IoT er tilgjengelig for alle

Teknologiutviklingen endrer seg raskere enn noen gang i disse dager og tempoet for introduksjon av ny teknologi til trådløse apparater har ikke falt. Tingenes internett (IoT) driver fram innovasjon i nesten alle deler av livene våre. Bare å koble til «tingene» som aldri ble koblet til før, fører til ny datainnsikt som kan bety meningsfull forandring. IoT er en megateknologitrend som ikke bare vil være en utholdenhetstest for gamle systemer, men også vil forme skjebnen til små og store selskaper i mange forskjellige bransjer. Anslagene er at det kommer til å bli 50 milliarder IoT-tilkoblede enheter innen utgangen av 2020 – og 100 milliarder innen 2025.

Siden overføringsstandarder har endret seg for å imøtekomme IoT-enheter, har det aldri vært enklere å prøve seg på å designe et nytt modulasjonsmetode for den som er interessert, samt det er mange nye sensorer tilgjengelig for å koble sammen via en trådløs oppkobling. Disse teknologiene er også mer tilgjengelige for alle enn noen gang før. I denne artikkelen tar vi for oss hver av disse, hvordan utviklingene ser ut, samt hvordan vi kan få tak i denne rimelige og gjennomgripende teknologien akkurat nå.

LPWAN-radioteknikk (Low Power Wide Area Network) er tilgjengelige på mobilinfrastruktur og har eksistert i noen år. NB-IoT (Narrow band Internet of Things), LTE-M och LTE-MTC (Long Term Evolution Machine Type Connection) samt eMTC (enhanced Machine Type Communication) er poppulære. Fordelen med disse teknologiene er deres muligheten til å benytte av eksisterende mobilmaster som allerede brukes til tale- og høy båndbreddetrafikk. En enhet som kun må overvåkes og styres av og til, trenger imidlertid ikke høy båndbredde – og siden mange er batteridrevet, var det behov for lavere effekt og lavere båndbreddestandarder, og det blir gjort mulig med disse teknologistandardene.

Eksempel på teknologier som ikke benytter eksisterende mobilnett og trenger å få bygd opp infrastrukturer bygget på nytt er Sigfox, LoRa/LoRaWAN og NB-Fi, for å nevne noen. Bakdelen med disse er at de påkrever en opplink for å kunne koble til det bredere internett. Når disse operatørene uten mobilnett (non-cellular network) tilbyr denne oppkoblingen som en tjeneste, er det enda et datanettverkssystem å forhandle om.

Mobilnettoperatørene er imidlertid store selskaper, og det er ikke realistisk å konkurrere effektivt med dem. Det beste kurset er å kjøpe «tid» på nettverkene deres ved å ta i bruk modemer som oppfyller deres standarder og deretter betale et månedlig abonnement.

De ikke-mobilnettverkene kan bygges ut med beskjedne midler, og med begrensningen at dekningsområdet deres ikke er over hele verden – før de er koblet til en server som danner broen til internett. Uansett er det mange tilfeller av nettverk som ikke trenger internettilkobling over hele verden. Produksjonsmaskiner i en industrifabrikk med monterings- og produksjonssensorer er et eksempel. Faktisk bør nettverket isoleres i disse bruksområdene.

Den gode nyheten er at tilgang til mobilnettverk, samt brikkene og modulene for å bygge et laveffekts strømnett er tilgjengelig. Abonnement på forbindelse til et datanettverk, kan koste veldig lite per måned. Alt som trengs er et mobiloperatørsertifisert modem, og enhver enhet kan være «på nett» over hele verden.

Elektroniske løsninger i form av moduler fortsetter sin dramatiske vekst. I stedet for å måtte ha ekspertisen til å designe på brikke-nivå selv, kan du få en forhåndsbygd, sertifisert radio. Behovet av teknisk RF-ekspertise minsker, og produktene kommer raskere ut på markedet. I en nylig utført undersøkelse der det ble gransket hvilke brikker som ble brukt i moduler og deretter sett hvilken type kunde som kjøpte hver, var det overraskende å se at selskaper som hadde de nødvendige kunnskapene ikke bare kjøpte de samme brikkene som ble brukt på modulene, de kjøpte også modulene – og begge ble kjøpt i mengder på tusenvis av enheter – altså produksjonsmengder. Dette støtter oppfatningen om at det kan være bedre å komme på markedet tidlig med et mindre, og mer kostnadsoptimalisert produkt for å teste markedet for et nytt produkt, enn å designe et kostnadsoptimalisert produkt fra starten. Hvis det testede markedet er stort nok, kan produktet deretter kostnadsoptimaliseres ved å gå helt ned på brikke-nivået. Men det er et nivå enda lavere enn brikken denne artikkelen kaller «bølgeformnivået».

