reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© franz pfluegl dreamstime.com Technologie | 09 listopada 2017

Bezprzewodowe technologie ultraniskiego poboru mocy (ULP) (Cz臋艣膰 I)

Om贸wienie zalet Bluetooth Low Energy (BLE), ANT, ZigBee, RF4CE, NFC, Nike+ i Wi-Fi a tak偶e technologii podczerwieni, kt贸ra promowana jest przez Infrared Data Association (IrDA). Cz臋艣膰 I.
Dzisiejszy rozw贸j technologii w niemal wszystkich ga艂臋ziach przemys艂u 艣ci艣le zwi膮zany jest z rozwojem Internetu Rzeczy (IoT), w kt贸rym r贸偶ne czujniki zbieraj膮 dane i bezprzewodowo przekazuj膮 je do kolejnych urz膮dze艅. Przyk艂ady produkt贸w ko艅cowych s膮 bardzo zr贸偶nicowane, pocz膮wszy od smartfon贸w, poprzez urz膮dzenia ubieralne mierz膮ce podstawowe parametry zdrowotne, kontroluj膮ce aktywno艣膰 i kondycj臋 cz艂owieka, a偶 po automatyk臋 domow膮, inteligentne liczniki i sterowniki urz膮dze艅 przemys艂owych. Wszystkie one posiadaj膮 ograniczenia, kt贸re obejmuj膮 kluczowe wymagania stawiane dzisiejszym urz膮dzeniom: ultra-niski pob贸r mocy, niewielki rozmiar i nisk膮 cen臋.

Wym贸g ultra-niskiego poboru mocy wynika g艂贸wnie z konieczno艣ci stosowania urz膮dze艅 s艂u偶膮cych do pracy przez d艂ugi czas a zasilanych z baterii lub technologii przechwytywania energii. Opr贸cz oczywistych zalet niskiego kosztu chipsetu, ca艂kowity koszt produktu jest w du偶ym stopniu uzale偶niony od zastosowanego 藕r贸d艂a zasilania. Na przyk艂ad, je偶eli centrum handlowe ma bezprzewodowy beacon w ka偶dym sklepie, a baterie wymagaj膮 regularnej wymiany, mo偶e si臋 szybko okaza膰, 偶e koszty konserwacji wkr贸tce przewa偶aj膮 nad korzy艣ciami z wdro偶enia takiej technologii.

Obecnie projektanci maj膮 wiele mo偶liwo艣ci w wyborze technologii bezprzewodowej o niskim poborze mocy, wliczaj膮c w to technologie radiowe, takie jak Bluetooth Low Energy (BLE), ANT, ZigBee, RF4CE, NFC, Nike+ i Wi-Fi, a tak偶e technologi臋 podczerwieni, kt贸ra promowana jest przez Infrared Data Association (IrDA). Ten szeroki wyb贸r niestety sprawia, 偶e proces selekcji jest bardzo utrudniony. Ka偶da technologia zapewnia kompromis pomi臋dzy zu偶yciem energii, przepustowo艣ci膮 i zasi臋giem. Niekt贸re opieraj膮 si臋 na otwartych standardach, podczas gdy inne pozostaj膮 ci膮gle zamkni臋te. Aby jeszcze bardziej skomplikowa膰 sprawy, wci膮偶 pojawiaj膮 si臋 nowe interfejsy i protoko艂y bezprzewodowe, kt贸re zaspokajaj膮 potrzeby IoT. Jednym z nich jest na przyk艂ad Bluetooth Low Energy.

Poni偶ej przeanalizowano zalety i wady r贸偶nych technologii bezprzewodowych o niskim poborze mocy i pozostawiono czytelnikowi decyzj臋, kt贸ra z przedstawionych technologii jest najbardziej odpowiednia dla docelowego produktu.

