Logo
(Po-Pá 8-18h)
0 ks
za 0,00 Kč
Nákupní košík je prázdný
Potřebujete poradit? Neváhejte nás kontaktovat.
Nakupte ještě za 3 000,00 Kč a máte dopravu ZDARMA
Novinky
29.04.2019
Zvýhodnění objednávek nad 1000,- Kč
Při nákupu nad 1000,- Kč bude cena dopravy u PPL a Česká pošta snížena na 99,- Kč. Při nákupu nad 3000,- Kč je doprava ZDARMA. Toto zvýhodnění platí... číst celé
Zobrazit všechny novinky
Doprava od 65,- Kč

Česká pošta

PPL PARCEL CZ

Zásilkovna

 

 

Sledujte nás na Facebboku

 

 

PŘÍJÍMÁME PLATBY KARTOU:

ThePay – Platba kartou, Platba24, MojePlatba, eKonto, mPeníze, MONETA, ČSOB, Fio Banka, Equa Bank, superCASH, Sberbank, QR platba, Bitcoin

  1. Úvod
  2. Články
  3. Odborné články
  4. Komunikační rozhraní aneb připravte se na IoT
01.10.2018

Komunikační rozhraní aneb připravte se na IoT

Internet věcí (anglicky Internet of Things) je termín označující síť propojující zařízení, které mezi sebou komunikují (např. domácí spotřebiče, vozidla atd.). Zařízení připojená do Internetu věcí pravidelně odesílají různé informace o svém stavu. Například o venkovní teplotě nebo že došlo mléko. V tomto článku Vám představíme nejběžnější typy připojení těchto zařízení k síti.

IoT

 

Komunikační rozhraní

Komunikační rozhraní slouží pro komunikaci mezi dvěma či více zařízeními. Skládá se ze zdroje a příjemce zprávy, obvodů pro úpravu signálu a sdělovacího kanálu. Zdroj a příjemce zprávy může být osoba nebo zařízení, které generuje či přijímá zprávu. Obvody pro úpravu signálu upravují zprávu na signál vhodný pro přenos přes sdělovací kanál. Sdělovací kanál slouží pro přenos zprávy od zdroje k příjemci zprávy. Dle typu sdělovacího kanálu lze rozlišit komunikaci bezdrátovou a kabelovou.

Kabelová komunikace využívá pro vedení signálu metalické nebo optické vedení. Pro přenos signálu po kabelovém metalickém vedení se nejčastěji využívá RS232, RS422, RS485, SPI a I2C. Z důvodu nemožnosti mobility takto připojených zařízení je využití kabelové komunikace pro IoT nevhodné.

Bezdrátová komunikace pro přenos signálu využívá šíření elektromagnetických vln v otevřeném prostoru bez nutnosti elektricky vodivého spojení vysílače a přijímače. Maximální dosah komunikace je dán parametry prostředí, vysílacím výkonem, přijímací citlivostí, použitými anténami a překážkami v přímé viditelnosti mezi stanicemi. Přenos signálu se provádí tzv. modulací na převážně vyšší kmitočet. Na obrázku je zobrazeno kmitočtové spektrum s nejznámějšími typy komunikací pracující na daném kmitočtu.

Pro bezdrátovou komunikaci se využívá přenos pomocí amplitudové, frekvenční a fázové modulace. Pro komunikace se využívají rozhraní Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, Lora atd. popřípadě komunikace pouze pomocí vyslaného modulovaného signálu.

 

Základní typy modulací

Modulace znamená přenos modulačního signálu na jiný kmitočet daný vstupním nosným signálem. Modulace spočívá v ovlivňování parametrů nosné vlny modulačním signálem. Podle ovlivňovaného parametru vlny rozlišujeme tři základní typy modulace. Amplitudová modulace ovlivňuje amplitudu nosné vlny, frekvenční kmitočet nosné vlny a fázová upravuje fázi vlny. Dále modulace rozlišujeme podle vstupního signálu, který může být spojitý (analogový) nebo může nabývat pouze konečného počtu hodnot (digitální). Modulace digitálním signálem je často nazývána klíčování (Shift Keying).

