Czy Bluetooth 3.0 jest odpowiedni dla sieci z jednym master i wieloma slave?

Mam kartę rejestratora danych z kartą SIM808 . Ma funkcję Bluetooth 3.0 przez SIM808. Sama płyta implementuje system zarządzania baterią, zdolny do wykonywania pomiarów masy, wilgotności i temperatury, a także może wykrywać przemieszczenia urządzenia. Wszystkie zebrane dane są przesyłane przez połączenie GPRS do zdalnego serwera.

Samo urządzenie można zainstalować w ulach, ale posiadanie karty SIM dla setek uli nie byłoby opłacalne. Będzie to zatem działać tylko jako master , który oprócz funkcji GPRS ma również możliwości rejestrowania danych.

Dlatego planuję wdrożyć płyty podrzędne bez modułów SIM808. Dlatego zamiast SIM808 potrzebna jest prosta bezprzewodowa jednostka komunikacyjna, aby umożliwić lokalną, bezprzewodową komunikację między ulami.

Master wysyła zapytanie do wszystkich urządzeń podrzędnych o ich dane, a następnie przesyła wszystko przez GPRS.

Powinno to wyglądać tak, tylko z setką uli:

Teraz możliwości lokalnej komunikacji bezprzewodowej:

Bluetooth, jak już powiedziałem, urządzenie główne ma już Bluetooth 3.0. Ale nie jestem do końca pewien, czy Bluetooth to właściwy sposób na wysłanie zapytania do setki urządzeń podrzędnych o 1 kB danych.
Urządzenie główne ma magistralę I2C, dzięki czemu mogę podłączyć ZigBee lub inny moduł RF zgodny z I2C, który można również dodać do płyt podrzędnych.

Dane do zebrania od niewolników nie przekroczą 1 kB / zapytanie.

Podsumowując, czy mogę pozostać przy Bluetooth, czy powinienem dodać na przykład ZigBee do moich urządzeń, czy są jakieś inne opcje?

Kilka dodatkowych szczegółów:

zasięg wynosi maksymalnie 30 metrów
ponieważ urządzenia są zasilane z baterii, dobre byłoby rozwiązanie o niskim zużyciu energii
mistrz będzie uruchamiał zapytanie co 15 minut

Głównym celem jest sprawienie, aby master mógł efektywnie odpytywać slave, i powinno się to odbywać bez modyfikowania płytki drukowanej master . Dwie możliwości to Bluetooth 3.0, który jest już dostępny dla urządzenia master, lub inne technologie, które mogę podłączyć do płyty głównej za pośrednictwem magistrali I2C wbudowanego MCU. (Nie nalegam na użycie Bluetooth, to był punkt wyjścia, ponieważ miałem już BT 3.0 przez SIM808).

networking communication bluetooth

— Bence Kaulics
źródło

Mam odległą myśl, że bluetooth może obsługiwać tylko 16 niewolników jednocześnie. Poza tym wydaje się OK (i dobrym problemem związanym z projektowaniem Internetu Rzeczy). Czy rozważałeś zasięg?

— Sean Houlihane

Wydaje się, że limit wynosi 7, ale nie jest to problemem blokującym. superuser.com/questions/332767/…

— Sean Houlihane

Zasięg (i zabezpieczenie zasięgu na przyszłość) byłyby moim głównym problemem z Bluetooth. Jeśli zdecydujesz się przenieść rzeczy w przyszłości lub rozmieścić więcej uli, możesz dość szybko wpaść w kłopoty. Gdybym to budował, myślę, że wybrałbym el-tani telefon z Androidem jako hub i ESP8266 w każdym ulu. Spowoduje to przeniesienie wszystkich lokalnych połączeń do Wi-Fi i zapewni wysoce wymienialne części w razie potrzeby aktualizacji.

— goobering

Bluetooth wydaje się złym rozwiązaniem w tym przypadku - problem po prostu krzyczy do mnie sieć kratową (ZigBee prawdopodobnie działałby dobrze). Jeśli wymagany zasięg wynosi 30 m, być może patrzysz na poważne zużycie energii (patrz tabela tutaj ). Podejrzewam, że przy zużyciu 100 mW wystarczy zaledwie kilka godzin lub dni pracy na baterii, w zależności od częstotliwości transmisji. O jakich bateriach dokładnie myślisz?

