Aplicación del Internet de las Cosas en hogares inteligentes combinando diversas tecnologías inalámbricas

ZigBee forma una red combinando la topología de malla con puertas de enlace

ZigBee (802.15.4) y BLE (Bluetooth ® Low Energy) son los dos protocolos inalámbricos de bajo consumo más populares en el mercado de IoT, ambos con sus propias ventajas y desventajas. ZigBee es un protocolo de red en malla diseñado para transmitir pequeñas cantidades de datos a distancias medias. Opera en una red de topología en malla, lo que significa que la información de un único nodo sensor pasa a través de un grupo de modos (o "malla") hasta que la transmisión llega al gateway.   ZigBee es una red de área local (LAN). Por lo tanto, es el protocolo ideal para la automatización del hogar y la iluminación inteligente. Aunque ZigBee tiene un alcance más amplio, sigue siendo bastante limitado y no es la mejor opción para instalaciones altamente instrumentadas como las aplicaciones industriales de IoT. La red ZigBee tiene una mayor latencia debido a su topología en malla, lo que puede causar cuellos de botella cuando múltiples nodos intentan alcanzar el gateway a través de un único nodo.

Rango corto de red BLE y alta tasa de datos

BLE es una red de área personal (PAN) diseñada para conectarse a dispositivos cercanos a los usuarios, por lo que BLE tiene un alcance de red mucho más corto que ZigBee, pero su velocidad de transferencia de datos es mucho más alta. Las velocidades de transferencia de datos de BLE en ráfagas cortas son de 2 Mbit/s. BLE puede "dormir" entre estas ráfagas cortas, una característica que ZigBee no tiene y que requiere menos uso de datos y energía.   Muchas aplicaciones de BLE están diseñadas para utilizar smartphones como gateways, pero esto solo funciona cuando hay un smartphone presente. Los dispositivos portátiles, como los relojes inteligentes o las bandas de fitness, también son capaces, pero los sensores utilizados en aplicaciones comerciales e industriales suelen estar desatendidos, lo que hace que los gateways basados en smartphones sean poco prácticos o imposibles de implementar.

Construya redes PAN y LAN sólidas con BLE y ZigBee

De hecho, BLE y ZigBee pueden ser complementarios entre sí. Algunos desarrolladores han descubierto que una combinación de BLE y ZigBee puede crear dispositivos PAN y LAN muy potentes.   Tomando como ejemplo una cerradura inteligente de puerta, un usuario puede abrirla a través de un enlace BLE utilizando un smartphone. La misma cerradura de puerta también puede estar conectada a un router doméstico a través de ZigBee y ser controlada mediante una conexión a Internet. Así, cuando el propietario se acerca a la puerta, su smartphone utiliza una red celular o Wi-Fi para comunicarse con el router y abre automáticamente la puerta usando la pila ZigBee dentro del router. Sin embargo, si la conectividad a Internet falla, los usuarios pueden usar smartphones para abrir las cerraduras de puertas a través de BLE.

Diseño de referencia de plataformas IoT compatibles con protocolos dobles

Arrow Electronics también proporciona un diseño de referencia utilizando STM32WB que admite Zigbee y BLE. La solución puede soportar stacks de Zigbee y BLE con el mismo hardware, e integra IC de front-end RF para permitir que los módulos generen salidas de 20dBm para aplicaciones de largo alcance. Las aplicaciones de referencia también se pueden utilizar para ejecutar los stacks de Zigbee y BLE de manera concurrente.   STM32WB es un sistema en chip MCU dual-core, multiprotocolo y de ultra-bajo consumo de energía a 2.4GHz. Soporta los protocolos BLE 5.0 y IEEE 802.15.4 (en modo único y concurrente) y cubre una amplia gama de necesidades para aplicaciones IoT. El módulo está basado en los MCUs de ultra-bajo consumo de energía de clase líder de ST y cuenta con un amplio conjunto de periféricos que pueden acortar el tiempo de desarrollo, reducir los costos de BOM y prolongar la vida útil de la batería de las aplicaciones. Integra diseños de referencia completos en un factor de forma compacto, centrado en un paquete de la misma línea de productos, y proporciona una amplia gama de certificaciones.   El diseño de referencia consiste en un conjunto de diagramas esquemáticos, dibujos de PCB, ejemplos de código (por ejemplo, control PIR, control de iluminación) y documentos diseñados para simplificar el proceso de desarrollo del diseño de un nuevo producto. Los desarrolladores pueden usar recursos de software que incluyen seguridad inalámbrica, actualizaciones de software OTA y modo de bajo consumo para operaciones con batería.   Además del control IoT, las soluciones de ingeniería de Arrow Electronics también integran capacidades de transmisión de video y audio en STM32WB. Usando las características del MAC de BLE y el MCU dual-core en el módulo STM32WB, el sistema puede transmitir imágenes JPEG y audio a diferentes dispositivos IoT con un alcance de 300m. Los desarrolladores pueden usar esta característica única para diferenciar productos. Por ejemplo, se añaden comunicaciones de audio para videocitofonos a fin de crear productos de videocitofonos de audio que controlan dispositivos Zigbee y se comunican con gateways Zigbee.