Programvaredefinerte radioer (Software Defined Radio – SDR) lar en utvikler eksperimentere med helt nye modulasjonsskjemaer. Hvis det er et unikt behov og designeren har kompetanse, kan en proprietær (brukerspesifikk) radiostandard utvikles. Selv uten denne ekspetisen er det mulig å eksperimentere med en programvaredefinert radio, som er lærerikt og morsomt. En kollega av forfatteren av denne artikkelen har for eksempel patent på å dekode FM-stereo-sendinger ved å interpolere verdien av basebåndsignalet på det nøyaktige øyeblikket når signalet er lik venstre eller høyre bølgeform og uten at klokken synkroniserer systemet med RF-bæreren. Dette er en programvaretilnærming til sammensatt signalnedbryting, alt dette kan i dag implementeres i en programvaredefinert radio. Dette patentet er nesten 30 år gammelt og var en utfordring å utvikle. I dag er dette enkelt å gjøre med en serieprodusert programvaredefinert radio man finner som «hyllevare».

En slik programvaredefinert radio Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO(ADALM-PLUTO) som er en serieprodusert avansert læringsmodul fra Analog Devices og tilgjengelig for levering for rundt 150 USD fra september 2020. De har tilkobling til en datamaskin via USB-tilkobling, inneholder FPGA som enkelt kan konfigureres, har omfattende støtte for programmeringsspråket Python, samt den kan både sende og motta signaler over et område fra 325 MHz til 3,8 GHz. Hvis en designer virkelig vil kunne og bruke RF, kan de starte på dette nivået.

Tilbake til ideen om spesifikke produkter, sensorer av hundrevis – i form av brikker og moduler øker i utbredelse. Det er bokstavelig talt hundretusener av forskjellige sensorer tilgjengelig fra distributører, som DigiKey og andre, som tilbyr mer enn 210 000 forskjellige sensorer.

Her er noen av de forskjellige typene sensorer som er tilgjengelige:

• Nærhetssensorer
• Sensorer, transduser-temperatursensorer – analog og digital utgang
• Sensorer, transduser-spesialiserte sensorer
• Sensorer, transduser-gassensorer
• Sensorer, transduser-posisjonssensorer – vinkel, lineær posisjonsmåling
• Sensorer, transduser-trykksensorer, transdusere
• Sensorer, transduser-fuktighet, fuktighetssensorer
• Sensorer, transduser-strømsensorer
• Sensorer, transduser-optiske sensorer – omgivelseslys-, IR-, UV-sensorer
• Sensorer, transduser-optiske sensorer – avstandsmåling
• Utviklingskort, sett, programmerere evalueringskort – sensorer
• Sensorer, givere magnetiske sensorer – posisjon, nærhet, hastighet
• Sensorer, transduser-optiske sensorer - fotoelektrisk, industriell
• Sensorer, transduser-bevegelsessensorer - akselerometre
• Sensorer, transduser-bildesensorer, kamera

Hvilken som helst av disse sensorene, eller en kombinasjoner av dem, kan integreres i et produkt som kan kobles til internett via et bredt utvalg av trådløse alternativer.

For eksempel kan et nett-prosjekt som viser tilkoblingen til internett til en «windows blinds controller» finnes på maker.io på «Trinamics TMC5161 + Microchips AVR-IoT WG + Digi-Keys IoT Studio Temp» (Figur 1).

Figur 1: Solskjermingsprosjektet med fjernkontroll til vindu som beskrevet i maker.io-prosjektet “Kickstart and Innovate your blinds control design”. (Bildekilde: maker.io)

Microchip Technology sitt utviklingssett rettet mot smarte IoT-hjemmeautomatiseringsutrustninger, flere detaljer finner du her: IoT Home Automation Evaluation Kit (Figure 2).

Figur 2: Microchip sitt evalueringssett for IoT-hjemmeautomatisering. (Bildekilde: Microchip)

Sammendrag

Alle har tilgang til IoT, utviklingssettene som er omtalt i denne artikkelen er bare et utvalg av verktøyene som er tilgjengelige for IoT-designere.

Til slutt vil vi ønske lykke til med å utvikle den neste store «tingen» som skal kobles til tingenes internett i vår tilkoblede verden.