Pro modulaci více stavového signálu se nejvíce rozšířila modulace QAM (kvadraturní amplitudová modulace) a QASK (kvadraturní amplitudové klíčování). Jedná se o kombinaci amplitudové a fázové modulace, kdy lze namísto jedné logické úrovně přenést více bitů. Vlivem této modulace lze přenášet větší objem dat menším kmitočtovým pásmem.

Pro využití tohoto typu komunikace lze využít modul 650201033G od firmy Aurel.

 

Wi-Fi

Rozhraní Wi-Fi slouží pro vysokorychlostní přenos dat především v počítačové síti. Rozhraní pracuje s kmitočtem 2,4 GHz a 5 GHz s teoretickým dosahem až 1000 m a maximální přenosovou rychlostí až 1 Gbit/s.

Pro modulaci dat využívá OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), který kmitočtové spektrum rozdělí na více pásem a každé pásmo může využívat jiný typ modulace pro přenos signálu podle rušení daného pásma. Modulace signálu probíhá na více nosných vlnách a každá vlna je modulována modulací QAM nebo QASK.

Výhodou využití Wi-Fi je dlouhý dosah, odolnost vůči selektivnímu rušení (rušení na několika frekvencí spektra) a vysoká rychlost přenosu. Nevýhodou je vyšší spotřeba energie během vysílání, která může být až 80x vyšší než energie spotřebovaná při použití Bluetooth.

Wi-Fi moduly jsou většinou již součástí vývojového kitu nebo jiného zařízení, například Raspberry Pi 3 nebo Banana Pi M64.

 

Bluetooth

Komunikační rozhraní Bluetooth vytvořené firmou Ericsson v roce 1999 jako náhrada drátového vedení (zejména rozhraní RS232). Rozhraní typicky spojuje dvě a více zařízení, která si mezi sebou vyměňují data. Původní verze Bluetooth v1.0 pracovala s rychlostí 1 Mbit/s s teoretickým dosahem 100 m (reálně až 10 m). Aktuální verze Bluetooth v4 z roku 2010 navýšila maximální rychlost přenosu dat až na 24 Mbit/s.

Komunikace mezi koncovými uživateli probíhá na kmitočtu 2,4 GHz a pro přenos signálu využívá FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), které používá kmitočtové skákání rozprostřeného spektra. FHSS využívá pseudonáhodnou posloupnost k přelaďování kmitočtu nosné vlny a tím k rozšíření kmitočtového pásma signálu. Bluetooth využívá 79 kmitočtů s rozestupem 1 MHz s rychlostí 1600 skoků za sekundu.

Výhodou FHSS je vysílání i v zarušeném prostředí, jelikož signál je vysílán na několika kmitočtech. Nevýhodou použití Bluetooth je vyšší spotřeba během vysílání (až 1 W) a nutnost spárovat zařízení před vysíláním dat. Spotřebu lze snížit použitím Bluetooth LE (low energy). Spotřeba této verze rozhraní je mezi 200 mA a 2 mA.

Bluetooth moduly jsou, obdobně jako Wi-Fi, již součástí vývojového kitu nebo jiného zařízení, například Raspberry Pi 3 nebo Banana Pi M64.

 

ZigBee

ZigBee slouží pro nízko výkonové komunikační spojení mezi koncovými uživateli. Rozhraní podporuje komunikaci na kmitočtu 868 MHz, 928 MHz a 2,4 GHz s přenosovou rychlostí od 20 kbit/s do 250 kbit/s. Dosah při využití maximálního vysílacího výkonu dosahuje až 100 m.

Pro přenos signálu ZigBee využívá DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). DSSS využívá podobně jako u FHSS pseudonáhodnou posloupnost, kterou je násoben signál. Zpětným vynásobením posloupností na přijímací straně dojde k rekonstrukci původního signálu.

