IoT ist für jedermann verfügbar

IoT ist für jedermann verfügbar

Zur Verfügung gestellt von Digi-Key Electronics

Die Technologien dieser Welt verändern sich heutzutage schneller denn je, und neue Technologien für kabellose Anwendungen werden immer schneller entwickelt. Das Internet der Dinge (IoT) führt in beinahe allen Bereichen unseres Lebens zu Innovationen. Schon das bloße Verbinden der „Dinge“, die noch nie zuvor verbunden waren, führt zu neuen Einblicken in Daten, die wiederum zu bedeutenden Veränderungen führen. Das IoT ist ein technologischer Megatrend, der nicht nur einen Härtetest für Altsysteme darstellt, sondern der auch das Schicksal kleiner und großer Unternehmen in vielen verschiedenen Branchen mitbestimmen wird. Schätzungen gehen davon aus, daß es bis Ende 2020 50 Milliarden IoT angeschlossene Geräte und bis 2025 100 Milliarden Geräte geben wird.

Da sich die Übertragungsstandards geändert haben, um IoT-Geräten gerecht zu werden, war es für einen Funk-Enthusiasten noch nie einfacher, ein neues Modulationsschema zu entwerfen, und es gibt viele neue Sensoren, die mit einer Funkverbindung gekoppelt werden können. Diese Technologien sind auch für immer mehr Menschen verfügbar. In diesem Artikel wird über jede dieser Entwicklungen gesprochen und darüber, wie jeder diese kostengünstige und allgegenwärtige Technologie jetzt in die Hände bekommen kann.

LPWAN-Funktechnologien (Low Power Wide Area Network) sind bereits seit mehreren Jahren in der Infrastruktur von Mobilfunknetzen verfügbar. Das NB-IoT (schmalbandiges IoT), LTE-M und LTE-MTC (Long Term Evolution Machine Type Connection) sowie die verbesserte eMTC (Enhanced Machine Type Communication) sind sehr beliebt. Der Vorteil dieser Technologien besteht darin, daß vorhandene Funkmasten genutzt werden können, die derzeit für Sprachverbindungen und Übertragungen mit hoher Bandbreite eingesetzt werden. Ein Gerät, das nur gelegentlich Bericht erstattet und gesteuert werden muß, benötigt jedoch keine hohe Bandbreite, und da viele von ihnen batteriebetrieben sind, bestand ein Bedarf an den Standards für geringeren Strom und geringere Bandbreite, die diese Technologiestandards ermöglichen.

Zu den anderen Technologien, die die bestehenden zellularen Netzwerke nicht nutzen und deren Infrastrukturen neu aufgebaut werden müssen, gehören Sigfox, LoRa/LoRaWAN und NB-Fi, um nur einige zu nennen. Der Nachteil dieser Technologien besteht darin, daß sie einen Uplink für die Anbindung an das Internet erfordern. Während diese nicht-zellularen Netzwerkbetreiber diesen Uplink als Dienstleistung anbieten, ist es ein weiteres Computernetzwerksystem, über das zu verhandeln ist.

Bei den Betreibern der Mobilfunknetze handelt es sich um große Unternehmen. Daher ist es wenig wahrscheinlich, daß es diesbezüglich zu einem effektiven Wettbewerb kommen wird. Die beste Lösung besteht darin, im Rahmen monatlich bezahlter Verbrauchspläne „Zeit“ in ihren Netzen zu erwerben und Modems zu nutzen, die ihren Standards entsprechen.

Diese von Mobilfunknetzen abweichenden Netze können mit überschaubaren Mitteln ausgebaut werden, sind jedoch in Bezug auf die von ihnen abgedeckten Bereiche sehr eingeschränkt. Unabhängig davon gibt es viele Fälle von Netzwerken, die keine weltweite Vernetzung erfordern. Ein Beispiel dafür ist eine Industriehalle mit Montage- und Produktionssensoren. Tatsächlich sollte das Netzwerk bei diesen Anwendungen isoliert sein.

Die gute Nachricht ist, daß der Zugang zu zellularen Netzwerken und die Chips und Module für den Aufbau eines Niedrigstromnetzes verfügbar sind und Netzwerkdatenpläne nur 3,00 Dollar pro Monat kosten können. Alles, was benötigt wird, ist ein von einem Mobilfunkbetreiber zertifiziertes Modem, und jedes Gerät kann weltweit “online” sein.