— Aurora0001

BTLE byłoby prawdopodobnie lepszym rozwiązaniem niż klasyczny BT dla węzłów, które muszą być zasilane bateryjnie w dłuższej perspektywie, ale 30 metrów będzie wymagało niezawodności w obu przypadkach. W zależności od ilości danych, które musisz wysłać, możesz rozważyć LoRa, być może z bramą w stylu Thing Network, własną lub jeśli jest już w zasięgu.

— Chris Stratton

Odpowiedzi:

Alternatywnie warto rozważyć bezprzewodowy Hart (adresowalny zdalny przetwornik Highway) . Jest to technologia inteligentnej sieci 2,4 GHz (pasmo częstotliwości bez licencji), która wykorzystuje standard 802.15.4. WHart korzysta z technologii rozproszonego widma o bezpośredniej sekwencji i potrzebuje co najmniej trzech głównych komponentów. Mianowicie urządzenia bezprzewodowe, brama i menedżer sieci.

_{Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.}

Dodatkowo w zależności od sieci można dodać menedżera bezpieczeństwa, karty i terminale ręczne.

Sieć przeciwpyłowa oferuje opcję SOC, a niektóre z nich mają interfejs I2C. W załączniku poniżej znajdują się łącza do niektórych arkuszy danych. Niestety moja wiedza na temat tej technologii jest dość ograniczona, dlatego uzasadniają dalsze badania.

Bibliografia

— Mahendra Gunawardena
źródło

Z punktu widzenia zużycia energii, Bluetooth 3.0 nie wydaje się realnym wyborem, biorąc pod uwagę twoje ograniczenia.

Załóżmy, że chcesz przesyłać dane przez 2 sekundy co minutę, a następnie spać przez resztę czasu. Biorąc pod uwagę wymagania dotyczące zasięgu wynoszące 30 metrów, prawdopodobnie będziesz musiał użyć radia Bluetooth klasy 1 :

Klasa 1, głównie do zastosowań przemysłowych, [ma zasięg do] 100 metrów (300 stóp). Marketing Bluetooth kwalifikuje, że zasięg klasy 1 wynosi w większości przypadków 20–30 metrów (66–98 stóp)

Wyobrażam sobie, że niższy zasięg wystąpiłby w sytuacjach, w których nie było wyraźnej ścieżki dla transmisji radiowych i być może w trudnych warunkach radiowych. Na zewnątrz wyobrażam sobie, że to mniejszy problem.

Zakładając, że powyższe jest prawdą: będziesz nadawał przez 1/30 godziny, przy około 100 mW podczas fazy transmisji.

Stąd na godzinę zużyjesz około 0,00333 Wh energii. Dla porównania, alkaliczna bateria AA o „długiej żywotności” przechowuje około 2,6 Wh energii . Dlatego bateria wystarcza na około 30 dni z Bluetooth 3.0 , co nie jest naprawdę złe, ale może być znacznie lepsze.

Wszystkie te obliczenia są bardzo przybliżone, ale powinny być na boisku, jeśli założenia są prawidłowe. EE Times sugeruje, że 5% czasu nadawania jest na wysokim poziomie, a moje oszacowanie na 2 sekundy / minutę wynosi około 3,33%.

Bluetooth Low Energy (BLE) może być bardziej opłacalny; ta strona sugeruje moc 10 mW dla zasięgu 77 m, co dałoby żywotność baterii bliżej 1 roku (dokładniej 325 dni!). Wymagałoby to jednak nowego sprzętu, co, oczywiście, jest wadą.

Jak wspomniałem w komentarzu, tego rodzaju konfiguracja wydaje się idealna dla sieci kratowej, co powinno znacznie zmniejszyć wymagania dotyczące zasięgu, ponieważ nie będziesz musiał przesyłać 30 metrów do koncentratora, zaledwie 2 lub 3 metry do następnego ula . W takim przypadku prawdopodobnie możesz uciec ze znacznie mniej wydajnym radiem, co oszczędziłoby żywotność baterii.

Warto rozważyć jeden z protokołów Mesh, takich jak ZigBee lub nowy protokół BLE Mesh , które dobrze pasują do Twojego przypadku użycia.

