Anwendung des Internets der Dinge in intelligenten Häusern durch Kombination verschiedener drahtloser Technologien

ZigBee bildet ein Netzwerk, indem es Mesh-Topologie mit Gateways kombiniert

ZigBee (802.15.4) und BLE (Bluetooth® Low Energy) sind die beiden beliebtesten drahtlosen Niedrigenergieprotokolle für das Internet der Dinge (IoT) auf dem Markt, von denen jedes seine eigenen Vor- und Nachteile hat. ZigBee ist ein Mesh-Netzwerkprotokoll, das entwickelt wurde, um kleine Datenmengen über mittlere Entfernungen zu übertragen. Es arbeitet in einem Netzwerk mit Mesh-Topologie, was bedeutet, dass Informationen von einem einzelnen Sensorknoten durch eine Gruppe von (oder „Mesh“) Modi geleitet werden, bis die Übertragung das Gateway erreicht.   ZigBee ist ein lokales Netzwerk (LAN). Daher ist es das ideale Protokoll für die Heimautomatisierung und intelligente Beleuchtung. Obwohl ZigBee breiter gefasst ist, bleibt es dennoch relativ eingeschränkt und ist nicht die beste Option für stark instrumentierte Installationen, wie beispielsweise industrielle IoT-Anwendungen. Das ZigBee-Netzwerk hat eine höhere Latenz aufgrund seiner Mesh-Topologie, was zu Engpässen führen kann, wenn mehrere Knoten versuchen, das Gateway über einen einzigen Knoten zu erreichen.

Kurzreichweite des BLE-Netzwerks und hohe Datenrate

BLE ist ein persönliches Netzwerk (PAN), das für die Verbindung mit Geräten in der Nähe der Benutzer konzipiert ist. Daher hat BLE eine wesentlich kürzere Netzwerkreichweite als ZigBee, aber seine Datenrate ist deutlich höher. Die Datenrate von BLE beträgt in kurzen Intervallen 2 Mbit/s. BLE kann zwischen diesen kurzen Intervallen „schlafen“, eine Funktion, die ZigBee nicht besitzt, und benötigt dadurch weniger Daten und Energie.   Viele BLE-Anwendungen sind dafür ausgelegt, Smartphones als Gateways zu verwenden, aber dies funktioniert nur, wenn ein Smartphone vorhanden ist. Wearable-Geräte wie Smartwatches oder Fitnessarmbänder sind ebenfalls dazu fähig, aber Sensoren, die in kommerziellen und industriellen Anwendungen eingesetzt werden, sind oft unbeaufsichtigt, wodurch Smartphone-Gateways unpraktisch oder unmöglich zu implementieren sind.

Bauen Sie starke PANs und LANs mit BLE und ZigBee auf

Tatsächlich können BLE und ZigBee sich gegenseitig ergänzen. Einige Entwickler haben herausgefunden, dass eine Kombination aus BLE und ZigBee sehr leistungsfähige PAN- und LAN-Geräte ermöglichen kann.   Ein intelligentes Türschloss als Beispiel: Ein Benutzer kann es über eine BLE-Verbindung mit einem Smartphone öffnen. Das gleiche Türschloss kann auch über ZigBee mit einem Heimrouter verbunden und über eine Internetverbindung gesteuert werden. Wenn der Besitzer sich der Tür nähert, nutzt sein Smartphone ein Mobilfunknetz oder WLAN, um mit dem Router zu kommunizieren und die Tür durch das ZigBee-Stack im Router automatisch zu öffnen. Sollte jedoch die Internetverbindung ausfallen, können die Benutzer das Türschloss über BLE mithilfe ihres Smartphones öffnen.

Referenzdesign von IoT-Plattformen mit Unterstützung für doppelte Protokolle

Arrow Electronics bietet ebenfalls ein Referenzdesign unter Verwendung des STM32WB an, das sowohl Zigbee als auch BLE unterstützt. Die Lösung kann mit derselben Hardware sowohl Zigbee- als auch BLE-Stacks betreiben und integriert zudem ein HF-Front-End-IC, das es den Modulen ermöglicht, 20dBm-Ausgänge für Anwendungen mit großer Reichweite zu erzeugen. Referenzanwendungen können zudem genutzt werden, um Zigbee- und BLE-Stacks gleichzeitig auszuführen.   Der STM32WB ist ein Dual-Core-, Multi-Protokoll- und Ultra-Low-Power-2,4-GHz-MCU-System-on-Chip. Er unterstützt BLE 5.0 und IEEE 802.15.4-Protokolle (in einem Einzel- und gleichzeitigem Modus) und deckt ein breites Spektrum an Anforderungen für IoT-Anwendungen ab. Das Modul basiert auf den branchenführenden Ultra-Low-Power-MCUs von ST und verfügt über eine breite Palette an Peripheriegeräten, die die Entwicklungszeit verkürzen, die BOM-Kosten reduzieren und die Batterielebensdauer von Anwendungen verlängern. Es integriert vollständige Referenzdesigns in einem kompakten Formfaktor, zentriert um ein Paket derselben Produktlinie, und bietet eine Vielzahl von Zertifizierungen.   Das Referenzdesign besteht aus einer Reihe von Schaltplänen, PCB-Zeichnungen, Codebeispielen (z. B. PIR-Steuerung, Lichtsteuerung) und Dokumenten, die entwickelt wurden, um den Entwicklungsprozess eines neuen Produktdesigns zu vereinfachen. Entwickler können Software-Ressourcen wie kabellose Sicherheit, OTA-Software-Updates und Low-Power-Standby für Batteriebetrieb nutzen.   Zusätzlich zur IoT-Steuerung integrieren die Ingenieurlösungen von Arrow Electronics auch Video- und Audiostreaming-Funktionen in den STM32WB. Durch die Verwendung der BLE-MAC- und Dual-Core-MCU-Funktionen im STM32WB-Modul kann das System JPEG-Bilder und Audio an verschiedene IoT-Geräte mit einer Reichweite von 300 m übertragen. Entwickler können dieses einzigartige Merkmal nutzen, um Produkte zu differenzieren. Beispielsweise können Audiokommunikationsfunktionen in Türklingeln integriert werden, um Audio-Türklingel-Produkte zu erstellen, die Zigbee-Geräte steuern und mit Zigbee-Gateways kommunizieren.