Bluetooth Low Energy

Technologia Bluetooth Low Energy rozpocz臋艂a 偶ycie jako projekt w Nokia Research Center pod nazw膮 Wibree. W 2007 roku zosta艂a przej臋ta przez Bluetooth Special Interest Group (SIG), kt贸ra wprowadzi艂a t臋 technologi臋 w 2010 roku jako ultra-niskopr膮dow膮 form臋 Bluetooth nadaj膮c jej wersj臋 4.0. Technologia rozszerzy艂a ekosystem standardu Bluetooth na aplikacje posiadaj膮ce baterie o ma艂ej pojemno艣ci, takie jak na przyk艂ad urz膮dzenia ubieralne (wearables). Wyposa偶ona w minimalny pr膮d zasilania, rz臋du mikroamper贸w uzupe艂nia "klasyczny" Bluetooth popularny w smartfonach, zestawach s艂uchawkowych i bezprzewodowych klawiaturach czy myszkach. BLE dzia艂a w pa艣mie cz臋stotliwo艣ci ISM (Industrial, Scientific, Medical) 2,4 GHz i nadaje si臋 do przesy艂ania danych ze zintegrowanych czujnik贸w bezprzewodowych lub innych urz膮dze艅 peryferyjnych, w kt贸rych mo偶na w pe艂ni wykorzysta膰 asynchroniczn膮 komunikacj臋. Te urz膮dzenia wysy艂aj膮 bardzo niewielkie ilo艣ci danych, rz臋du kilku bajt贸w. Ich cykl pracy 鈥 cz臋stotliwo艣ci nadawania 鈥 mo偶e wynosi膰 od kilku razy na sekund臋, do jednego razu na minut臋 lub nawet d艂u偶ej.

Projektujesz elektronik臋? Zarezerwuj 4 pa藕dziernika 2018 na najwi臋ksz膮 w Polsce konferencj臋 dedykowan膮 projektantom, Evertiq Expo Krak贸w 2018. Przesz艂o 50 producent贸w i dystrybutor贸w komponent贸w do Twojej dyspozycji, ciekawe wyk艂ady i 艣wietna, tw贸rcza atmosfera. Jeste艣 zaproszony, wst臋p wolny: kliknij po szczeg贸艂y.

漏 Evertiq
Od technologii Bluetooth v4.0, specyfikacja Bluetooth (Bluetooth Core Specification) definiuje dwa typy chip贸w: uk艂ad Bluetooth o niskim poborze mocy oraz uk艂ad Bluetooth ze zmodyfikowanym stosem i podstawowym trybem transmisji danych Basic Rate (BR)/Enhanced Data Rate (EDR) w po艂膮czeniu z Low Energy (LE) PHY ("BR / EDR + LE"), tak aby by艂 zgodny ze wszystkimi wersjami i odmianami chip贸w tego standardu. Uk艂ady Bluetooth LE mog膮 wsp贸艂pracowa膰 z innymi uk艂adami Bluetooth o niskim poborze energii oraz uk艂adami Bluetooth zgodnymi z Bluetooth v4.0 lub nowszymi. W wielu zastosowaniach konsumenckich, uk艂ad Bluetooth o niskim poborze mocy dzia艂a w po艂膮czeniu ze standardowym uk艂adem Bluetooth. Dzi臋ki ulepszeniom wprowadzonym w wersjach 4.1, 4.2 i 5, uk艂ady Bluetooth LE coraz cz臋艣ciej wykorzystywane s膮 jako samodzielnie dzia艂aj膮ce urz膮dzenia.

Niedawno wprowadzona specyfikacja Bluetooth 5 zwi臋kszy艂a szybko艣膰 transmisji danych w technologii Bluetooth Low Energy z 1Mbit/s do 2Mbit/s oraz poprawi艂a 4-krotnie zasi臋g w por贸wnaniu z poprzedni膮 wersj膮. Nale偶y pami臋ta膰, 偶e maksymalna przepustowo艣膰 i zasi臋g nie mog膮 by膰 osi膮gni臋te jednocze艣nie, to klasyczny kompromis. Bluetooth SIG przyj膮艂 ostatnio tak偶e Bluetooth mesh 1.0, kt贸ry pozwala na konfiguracj臋 technologii w topologii sieci mesh.

Co na to ANT?

