Którego protokołu należy używać do urządzeń automatyki w środowisku domowym?

9

Mam projekt automatyzacji rzeczy w domu. Jestem programistą, ale początkującym w elektronice i IoT.

Czego powinienem używać do komunikacji bezprzewodowej? Wi-Fi, Bluetooth ... Gdzie mam szukać?

Potrzebuję taniego, niskonakładowego i małego rozwiązania, na przykład wykonania dodatkowego bezprzewodowego przerywacza światła lub, próbuję robić takie rzeczy, jak lokalna trójkątacja za pomocą opaski z układem scalonym moich kolegów z domu (nie ma więźniów! Dom jest duży i służy do „trybu pochodni” - światła podążają za tobą, aby oszczędzać energię)

Uprawiamy także żywność (grzyby), więc w przyszłości można dokonać optymalizacji kultur. Chcę również otworzyć / zamknąć niektóre drzwi.

Musi być modułowy, aby interfejs API na końcu mógł być fajny.

Czy obwód zintegrowany z technologią IoT jest scentralizowany przez Raspberry Pi (serwer) i można nim sterować przez Wi-Fi (lub bezpośrednio przez Bluetooth), na co warto spojrzeć? czego mi brakuje?

smart-home wireless Morfeusz
źródło
3
Zdecydowanie nie jest to wifi ze względu na problemy z zasilaniem, możliwe jednak, że Bluetooth ma niską energię, ponieważ w specyfikacji występuje szereg wad konstrukcyjnych, szczególnie w odniesieniu do udostępniania, być może jakiś niestandardowy schemat między układami radiowymi / MCU 2,4 GHz zaprojektowanymi w celu bardziej precyzyjnego dopasowania do twoich potrzeb. Korzystanie z BTLE dosłownie ma sens przede wszystkim, jeśli chcesz komunikować się z istniejącymi urządzeniami, które to mają, zwłaszcza z telefonami.
Chris Stratton
1
Co zrobić, jeśli nie komunikuję się bezpośrednio z telefonami, ale przykładowo obsługuję dane niestandardowego schematu na Raspberry PI i uruchamiam mój serwer za pomocą usługi internetowej dla telefonu / aplikacji? Czy masz jakieś dobre źródło informacji na temat niestandardowego schematu itp.?
Morfeusz
1
Następnie możesz zaimplementować coś niestandardowego na obu końcach. Pamiętaj tylko, że pi są delikatne z powodu polegania na karcie SD, która nie lubi utraty zasilania w niewłaściwym czasie.
Chris Stratton
2
Nie jestem pewien, skąd pomysł, że 2,4 GHz jest drogi, ponieważ jest to błąd. Urządzenia nadawczo-odbiorcze kosztują zaledwie dolara w pojedynczej ilości. Jednak 25 m może być mniej niż niezawodne w przypadku wielu mechanizmów nielicencyjnych, przynajmniej jeśli istnieją ściany lub inne źródła hałasu. Coś takiego jak LoRa jest zaprojektowane do pokonywania (znacznie) większych odległości przy niskiej mocy, ale istnieją znacznie niższe limity szybkości i ogólnej ilości danych, które można przez nią przesyłać.
Chris Stratton
2
Nie jestem pewien, czy coś jest z półki, ale pomysł BT-LE wspierany przez węzły podłączone do Wi-Fi, aby zasięg był rozsądny.
Sean Houlihane

Odpowiedzi:

8

Oto ładna lista 11 protokołów IoT, o których musisz wiedzieć.

Oto podsumowanie na wypadek, gdyby link kiedyś się zepsuł

Standard Bluetooth : podstawowa specyfikacja Bluetooth 4.2 Częstotliwość: 2,4 GHz (ISM) Zasięg: 50-150 m (Smart / BLE) Szybkość transmisji danych: 1 Mb / s (Smart / BLE)

Zigbee Standard: ZigBee 3.0 na podstawie IEEE802.15.4 Częstotliwość: 2,4 GHz Zakres: 10-100 m Szybkość transmisji danych: 250 kb / s

Z-Wave Standard: Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959 Częstotliwość: 900 MHz (ISM) Zasięg: 30 m Szybkość transmisji danych: 9,6 / 40/100 kbit / s

6LowPAN Standard: RFC6282 Częstotliwość: (dostosowany i używany przez wiele innych mediów sieciowych, w tym Bluetooth Smart (2,4 GHz) lub ZigBee lub RF o niskiej mocy (poniżej 1 GHz) Zakres: Nie dotyczy Szybkość transmisji danych: Nie dotyczy

Wątek standardowy: Wątek oparty na IEEE802.15.4 i 6 LowLAN Częstotliwość: 2,4 GHz (ISM) Zakres: nie dotyczy Szybkość transmisji danych: nie dotyczy

Standard Wi-Fi : w oparciu o 802.11n (obecnie najbardziej powszechne zastosowanie w domach) Częstotliwości: pasma 2,4 GHz i 5 GHz Zasięg: około 50 m Szybkość transmisji danych: maksymalnie 600 Mb / s, ale 150-200 Mb / s jest bardziej typowa, w zależności od używanej częstotliwości kanału i liczby anten (najnowszy standard 802.11-ac powinien oferować od 500 Mb / s do 1 Gb / s)

