Какой протокол я должен использовать для устройств автоматизации в домашних условиях?

9

У меня есть проект для автоматизации вещей в доме. Я разработчик, но новичок в электронике и IoT.

Что я должен использовать для беспроводной связи? Wi-Fi, Bluetooth ... Где мне искать?

Мне нужно дешевое, малозатратное и крошечное решение, например, для создания дополнительного беспроводного прерывателя света, или попробуйте сделать что-то вроде локальной триангуляции с помощью микросхемы моего соседа по дому (заключенных нет! Дом большой и это для "режима факела" - огни следуют за вами, для экономии энергии)

Мы также выращиваем еду (грибы), поэтому в будущем можно будет оптимизировать культуру. Я также хочу открыть / закрыть некоторые двери.

Он должен быть модульным, чтобы API в конце был крутым.

Хорошо ли смотреть на интегральную Bluetooth-схему в IoT, централизованную Raspberry Pi (сервер) и управляемую через Wi-Fi (или напрямую через Bluetooth)? Что мне не хватает?

smart-home wireless

— Морфей
источник

3

Определенно не Wi-Fi из-за проблем с питанием, возможно, из-за низкого энергопотребления Bluetooth, хотя в спецификации есть дефекты дизайна номера, особенно в отношении совместного использования, возможно, какая-то нестандартная схема между чипами 2,4 ГГц радио / MCU, разработанная для более точного соответствия вашим потребностям. Использование BTLE в буквальном смысле имеет смысл, если вам нужно общаться с существующими устройствами, особенно с телефонами.

— Крис Страттон

1

Что касается связи с телефонами, что если я не сделаю это напрямую, а обработаю данные пользовательской схемы на Raspberry PI на примере и запустю свой сервер с веб-сервисом для телефона / приложений? Есть ли у вас хороший источник информации для пользовательской схемы и т. Д.?

— Морфеус

1

Тогда вы можете реализовать что-то свое на обоих концах. Просто имейте в виду, что пи хрупкие из-за использования SD-карты, которая не любит несвоевременную потерю мощности.

— Крис Страттон

2

Не уверен, откуда вы взяли, что 2,4 ГГц стоит дорого, так как это ошибка. Приемопередатчики всего за доллар, в одном количестве. Однако 25 м могут быть менее надежными для многих нелицензионных механизмов, по крайней мере, если есть стены или другие источники шума. Нечто подобное LoRa предназначено для (намного) больших расстояний с низким энергопотреблением, но есть гораздо более низкие ограничения по скорости и общему объему данных, которые вы можете передать через него.

— Крис Страттон

2

Я не уверен, что что-то есть в продаже, но идея BT-LE, подкрепленная подключенными узлами Wi-Fi, чтобы получить диапазон звучит разумно.

— Шон

8

Здесь у вас есть хороший список из 11 протоколов IoT, о которых вам нужно знать.

Вот резюме на случай, если ссылка когда-нибудь сломается

Стандарт Bluetooth : спецификация ядра Bluetooth 4.2 Частота: 2,4 ГГц (ISM) Диапазон: 50–150 м (Smart / BLE) Скорость передачи данных: 1 Мбит / с (Smart / BLE)

Стандарт Zigbee : ZigBee 3.0 на основе IEEE802.15.4 Частота: 2,4 ГГц Диапазон: 10–100 м Скорость передачи данных: 250 Кбит / с

Стандарт Z-Wave : Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959 Частота: 900 МГц (ISM) Диапазон: 30 м. Скорость передачи данных: 9,6 / 40/100 Кбит / с

6LowPAN Стандарт: RFC6282 Частота: (адаптирована и используется для различных сетевых устройств, включая Bluetooth Smart (2,4 ГГц) или ZigBee или RF с низким энергопотреблением (ниже 1 ГГц) Диапазон: н / д Скорость передачи данных: н / д

Стандарт резьбы : Резьба, на основе IEEE802.15.4 и 6LowPAN Частота: 2,4 ГГц (ISM) Диапазон: н / д Скорость передачи данных: н / д

Стандарт Wi-Fi : на основе стандарта 802.11n (наиболее распространенное на сегодняшний день в домашних условиях). Частоты: 2,4 ГГц и 5 ГГц. Диапазон: примерно 50 м. Скорость передачи данных: максимум 600 Мбит / с, но более типично 150-200 Мбит / с, в зависимости от используемой частоты канала и количества антенн. (последний стандарт 802.11-ac должен предлагать от 500 Мбит / с до 1 Гбит / с)

Стандарт сотовой связи : GSM / GPRS / EDGE (2G), UMTS / HSPA (3G), LTE (4G). Частоты: 900/1800/1900/2100 МГц. Диапазон: максимум 35 км для GSM; Макс. 200 км для скорости передачи данных HSPA (обычная загрузка): 35-170 кбит / с (GPRS), 120-384 кбит / с (EDGE), 384 кбит / с-2 Мбит / с (UMTS), 600 кбит / с-10 Мбит / с (HSPA), 3-10 Мбит / с (LTE)

Стандарт NFC : ISO / IEC 18000-3 Частота: 13,56 МГц (ISM) Диапазон: 10 см Скорость передачи данных: 100–420 кбит / с

Стандарт Sigfox : Sigfox Частота: 900 МГц Диапазон: 30-50 км (сельская среда), 3-10 км (городская среда). Скорость передачи данных: 10-1000 бит / с.