Bei elektronischen Lösungen in Form von Modulen wird auch weiterhin ein rapides Wachstum verzeichnet. Anstatt das Fachwissen für das Design auf Chipebene zu benötigen, kann ein Designer ein Radio vorbauen und zertifizieren lassen. Dadurch wird nicht nur der erforderliche technische Scharfsinn im HF-Bereich reduziert, sondern es werden auch Produkte schneller auf den Markt gebracht. Bei einer kürzlich durchgeführten Überprüfung, bei der man die in den Modulen verwendeten Chips nachgeschlagen und dann gesehen hat, welche Art von Kunden jeweils gekauft haben, war es überraschend zu sehen, daß Unternehmen mit dem nötigen Scharfsinn nicht nur die gleichen Chips kauften, die in den Modulen verwendet wurden, sondern auch die Module, und beide wurden in Mengen von Tausenden von Einheiten - Produktionsmengen - gekauft. Dies unterstützt die Vorstellung, daß es besser sein kann, frühzeitig mit einem weniger kostenoptimierten Produkt auf den Markt zu kommen, um den Markt für ein neues Produkt zu testen, als von Anfang an ein kostenoptimiertes Produkt zu entwerfen. Wenn der getestete Markt groß genug ist, kann das Produkt dann bis auf die Chip-Ebene kostenoptimiert werden. Aber es gibt eine noch niedrigere Ebene als Chips, die in diesem Artikel als Wellenform-Ebene bezeichnet wird.

Mit SDRs (Software Defined Radios) können Entwickler mit komplett neuen Modulationsschemata experimentieren. Wenn ein spezieller Bedarf besteht und der Konstrukteur über das entsprechende Fachwissen verfügt, kann ein proprietärer Funkstandard entwickelt werden. Selbst wenn das Fachwissen nicht vorhanden ist, kann das Experimentieren mit einem SDR einem Designer viel beibringen, und es macht Spaß. Zum Beispiel hat ein Kollege des Autors dieses Artikels ein Patent auf die Dekodierung von FM-Stereosendungen durch Interpolation des Wertes des Basisbandsignals genau zu dem Zeitpunkt, zu dem das Signal der linken oder rechten Wellenform entspricht, und ohne Taktsynchronisierung des Systems mit dem HF-Träger. Dabei handelt es sich um einen Software-Ansatz zur Zerlegung zusammengesetzter Signale, und all dies kann heute in einem SDR implementiert werden. Dieses Patent ist fast 30 Jahre alt und es war eine Herausforderung, es zu entwickeln. Mit handelsüblichen SDRs ist das heute einfach zu bewerkstelligen.

Ein solches SDR ist das Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) von Analog Devices, das ab September 2020 für rund 150 USD ab Lager lieferbar ist. Sie werden über eine USB-Verknüpfung mit einem PC verbunden, beinhalten ein leicht konfigurierbares FPGA und können umfangreiche Unterstützung für die Programmiersprache Python aufweisen. Sie können zudem Signale über einen Bereich von 325 MHz bis 3,8 GHz senden und empfangen. Wenn ein Konstrukteur RF wirklich kennen und nutzen möchte, kann er auf dieser Ebene beginnen.

Zurück zur Idee der spezifischen Produkte: Sensoren in Form von Chips und Modulen breiten sich zunehmend aus. Es gibt buchstäblich Hunderttausende von verschiedenen Sensoren, die bei Distributoren erhältlich sind. Digi-Key allein bietet mehr als 210.000 verschiedene Sensoren an.

Hier sind einige der verfügbaren Sensortypen:

Jeder dieser Sensoren oder jede Kombination dieser Sensoren kann in ein Produkt integriert werden, das über verschiedene drahtlose Netzwerkoptionen mit dem Internet verbunden werden kann.

Zum Beispiel kann ein Online-Projekt, das die Internetverbindung einer “Jalousiesteuerung” zeigt, auf maker.io unter "TMC5161 von Trinamic + AVR-IoT WG von Microchip + IoT Studio Temp von Digi-Key gefunden werden. (Abbildung 1).

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Abbildung 1: Projekt zur Fernsteuerung von Fensterjalousien, wie im maker.io-Projekt “Kickstart and Innovate your blinds control design” beschrieben. (Bildquelle: maker.io)

Microchip Technology’sEntwicklungskit ist auf intelligente IoT-Heimautomationsanwendungen ausgerichtet und weitere Details finden Sie hier: IoT Home Automation Evaluation Kit (Abbildung 2).

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Abbildung 2: IoT-Heimautomationsevaluationskit von Microchip. (Bildquelle: Microchip)

Zusammenfassung

Jeder hat Zugang zum IoT, und die in diesem Artikel besprochenen Entwicklungs-Kits sind nur eine Auswahl der Werkzeuge, die IoT-Designern zur Verfügung stehen.

Und schließlich viel Glück bei der Entwicklung des nächsten großen “Dings”, das in dieser vernetzten Welt an das Internet der Dinge angeschlossen werden soll.

Über den Autor

Rolf Horn arbeitet seit mehr als sechs Jahren als Applikationsingenieur bei Digi-Key Electronics. Dort hilft er Kunden bei der Auswahl von Hochtechnologieprodukten.