Sistemas de hogar inteligente combinados con tecnología de IA

Combinado con la tecnología de AI, el hogar inteligente puede incluir la capacidad de conectar múltiples dispositivos IoT, así como admitir capacidades superiores de procesamiento y aprendizaje de AI. Arrow Electronics proporcionó soluciones de hogar inteligente con AI que abarcan desde detección térmica con AI, transmisión de video/audio, interfaz de usuario por voz, y control IoT, hasta AGV (vehículos guiados automatizados). La principal diferenciación respecto a otros es el uso de MCUs de bajo costo para proporcionar una solución económica y de alto rendimiento para aplicaciones de hogar inteligente con AI en el mercado de electrónica de consumo.   A continuación, se encuentra la lista de soluciones de hogar inteligente con AI disponibles para todos los desarrolladores:

Las soluciones de hogar inteligente desarrolladas por Arrow Electronics y ST utilizan dos MCUs de ST – STM32WB y STM32H7. Las soluciones pueden ser utilizadas en diversas aplicaciones de la vida diaria, incluyendo monitores para bebés, timbres y cerraduras de puertas, cámaras para hogar inteligente, consolas de videojuegos y electrodomésticos inteligentes como aires acondicionados, sistemas de audio para el hogar, lavadoras, etc.

Transceptor de radiofrecuencia de onda milimétrica de 60 GHz más conveniente

Además, ST ha desarrollado una serie de transceptores de radiofrecuencia de ultra baja potencia únicos e innovadores (ST60) basados en ondas milimétricas de 60GHz, también conocidas como conectores sin contacto de ondas milimétricas, que se han aplicado en una variedad de campos.   ST60 tiene la ventaja de una respuesta de comunicación de baja latencia, el tiempo de respuesta es de 7 microsegundos, que es 100 veces más rápido que 5G. La velocidad de transmisión de datos de comunicación sin contacto del ST60 puede alcanzar hasta 6.25Gbps por canal y puede cumplir fácilmente con requisitos de mayor velocidad combinando múltiples canales. En un sistema de visualización sin contacto, una pantalla de 720p necesita un solo canal, una pantalla de 1080p necesita dos canales y una pantalla de 4K necesita cuatro canales para satisfacer varios requisitos de resolución.   Hay 2 números de referencia para la serie ST60. ST60A2 soporta un ancho de banda de datos ultra alto y temperaturas industriales. Con su interfaz de entrada SLVS, es compatible con canales de datos como DP, SATA, PCIe y SGMII Ethernet Gigabit, lo que le permite tener una aplicación más amplia. Y ST60A3 soporta la interfaz eUSB2 para dispositivos adaptados a la conexión USB2.

Conclusión

Numerosos protocolos de transmisión inalámbrica parecen competir entre sí, pero combinarlos con sus ventajas mejora la funcionalidad y la eficacia del sistema. Arrow Electronics se asoció con ST para lanzar sistemas de transmisión de video y audio y sistemas de sensores IoT que combinan varios protocolos de comunicación. Combinarlos con inteligencia artificial hace que la interfaz de usuario sea más intuitiva y el juicio de objetos más preciso. Estos diseños de referencia ayudarán a los clientes a acelerar el desarrollo de sistemas IoT para el hogar inteligente, y merecen una comprensión profunda y referencia por parte de los fabricantes interesados.