Стандарт Neul : частота Neul: 900 МГц (ISM), 458 МГц (Великобритания), 470-790 МГц (пустое пространство) Диапазон: 10 км. Скорость передачи данных: несколько бит / с до 100 Кбит / с

Стандарт LoRaWAN : LoRaWAN Частота: различная Диапазон: 2-5 км (городская среда), 15 км (пригородная среда). Скорость передачи данных: 0,3-50 кбит / с.

Просто учтите, что:

Чем больше расстояние, которое вы хотите преодолеть с помощью сигнала, тем больше потребляемая мощность.
Чем выше требуемая скорость передачи данных, тем выше частота, следовательно, больше энергопотребление.

Поэтому я предлагаю пойти на низкочастотный протокол; ZigBee работает довольно хорошо, потребляет очень мало, и это довольно популярно. Единственным недостатком является то, что Raspberry Pi не включает передатчик ZigBee, вам может потребоваться дополнительный рекламный пакет.

— Змея Сандерс
источник

Это хороший список, было бы неплохо держать его в курсе. Несколько вещей, которые я бы добавил; Bluetooth 5 (скорость передачи данных и изменение диапазона) и возможности ячеек, LoRa может достигать 300 кбит / с (это те модули, которые я видел, но я думаю, что есть и такие, которые могут пойти еще дальше).

— dicobraz

6

Ссылаясь на список протоколов, приведенный в ответе Снейка, кажется, что вам нужен протокол с диапазоном 20-100 м, хорошей производительностью с низким энергопотреблением (в идеале пассивный, но я не знаю ни одного решения) и не очень большой пропускной способностью. для переносимой части. Кроме того, вам нужны некоторые статические узлы, которые могут быть менее ограничены с точки зрения мощности.

BT-LE - самый распространенный протокол. К сожалению, я не думаю, что вы можете повторно использовать сотовый телефон так же, как вы бы использовали узел (если вы не полагаетесь на чисто пассивное взаимодействие с протоколом). Однако SoC, которые предоставляют этот протокол, плюс достаточное количество периферийных устройств для включения фитнес-трекера или наушников, являются общими (и улучшаются в спецификации).

Если вы посмотрите на самые последние SoC с радиоприемником 2,4 ГГц, вы обнаружите, что они часто поддерживают не только Bluetooth (вы просто настраиваете нужный программный стек), поэтому стоит изучить, можно ли получить лучшие результаты с другим протоколом ( но тогда у вас есть штраф за необходимость добавить другое радио к вашим статическим узлам). Ваш вариант использования, похоже, основан на надежной индикации уровня сигнала (при условии, что точность времени полета не требуется).

Одной из наиболее важных задач на этом этапе проектирования является разработка баланса мощности и профиля зарядки портативного устройства. Это будет влиять на профили сна и частоты передачи. Возможно, вы захотите использовать акселерометр для настройки скорости передачи (поскольку радиостанции, вероятно, потребуется больше энергии для передачи, чем просто опрос для проверки движения).

— Шон Хулихейн
источник

4

Одним из протоколов, не указанных в ответе Снейка, являются радиомодули для 433 МГц / 868 МГц / 915 МГц, один из которых будет охватывать диапазон хобби / исследований в вашей стране и может использоваться для создания узлов с низким энергопотреблением. RFM69 и NRF24L01 +.

https://www.mysensors.org/ поместил их в сетевую настройку с протоколом и шлюзами, все с открытым исходным кодом, которые общаются с рядом существующих контроллеров и предлагают много возможностей для разработки как на стороне датчика / узла, так и на стороне контроллера.

— Geoff
источник

2

Я хотел бы взглянуть на некоторые решения Nordic SoC, которые имеют встроенные протоколы. Это хороший способ иметь чип, который позволял бы вам тестировать различные сценарии, Nordic имеет SoC с большинством распространенных протоколов (Bluetooth, WiFi, IEEE, ANT и т. Д.) В одном чипсете.

Я бы начал с Bluetooth, его самого простого и универсального решения IMHO. Хотя я не уверен насчет локальной триангуляции, это кажется излишним для ваших требований, возможно, загляните в маяки Bluetooth.

— dicobraz
источник