Applicazione dell'Internet delle cose nelle case intelligenti che integrano varie tecnologie wireless

ZigBee forma una rete combinando la topologia mesh con i gateway

ZigBee (802.15.4) e BLE (Bluetooth ® Low Energy) sono i due protocolli wireless a basso consumo energetico per IoT più popolari sul mercato, ognuno con i propri vantaggi e svantaggi. ZigBee è un protocollo di rete a mesh progettato per trasmettere piccole quantità di dati su distanze medie. Funziona su una rete con topologia mesh, il che significa che le informazioni provenienti da un singolo nodo sensore passano attraverso un gruppo di modalità (o "mesh") fino a raggiungere il gateway.   ZigBee è una rete locale (LAN). Pertanto, rappresenta il protocollo ideale per l'automazione domestica e l'illuminazione intelligente. Sebbene ZigBee sia più ampio in termini di applicazioni, rimane comunque piuttosto limitato e non è l'opzione migliore per installazioni altamente strumentate come le applicazioni IoT industriali. La rete ZigBee presenta una latenza più elevata a causa della sua topologia mesh, che può provocare colli di bottiglia quando più nodi tentano di raggiungere il gateway attraverso un singolo nodo.

Portata limitata della rete BLE e alta velocità di trasmissione dati

BLE è una rete personale (PAN) progettata per connettere dispositivi vicini agli utenti. Pertanto, BLE ha un raggio di rete molto più breve rispetto a ZigBee, ma la sua velocità di trasmissione dei dati è significativamente più alta. La velocità di trasmissione dati di BLE in brevi intervalli è di 2 Mbit/s. BLE può “dormire” tra questi brevi intervalli, una funzionalità che ZigBee non possiede, e richiede meno utilizzo di dati e energia.
 
Molte applicazioni BLE sono progettate per utilizzare gli smartphone come gateway, ma ciò funziona solo quando è presente uno smartphone. Dispositivi indossabili come smartwatch o fitness band sono anche capaci di svolgere questa funzione, ma i sensori utilizzati nelle applicazioni commerciali e industriali sono spesso non assistiti, rendendo i gateway basati su smartphone impraticabili o impossibili da implementare.

Crea PAN e LAN solide con BLE e ZigBee

In effetti, BLE e ZigBee possono essere complementari l’uno all’altro. Alcuni sviluppatori hanno scoperto che una combinazione di BLE e ZigBee può creare dispositivi PAN e LAN molto potenti.   Prendendo come esempio una serratura intelligente, un utente può aprirla tramite un collegamento BLE utilizzando uno smartphone. La stessa serratura può anche essere connessa a un router domestico tramite ZigBee e controllata attraverso una connessione Internet. Così, quando il proprietario si avvicina alla porta, il suo smartphone utilizza una rete cellulare o il Wi-Fi per comunicare con il router e aprire automaticamente la porta utilizzando lo stack ZigBee all'interno del router. Tuttavia, se la connessione Internet è assente, gli utenti possono utilizzare gli smartphone per aprire le serrature tramite BLE.

Progetto di riferimento di piattaforme IoT che supportano doppi protocolli

Arrow Electronics fornisce anche un design di riferimento che utilizza STM32WB e supporta Zigbee e BLE. La soluzione può gestire gli stack Zigbee e BLE con lo stesso hardware e integra un IC di front-end RF per consentire ai moduli di generare output di 20dBm per applicazioni a lungo raggio. Le applicazioni di riferimento possono inoltre essere utilizzate per eseguire gli stack Zigbee e BLE contemporaneamente.   STM32WB è un sistema-on-chip MCU dual-core, multi-protocollo e ultra-low-power a 2,4 GHz. Supporta i protocolli BLE 5.0 e IEEE 802.15.4 (sia in modalità singola sia simultanea) e soddisfa un'ampia gamma di esigenze applicative per l'IoT. Il modulo è basato sui migliori MCU ultra-low-power di ST e include una vasta gamma di periferiche che possono ridurre i tempi di sviluppo, abbassare i costi della distinta base e prolungare la durata della batteria dell’applicazione. Integra progetti di riferimento completi in un formato compatto, incentrati su un pacchetto della stessa linea di prodotti, e offre una vasta gamma di certificazioni.   Il design di riferimento consiste in un set di schemi elettrici, disegni PCB, esempi di codice (ad esempio controllo PIR, controllo dell'illuminazione) e documenti progettati per semplificare il processo di sviluppo di nuovi progetti di prodotto. Gli sviluppatori possono utilizzare risorse software che includono sicurezza wireless, aggiornamenti software OTA e standby a basse potenze per operazioni con batteria.   Oltre al controllo IoT, le soluzioni ingegneristiche di Arrow Electronics integrano anche la capacità di streaming video e audio in STM32WB. Utilizzando le funzionalità BLE MAC e MCU dual-core nel modulo STM32WB, il sistema può trasmettere immagini JPEG e audio a diversi dispositivi IoT con un raggio d’azione di 300m. Gli sviluppatori possono utilizzare questa funzione unica per differenziare i prodotti. Ad esempio, le comunicazioni audio possono essere integrate nei campanelli per creare prodotti come campanelli audio che controllano dispositivi Zigbee e comunicano con gateway Zigbee.