ANT podobnie jak technologia Bluetooth Low Energy, jest protoko艂em bezprzewodowym o bardzo niskim poborze mocy, kt贸ry dzia艂a w pa艣mie ISM 2,4 GHz. Przeznaczony jest do urz膮dze艅 zasilanych z baterii, od kt贸rych wymaga si臋 dzia艂ania na poziomie miesi臋cy lub nawet lat. Protok贸艂 wprowadzono w 2004 roku przez firm臋 Dynastream Innovations, kanadyjsk膮 firm臋 b臋d膮c膮 obecnie cz臋艣ci膮 Garmin International. Firma Nordic Semiconductor jako pierwsza zaimplementowa艂a ten interfejs w uk艂adzie radiowym nRF51422 SoC. Podobne uk艂ady w swojej ofercie posiada r贸wnie偶 firma Texas Instruments: CC2570 i CC2571. Pomimo, 偶e firma Dynastream Innovations sama nie jest producentem uk艂ad贸w scalonych, to jednak oferuje szereg w pe艂ni przetestowanych modu艂贸w RF, na kt贸rych uruchomienie protoko艂u ANT wymaga jedynie niewielkiego wk艂adu projektowego.

Chocia偶 ANT jest zamkni臋tym protoko艂em RF, interoperacyjno艣膰 wspierana jest poprzez system zarz膮dzania sieci膮 ANT+. System ANT+ u艂atwia wsp贸艂dzia艂anie pomi臋dzy urz膮dzeniami nale偶膮cymi do stowarzyszenia ANT+ Alliance oraz gromadzenie, automatyczne przesy艂anie i 艣ledzenie danych z r贸偶nych czujnik贸w. Opr贸cz firmy Garmin do ANT+ Alliance nale偶膮 teraz takie firmy jak Samsung, Sony, Adidas, Tacx, Motorola, Timex czy Pioneer. Interoperacyjno艣膰 zapewniaj膮 profile urz膮dze艅. Ka偶de urz膮dzenie ANT+, kt贸re zaimplementuje okre艣lony profil urz膮dzenia, wsp贸艂dzia艂a z innym urz膮dzeniem ANT+ realizuj膮cym ten sam profil urz膮dzenia. Nowe produkty musz膮 przej艣膰 test zgodno艣ci ANT+ w celu sprawdzenia interoperacyjno艣ci. Certyfikacj膮 zarz膮dza stowarzyszenie ANT+ Alliance. ANT i ANT+ pierwotnie stworzono dla segmentu sportowego i fitness, ale ostatnio produkt znalaz艂 r贸wnie偶 zastosowanie w systemach automatyki domowej i przemys艂owej. Protok贸艂 podlega ci膮g艂emu rozwojowi, a najnowszym rozwini臋ciem jest protok贸艂 ANT BLAZE, ukierunkowany na obs艂ug臋 sieci mesh, zawieraj膮ce aplikacje IoT o du偶ej liczbie w臋z艂贸w, w rozleg艂ych 艣rodowiskach.

A co z ZigBee?

ZigBee to protok贸艂 transmisji danych w sieciach bezprzewodowych, kt贸ry wykorzystuje dwie najni偶sze warstwy: fizyczn膮 PHY i warstw臋 kontroli dost臋pu MAC (Media Access Control) w oparciu o standard IEEE 802.15.4. Technologia zosta艂a zaprojektowana dla sieci o topologii mesh, znajduj膮c zastosowanie w aplikacjach inteligentnego o艣wietlenia i sektorach automatyki przemys艂owej i domowej. ZigBee zapewnia transmisj臋 bezprzewodow膮 w pasmach ISM 2,4 GHz, jak r贸wnie偶 784 MHz w Chinach, 868 MHz w Europie i 915 MHz w USA i Australii. Szybko艣膰 transmisji danych wynosi od 20Kb/s (zakres 868 MHz) do 250Kb/s (pasmo 2,4 GHz). Najnowsza wersja ZigBee PRO 2017 umo偶liwia膰 b臋dzie jednoczesne dzia艂anie w pasmach cz臋stotliwo艣ci ISM 2,4 GHz i 800 鈥 900 MHz.

Kontynuacja artyku艂u w poniedzia艂ek, 13 listopada!

Artyku艂 opublikowano dzi臋ki uprzejmo艣ci firmy DigiKey
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
December 05 2018 15:01 V11.10.4-1