Výhodou použití DSSS je přenos signálu v silně zarušeném prostředí a zabezpečení přenosu, jelikož bez znalosti posloupnosti nelze signál dekódovat a ostatní uživatelé ho přijmou jako šum. Výhodou ZigBee je nižší energetická náročnost. Spotřeba při vysílání může být nižší než 1 mA. Nevýhodou je malé využívání dané technologie a nízké rozšíření ZigBee modulů v elektronice.

 

LoRa

LoRa (Long Range) patentovaná firmou Semtech, je rozhraní s dlouhým dosahem a velmi nízkou spotřebou ve srovnání s ostatními technologiemi. Komunikaci mezi dvěma zařízeními lze provozovat na vzdálenost až 5 km (teoreticky až 50 km na přímou viditelnost) s rychlostí přenosu 1 až 50 kbit/s. V případě nutnosti delšího dosahu lze využít některou z veřejných LoRaWAN sítí, například síť provozovanou Českými Radiokomunikacemi (https://www.cra.cz). LoRa pracuje na kmitočtech 433 MHz, 868 MHz a 915 MHz.

Rozhraní LoRa přenáší signál pomocí CSS (Chirp Spread Spectrum). Jedná se o variantu rozprostřeného spektra. Kmitočet signálu se mění na rozdíl od FHSS spojitě v čase. Nejčastěji se kmitočet signálu mění lineárně a růst kmitočtu je řízen pilovým průběhem.

Výhody použití rozhraní LoRa jsou přenos na dlouhé vzdálenosti i v zarušeném prostředí, možnost více komunikačních spojení na jednom kmitočtu a nízká energetická náročnost. Spotřeba elektrické energie je srovnatelná nebo nižší než při použití rozhraní ZigBee. Nevýhodou je nižší přenosová rychlost rozhraní.

Z těchto důvodů je rozhraní LoRa jedna z nejpoužívanějších přenosových rozhraní pro přenos dat v IoT.

Pro připojení zařízení k tomuto rozhraní lze využít například MICROCHIP RN2483A.

 

Sigfox

Sigfox vyvinutý stejnojmennou firmou, je bezdrátová síť s dlouhým dosahem a nízkou spotřebou. Komunikaci mezi koncovými uživateli lze provozovat na libovolnou vzdálenost z důvodu využívání sítě. Maximální vzdálenost zařízení od základnové stanice je až 20 km ve volném prostranství. Sigfox pracuje na kmitočtech 868 MHz a 902 MHz.

Pro přenos dat slouží přenosová síť podobná telefonní, ovšem lze přenášet pouze omezené množství dat (typicky 12 Bytů upload a 4 Byty download za den). V ČR síť provozuje společnost SimpleCell Networks.

Výhody sítě Sigfox jsou přenosy na velmi dlouhé vzdálenosti a nízká energetická náročnost. Nevýhodou je nižší přenosová rychlost, omezené množství přenášených dat a placené připojení.

Síť Sigfox je jedna z nejpoužívanějších přenosových rozhraní pro přenos dat v IoT.

 

Doporučená literatura

  • B. Doc. Ing. Garlík CSc., Inteligentní budovy, Praha: BEN - technická literatura, 2012.
  • „VYUŽITÍ RÁDIOVÉHO SPEKTRA,“ 23 Leden 2018. [Online]. Available: http://spektrum.ctu.cz/. [Přístup získán 16 Březen 2018].
  • J. Ing. Vodrážka Ph.D., Přenosové systémy v přístupové síti, Praha: ČVUT v Praze, 2006.

© 2018 Michal Kočí (michal.koci@kondik.cz)

Líbil se článek? Sdílejte ho s přáteli
Podle zákona o evidenci tržeb je prodávající povinen vystavit kupujícímu účtenku. Zároveň je povinen zaevidovat přijatou tržbu u správce daně online; v případě technického výpadku pak nejpozději do 48 hodin.
© 2019 Lukáš Hliněný - KONDIK.cz, všechna práva vyhrazena.
Vytvořeno na Eshop-rychle.czEshop-rychle.cz
Zpracování osobních údajů můžete ovlivnit úpravou svých preferencí ochrany soukromí.