och mer information finns här: IoT Home Automation Evaluation Kit (Figur 2).

Figur 2: Microchips utvärderingssats för IoT-hemautomation (Bildkälla: Microchip)

Sammanfattning

Alla har tillgång till IoT och de utvecklingssatser som diskuteras i denna artikel är bara ett exempel på de verktyg som finns tillgängliga för IoT-konstruktörer.

Lycka till med att utveckla nästa stora "sak" som ska anslutas till sakernas internet i vår uppkopplade värld.