Sistemi di domotica combinati con la tecnologia AI

Combinata con la tecnologia AI, la casa intelligente può includere la capacità di connettere molteplici dispositivi IoT, oltre a supportare le capacità di elaborazione e apprendimento avanzate dell'AI. Arrow Electronics ha fornito soluzioni per case intelligenti con AI che spaziano dal rilevamento termico con AI, streaming video/audio, interfaccia vocale (Voice UI) e controllo IoT, fino agli AGV (veicoli a guida automatizzata). La principale differenza rispetto ad altre soluzioni è l'utilizzo di MCU a basso costo che offrono una soluzione economica e ad alte prestazioni per applicazioni di case intelligenti con AI nel mercato dell'elettronica di consumo.   Di seguito è riportato l'elenco delle soluzioni per case intelligenti con AI disponibili per tutti gli sviluppatori:

Le soluzioni per la smart home sviluppate da Arrow Electronics e ST utilizzano due MCU di ST – STM32WB e STM32H7. Le soluzioni possono essere impiegate in diverse applicazioni della vita quotidiana, tra cui monitor per neonati, campanelli e serrature per porte, telecamere per la casa intelligente, console per videogiochi e elettrodomestici smart come condizionatori d'aria, sistemi audio domestici, lavatrici, ecc.

Transceiver a radiofrequenza a onde millimetriche da 60GHz più conveniente

Inoltre, ST ha sviluppato una serie di transceiver a radiofrequenza ultra-low-power unici e innovativi (ST60) basati su onde millimetriche a 60GHz, noti anche come connettori senza contatto a onde millimetriche, che sono stati applicati in una varietà di settori.   ST60 offre il vantaggio di una risposta di comunicazione a bassa latenza, con un tempo di risposta di 7 microsecondi, ossia 100 volte più veloce del 5G. La velocità di trasferimento dati per comunicazioni senza contatto di ST60 può raggiungere i 6,25Gbps per canale e può facilmente soddisfare requisiti di velocità più elevati combinando più canali. In un sistema di visualizzazione senza contatto, un display a 720p richiede un solo canale, un display a 1080p ne richiede due e un display a 4K ne richiede quattro per soddisfare diverse esigenze di risoluzione.   Ci sono 2 numeri di parte per la serie ST60. L'ST60A2 supporta una larghezza di banda dati ultra elevata e temperature industriali. Con la sua interfaccia di input SLVS, è compatibile con canali dati come DP, SATA, PCIe e Gigabit Ethernet SGMII, il che gli permette di essere utilizzato in modo più ampio. L'ST60A3 supporta invece l'interfaccia eUSB2 per dispositivi adattati alla connessione USB2.

Conclusione

Numerosi protocolli di trasmissione wireless sembrano competere tra loro, ma combinarli insieme ai loro vantaggi migliora la funzionalità e l'efficacia del sistema. Arrow Electronics ha collaborato con ST per lanciare sistemi di trasmissione video e audio e sistemi di sensori IoT che combinano vari protocolli di comunicazione. Integrarli con l'intelligenza artificiale rende l'interfaccia utente più intuitiva e il giudizio degli oggetti più accurato. Questi design di riferimento aiuteranno i clienti ad accelerare lo sviluppo di sistemi IoT per la casa intelligente e meritano un'approfondita comprensione e analisi da parte dei produttori interessati.