Standard komórkowy : GSM / GPRS / EDGE (2G), UMTS / HSPA (3G), LTE (4G) Częstotliwości: 900/1800/1900/2100 MHz Zasięg: maks. 35 km dla GSM; Maks. 200 km dla szybkości transmisji danych HSPA (typowe pobieranie): 35-170 kps (GPRS), 120-384 kbps (EDGE), 384 Kbps-2 Mb / s (UMTS), 600 kbps-10 Mb / s (HSPA), 3-10 Mb / s (LTE)

Standard NFC : ISO / IEC 18000-3 Częstotliwość: 13,56 MHz (ISM) Zakres: 10 cm Szybkość transmisji danych: 100–420 kb / s

Sigfox Standard: Sigfox Częstotliwość: 900 MHz Zasięg: 30-50 km (środowisko wiejskie), 3-10 km (środowisko miejskie) Szybkość transmisji danych: 10-1000bps

Neul Standard: Neul Częstotliwość: 900 MHz (ISM), 458 MHz (Wielka Brytania), 470-790 MHz (biała przestrzeń) Zakres: 10 km Szybkość transmisji danych: Kilka bps do 100 kbps

LoRaWAN Standard: LoRaWAN Częstotliwość: Różne Zasięg: 2-5 km (środowisko miejskie), 15 km (środowisko podmiejskie) Szybkość transmisji danych: 0,3-50 kb / s.

Wystarczy wziąć pod uwagę, że:

  1. Im dłuższy dystans, który chcesz pokonać sygnałem, tym więcej potrzebujesz zużycia energii.

  2. Im wyższa wymagana szybkość transmisji danych, tym wyższa częstotliwość, tym większe zużycie energii.

Proponuję więc wybrać protokół niskiej częstotliwości; ZigBee działa całkiem dobrze, zużywa bardzo mało i jest dość popularny. Jedyną wadą jest to, że Raspberry Pi nie zawiera nadajnika ZigBee, możesz potrzebować dodatkowej porcji.

Snake Sanders
źródło
To dobra lista, fajnie byłoby ją aktualizować. Dodałbym kilka rzeczy; Bluetooth 5 (zmiany szybkości transmisji i zasięgu) i możliwości siatki, LoRa może wzrosnąć do 300 kb / s (są to moduły, które widziałem, ale myślę, że są takie, które mogłyby pójść jeszcze więcej).
dicobraz
6

Odnosząc się do listy protokołów zawartych w odpowiedzi Snake'a, wydaje się, że potrzebujesz protokołu o zasięgu 20-100 m, dobrej wydajności przy niskim poborze mocy (idealnie pasywnej, ale nie znam żadnego rozwiązania) i niezbyt dużej przepustowości za przewożoną część. Ponadto potrzebne są statyczne węzły, które mogą być mniej ograniczone z perspektywy mocy.

BT-LE jest najczęściej stosowanym protokołem. Niestety nie sądzę, aby można było ponownie używać telefonu komórkowego w taki sam sposób, jak w przypadku węzła (chyba że polegasz na czysto pasywnych interakcjach z protokołem). Jednak SoC, które zapewniają ten protokół, oraz wystarczające urządzenia peryferyjne, aby umożliwić monitorowanie kondycji lub słuchawki są powszechne (i poprawiają specyfikację).

Jeśli spojrzysz na najnowsze SoC z radiem 2,4 GHz, przekonasz się, że często obsługują one więcej niż tylko Bluetooth (po prostu konfigurujesz odpowiedni stos oprogramowania), dlatego warto sprawdzić, czy możesz uzyskać lepsze wyniki przy użyciu innego protokołu ( ale wtedy masz karę za dodanie kolejnego radia do swoich statycznych węzłów). Wydaje się, że twój przypadek użycia opiera się na wiarygodnym wskazaniu siły sygnału (przy założeniu, że dokładność czasu lotu nie jest konieczna).

Jednym z najważniejszych zadań na tym etapie projektowania jest wypracowanie budżetu mocy i profilu ładowania urządzenia przenośnego. Będzie to miało wpływ na profile snu i częstotliwości transmisji. Prawdopodobnie chcesz użyć akcelerometru do dostosowania prędkości transmisji (ponieważ radio prawdopodobnie potrzebuje więcej energii do przesłania niż tylko odpytywanie w celu sprawdzenia ruchu).

Sean Houlihane
źródło
4

Jednym z protokołów niewymienionych w odpowiedzi Snake'a są moduły radiowe dla 433 MHz / 868 MHz / 915 MHz, z których jeden obejmie pasję badawczą / hobby w twoim kraju i może być wykorzystywany do tworzenia węzłów o niskiej mocy. RFM69 i NRF24L01 +.

https://www.mysensors.org/ umieściło je w konfiguracji sieci z protokołem i bramkami, wszystkie otwarte oprogramowanie, które mówią do szeregu istniejących sterowników i oferują wiele możliwości rozwoju zarówno na końcu czujnika / węzła, jak i sterownika.

Geoff
źródło
2

Chciałbym spojrzeć na niektóre rozwiązania Nordic SoC, które mają zintegrowane protokoły. To dobry sposób na posiadanie układu, który pozwoliłby przetestować różne scenariusze, Nordic ma SoC z większością popularnych protokołów (Bluetooth, WiFi, IEEE, ANT itp.) W jednym chipsecie.

Zacznę od Bluetooth, jego najprostszego, najbardziej wszechstronnego rozwiązania IMHO. Chociaż nie jestem pewien co do lokalnej triangulacji, wydaje się, że to przesada w stosunku do twoich wymagań, może zajrzyj do sygnałów nawigacyjnych Bluetooth.

dicobraz
źródło