Smart-Home-Systeme kombiniert mit KI-Technologie

In Kombination mit KI-Technologie kann das Smart Home die Fähigkeit umfassen, mehrere IoT-Geräte zu verbinden, sowie die überlegenen Verarbeitungs- und Lernfähigkeiten von KI unterstützen. Arrow Electronics bietet KI-Smart-Home-Lösungen an, die von KI-Thermalerkennung, Video-/Audio-Streaming, Sprach-Benutzeroberfläche (Voice UI) und IoT-Steuerung bis hin zu AGV (Automated Guided Vehicles) reichen. Der Hauptunterschied zu anderen besteht darin, dass kostengünstige MCUs (Microcontroller Units) verwendet werden, um eine kostengünstige, leistungsstarke Lösung für KI-Smart-Home-Anwendungen im Markt für Unterhaltungselektronik bereitzustellen.   Im Folgenden finden Sie die Liste der KI-Smart-Home-Lösungen, die allen Entwicklern zur Verfügung stehen:

Die Smart-Home-Lösungen, entwickelt von Arrow Electronics und ST, nutzen zwei ST-Mikrocontroller – den STM32WB und den STM32H7. Die Lösungen können in verschiedenen Anwendungen des täglichen Lebens eingesetzt werden, darunter Babyphones, Türklingeln und Türschlösser, Smart-Home-Kameras, Spielkonsolen und intelligente Haushaltsgeräte wie Klimaanlagen, Heim-Audiosysteme, Waschmaschinen usw.

Bequemerer 60-GHz-Millimeterwellen-Radiofrequenz-Transceiver

Darüber hinaus hat ST eine Reihe einzigartiger und innovativer Ultra-Low-Power-Hochfrequenz-Transceiver (ST60) entwickelt, die auf 60-GHz-Millimeterwellen basieren. Diese sind auch als millimeterwellenbasierte kontaktlose Steckverbinder bekannt und wurden in verschiedenen Bereichen eingesetzt.   Der ST60 zeichnet sich durch eine geringe Latenzzeit bei der Kommunikationsantwort aus. Die Reaktionszeit beträgt 7 Mikrosekunden, was 100-mal schneller als 5G ist. Die kontaktlose Kommunikationsdatenrate des ST60 kann bis zu 6,25 Gbps pro Kanal erreichen und durch die Kombination mehrerer Kanäle problemlos höhere Geschwindigkeitsanforderungen erfüllen. In einem kontaktlosen Anzeigesystem benötigt ein 720p-Display einen einzigen Kanal, ein 1080p-Display benötigt zwei Kanäle und ein 4K-Display vier Kanäle, um verschiedene Auflösungsanforderungen zu erfüllen.   Für die ST60-Serie gibt es zwei Artikelnummern. Der ST60A2 unterstützt eine ultrahohe Datenbandbreite und industrielle Temperaturbereiche. Mit seiner SLVS-Eingabeschnittstelle ist er mit Datenkanälen wie DP, SATA, PCIe und SGMII Gigabit Ethernet kompatibel, was ihn vielseitig einsetzbar macht. Der ST60A3 hingegen unterstützt die eUSB2-Schnittstelle für Geräte, die an die USB2-Verbindung angepasst sind.

Fazit

Zahlreiche drahtlose Übertragungsprotokolle scheinen miteinander zu konkurrieren, aber ihre Kombination unter Berücksichtigung ihrer Vorteile verbessert die Funktionalität und Effektivität des Systems. Arrow Electronics hat sich mit ST zusammengeschlossen, um Video- und Audioübertragungssysteme sowie IoT-Sensorsysteme zu entwickeln, die verschiedene Kommunikationsprotokolle kombinieren. Die Integration mit künstlicher Intelligenz macht die Benutzeroberfläche intuitiver und die Objektbewertung präziser. Diese Referenzdesigns werden Kunden dabei helfen, die Entwicklung relevanter IoT-Systeme für das Smart Home zu beschleunigen und verdienen eine eingehende Betrachtung und Nutzung durch interessierte Hersteller.