— Aurora0001
źródło

Zgodnie z powyższym komentarzem, gdy tylko przeczytałem opis, było oczywiste, że odpowiedzią jest sieć kratowa. Chociaż OP zapytał o BT, a odpowiedzi są powiązane z BT, być może nie wie o sieciach kratowych. Myślę, że powinniśmy wyjaśnić więcej i popchnąć go w tym kierunku. Byłoby to również pouczające dla przyszłych czytelników. @Bence, zacznij czytać na en.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking

— Mawg mówi o przywróceniu Moniki

@Mawg Nie używam, ale SIM808 oferuje BT 3.0, dlatego najpierw zapytałem o BT. Wiem trochę o sieciach kratowych (początkowo wspomniane w pytaniu ZigBee), ale gdyby Bluetooth mógł rozwiązać problem, nie zainwestowałbym w inny moduł. Ale wygląda na to, że BT 3.0 nie jest na to droga. Z zadowoleniem przyjmuję więc szczegółową odpowiedź na temat sieci kratowych, a zwłaszcza ZigBee.

— Bence Kaulics

@Mawg Pominąłem to przede wszystkim, ponieważ nie jestem w stanie odpowiedzieć szczególnie dobrze, więc zostawiłem to komuś innemu, aby zajął się bardziej poprawnie. Jeśli ty (lub ktoś inny) mógłbyś poradzić sobie bardziej bezpośrednio z częścią sieci kratowej, chętnie to poprę!

— Aurora0001

Mam dokumentację niektórych aspektów niskiego poboru mocy BLE w odpowiedzi na jaka jest różnica między Bluetooth Low Energy a Bluetooth BR / EDR w trybie parkowania? . Oto sugestia.

Wygląda na to, że SIM808 ma interfejs szeregowy. Sugeruję więc zintegrowanie modułu SIM808 z modułem BLE Dual Mode Class 1, takim jak KC-5170 . Myślę, że możesz też użyć jednego trybu BLE.

Interfejs szeregowy SIM808

KC5170 Interfejs szeregowy

Skonfiguruj powyżej to urządzenie nadrzędne z urządzeniami jednomodowymi BLE klasy 1 jako urządzeniami podrzędnymi.

Sugeruję użycie pojedynczego modułu BLE klasy 1, takiego jak BR-LE4.0-S2A . Wierzę, że nieograniczona liczba niewolników może być podłączona do mistrza (wymaga konformacji)

Poniżej znajduje się uproszczony schemat blokowy trybu podwójnego i pojedynczego BLE.

Wykres zużycia energii BLE

Sugeruję przeczytanie referencji w celu uzyskania dodatkowych informacji.

Aktualizacja (22.01.2017) : Opierając się na dostarczonych informacjach, nie jestem pewien, czy dostępne GPIO, bitowe SPI mogą być kolejną opcją połączenia z modułem BLE opartym na SPI. Podstawowy samouczek walenia w I2C jest dołączony w celach informacyjnych.

Inną opcją jest użycie BLE SOC, takiego jak TI CC2640 , który obsługuje I2C. Kompromisem jest to, że urządzenie jest urządzeniem klasy 2.

_{Kliknij na obrazek, aby zobaczyć większą wersję.}

Bibliografia

— Mahendra Gunawardena
źródło

To zaproponowało BLE powyżej BT 3.0 (co wydaje się rozsądne), ale nie odnosi się do pytania, czy protokół siatki byłby lepszy (myślę, że jest podobny, więc koszt i znajomość mogą być decydującym czynnikiem).

— Sean Houlihane

Wyjaśnij na każdym zdjęciu i zdjęciu, jakie jest źródło, a nie tylko dodając listę odnośników na dole.

— Helmar

Płyta główna jest już wyprodukowana. Więc mogę przejść albo z BT 3.0, albo z czymś, co można podłączyć przez I2C, są to dla mnie już wspomniane możliwości.

— Bence Kaulics,

@Helmar, wyjaśniłem to bardziej szczegółowo tutaj . Przepraszam, że nie mam wolnego czasu, aby powielić wysiłek ochotnika. Ale badania zostały wykonane, a referencje połączone dla zainteresowanych. Przepraszam, nie ma więcej wolnego czasu.

— Mahendra Gunawardena

@SeanHoulihane Wszystko, co zrobiłem, to udostępnienie niektórych moich badań, głównie dotyczących zużycia energii, aby pomóc OP w podjęciu decyzji. W inżynierii istnieje wiele technicznych i nietechnicznych czynników, które wpływają na dokonanie zmiany. Myślę również, że TI ma moduł, który można załadować stos Zigbee lub BLE, co należy wziąć pod uwagę przy budowaniu HW.

— Mahendra Gunawardena