IoT för alla

Teknikutvecklingen går extremt snabbt, och flödet av innovationer för trådlösa tillämpningar verkar inte avta. Sedan överföringsstandarderna anpassades för att klara IoT-enheter är det enklare än någonsin att designa nya moduleringsscheman för den som är intresserad av trådlöst, och det finns massor av nya sensorer att koppla ihop med trådlösa länkar. Numera är också den här typen av teknik mer tillgänglig för alla. Här beskriver vi hur utvecklingen ser ut och hur du kan få tag på den prisvärda och allmänt tillgängliga tekniken redan nu.

LPWAN-radioteknik (low power wide area network) är tillgänglig på mobilinfrastrukturer och har funnits i några år vid det här laget. Narrow band Internet of Things (NB-IoT), Long Term Evolution Machine Type Connection (LTE-M och LTE-MTC) samt enhanced Machine Type Communication (eMTC) är vanliga. Fördelarna med de här teknikerna är möjligheten att nyttja befintliga mobilmaster som används för röstdata och bandbreddskrävande trafik. Men för en enhet som måste övervakas och styras endast då och då, behövs det inte särskilt stor bandbredd, och eftersom många enheter är batteridrivna fanns det behov av andra standarder för lägre effekt och mindre bandbredder.

Exempel på teknik som inte använder befintliga mobilnät utan måste ha nya infrastrukturer är Sigfox, LoRa/LoRaWAN och NB-Fi. Nackdelen med dessa är att det krävs en upplänk för att ansluta till det bredare internet. Nätverksoperatörerna erbjuder denna upplänk som tjänst, men därutöver ska ytterligare ett datornätverk hanteras.

Mobilnätsoperatörer är dock stora företag, 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.

Dessa nät kan byggas ut till rimlig kostnad och med begränsningen att de inte har så stor geografisk täckning. De är definitivt inte världstäckande förrän de ansluts till en server som kan fungera som brygga till internet.

Men de goda nyheterna är att tillgång till mobilnät – och kretsar och moduler för att bygga egna lågeffektsnät – kan skaffas hos DigiKey. DigiKey säljer även mobildataabonnemang, som bara kostar 3 dollar per månad för 300 kB data och internationell täckning (se figur 1). Allt du behöver är ett mobilnätscertifierat modem, så kan din enhet vara online var som helst i världen. Modemen, och de kretsar som ingår i dem, finns också hos DigiKey.

Figur 1: Digi-Keys mobildataabonnemang.

Elektroniska lösningar i form av moduler är fortsatt en stor framgång på marknaden. I stället för att själv behöva ha kunnandet för att designa på chipnivå, kan du skaffa en förbyggd och certifierad radioenhet. Behovet av teknisk RF-expertis minskar och produkterna kommer ut på marknaden snabbare. För ett tag sedan gjorde jag en enklare undersökning: Jag kontrollerade vilka chip som användes i olika moduler, och sedan undersökte jag vilken typ av kunder som köpte de olika modulerna. Till min förvåning upptäckte jag att företag som hade nödvändig expertis köpte samma chip som fanns på modulerna – och dessutom köpte de modulerna. Och både chipsen och modulerna köptes i volymer om tusentals enheter. Det stöder tesen att det kan vara bättre att komma ut på marknaden tidigt med en produkt som inte är kostnadsoptimerad fullt ut, för att testa produkten på marknaden. Om marknaden är tillräckligt stor kan man kostnadsoptimera produkten genom att gå ner på chipnivå. Men det finns en ännu lägre nivå än chipnivån, nämligen det jag brukar kalla för ”vågformsnivån”.

Med programvarudefinierade radioenheter (SDR-enheter) kan utvecklaren experimentera med helt nya moduleringsscheman. Om du har ett unikt behov och nödvändig kunskap kan du utveckla en egen radiostandard. Saknar du kunskapen, kan du lära dig mycket genom att experimentera med en SDR-enhet.

En sådan SDR-enhet är Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) från Analog Devices, som är tillgänglig för direkt leverans från DigiKey (se figur 2). Enheterna kostar mindre än 150 USD från augusti 2019. De är gränssnitt till en persondator via en USB-länk, innehåller en lättkonfigurerad FPGA-krets med utförligt stöd för programmeringsspråket Python och kan skicka och ta emot signaler över ett område från 325 MHz till 3,8 GHz. Vill du använda och lära dig mer om RF kan du börja på den här nivån.

Figur 2: ADALM-PLUTO SDR från DigiKey. (Bildkälla: Analog Devices Inc.)

Men tillbaka till diskussionen om specifika produkter: Sensorer i form av chip och moduler blir allt vanligare. Nedanstående lista innehåller ett urval av olika sensorer och deras lagerantal hos DigiKey (det datum då det här blogginlägget publiceras):

• Närhetssensorer (10 150 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, temperatursensorer - analoga och digitala utgångar (4 256 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, specialsensorer (914 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, gassensorer (371 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, lägesgivare - vinkel, linjär lägesbestämning (2 961 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, trycksensorer, transduktorer (30 778 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, luftfuktighets-, fuktsensorer (570 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, strömsensorer (2 033 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, optiska sensorer - bakgrundsbelysning, IR, UV-sensorer (1 240 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, optiska sensorer - avståndsmätning (137 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, utvärderingskort - sensorer (2 589 artiklar)
• Utvecklingskort, kits, programmerare, magnetiska sensorer - position, närhet, hastighet (moduler) (4 266 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, optiska sensorer - fotoelektriska, industriella (9 979 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, rörelsesensorer - accelerometrar (1 730 artiklar)
• Sensorer, transduktorer, bildsensorer, kamera (1 551 artiklar)

Totalt erbjuder DigiKey fler än 210 000 olika sensorer.

Vilken som helst av dem, eller en kombination av dem, går att bygga in i en produkt som kan kopplas till internet via en bred uppsättning av trådlösa alternativ.

Ett annat verktyg för att underlätta utveckling av trådlösa produkter är DK IoT Studio (se figur 3). Detta RAD-verktyg (rapid application development, snabb tillämpningsutveckling) är gratis hos DigiKey. Från en webbaserad integrerad utvecklingsmiljö (IDE) kan du välja ett inbäddat mikrodatorkort som du konfigurerar i IDE-miljön, för att sedan ladda ned din konfiguration – inklusive den IDE-genererade öppna källkoden– till kortet. Kortet kan kommunicera med en enhet som är fast ansluten till en värd eller trådlöst ansluten via Bluetooth eller Wi-Fi, för att skicka data till internet, där en parkopplad smartphone kan ta emot informationen. Det finns alternativ för att skala upp systemet mot en nominell avgift. På maker.io finns till exempel ett onlineprojekt som visar anslutning till internet för en ”persiennstyrenhet”. Kod för att modifiera DK IoT Studio, så att du kan lägga till egna funktioner, finns här, på Digi-Keys eewiki-webbplats.

Figur 3: Digi-Keys DK IoT Studio

Lycka till med utvecklandet – hoppas att dina anslutna enheter blir del av Internet of Things!