¿Es Bluetooth 3.0 adecuado para una red de un solo maestro con múltiples esclavos?

Tengo una placa de registro de datos con un SIM808 . Tiene capacidad Bluetooth 3.0 por el SIM808. La propia placa implementa un sistema de gestión de la batería, capaz de realizar mediciones de peso, humedad y temperatura, y también puede detectar desplazamientos del dispositivo. Todos los datos recopilados se transfieren mediante conexión GPRS a un servidor remoto.

El dispositivo en sí puede instalarse en colmenas, pero no sería rentable tener una tarjeta SIM para cientos de colmenas. Por lo tanto, esto solo actuará como maestro , que también tiene capacidades de registro de datos además de la capacidad GPRS.

Por lo tanto, planeo implementar placas esclavas sin los módulos SIM808. Entonces, en lugar del SIM808, se necesita una unidad de comunicación inalámbrica simple para permitir la comunicación inalámbrica local entre las colmenas.

El maestro consultaría a todos los esclavos por sus datos, y luego transferiría todo a través de GPRS.

Debería verse así, solo con cien colmenas:

Ahora las posibilidades de comunicación inalámbrica local:

Bluetooth, como dije, el dispositivo maestro ya tiene Bluetooth 3.0. Pero no estoy completamente seguro de que Bluetooth sea la forma correcta de consultar a cien esclavos por 1 kB de datos.
El dispositivo maestro tiene un bus I2C, por lo que puedo conectar ZigBee compatible con I2C u otro módulo de RF que también podría agregarse a las placas esclavas.

Los datos recopilables de los esclavos no superarán 1 kB / consulta.

Entonces, en general, ¿puedo permanecer en Bluetooth o debo agregar ZigBee, por ejemplo, a mis dispositivos o hay alguna otra opción?

Algunos detalles más:

el alcance es máximo 30 metros
También como los dispositivos funcionan con baterías, una solución con bajo consumo de energía sería buena
el maestro ejecutaría una consulta cada 15 minutos

El objetivo principal es hacer que el maestro pueda consultar a los esclavos de manera eficiente, y esto debe hacerse sin modificar la PCB del maestro . Las dos posibilidades son Bluetooth 3.0, que ya está disponible para el maestro, u otras tecnologías que puedo conectar a la placa maestra a través del bus I2C de la MCU integrada. (No insisto en usar Bluetooth, fue el punto de partida porque ya tenía un BT 3.0 con el SIM808).

networking communication bluetooth

— Bence Kaulics
fuente

Tengo un pensamiento lejano de que bluetooth solo puede admitir 16 esclavos a la vez. Aparte de eso, parece estar bien (y un buen problema de diseño de IoT en el mundo real). ¿Has considerado el rango?

— Sean Houlihane

Parece que el límite es 7, pero no es un problema de bloqueo. superuser.com/questions/332767/…

— Sean Houlihane

El alcance (y el futuro a prueba del alcance) sería mi principal preocupación con Bluetooth. Si decide mover las cosas en el futuro o desplegar más colmenas, podría encontrarse con problemas con bastante rapidez. Si estuviera construyendo esto, creo que optaría por un teléfono Android el-cheapo como centro y un ESP8266 en cada colmena. Eso cambiaría todas sus comunicaciones locales a WiFi y le proporcionaría piezas altamente reemplazables si alguna vez necesita actualizar.

— goobering

Bluetooth parece una solución pobre en este caso: el problema simplemente me grita red de malla (ZigBee probablemente funcionaría bien). Si el rango requerido es de 30 m, es posible que esté buscando un uso serio de energía (consulte la tabla aquí ). Sospecho que con un uso de 100 mW, solo miraría unas pocas horas o días de duración de la batería, dependiendo de la frecuencia de transmisión. ¿En qué tipo de baterías estás pensando exactamente?

— Aurora0001

BTLE probablemente sería una mejor opción que la BT clásica para los nodos que necesitan ser alimentados por batería a largo plazo, pero 30 metros será un tramo de fiabilidad con cualquiera de los dos. Dependiendo de la cantidad de datos que necesite enviar, podría considerar LoRa, posiblemente con una puerta de enlace estilo Thing Network, ya sea suya o si ya hay una en el rango.

— Chris Stratton

Respuestas:

Alternativamente, podría valer la pena considerar Hart inalámbrico (transductor remoto direccionable de carretera) . Esta es una tecnología de red de malla inteligente de 2,4 GHz (banda de frecuencia libre de licencia) que utiliza el estándar 802.15.4. WHart utiliza tecnología de espectro expandido de secuencia directa y necesita al menos tres componentes principales. A saber, dispositivos inalámbricos, puerta de enlace y administrador de red.

_{Haga clic en la imagen para una versión más grande de la imagen.}

Además, dependiendo de la red, se pueden agregar administradores de seguridad, adaptadores y terminales portátiles.

Dust network ofrece una opción de SOC y algunos de ellos tienen interfaz I2C. Adjunte a continuación hay enlaces a algunas de las hojas de datos. Lamentablemente, mi conocimiento sobre esta tecnología es bastante limitado, por lo que se necesita más investigación.

Referencias

— Mahendra Gunawardena
fuente

Desde la perspectiva del uso de energía, Bluetooth 3.0 no parece una opción viable, dadas sus limitaciones.

Supongamos que desea transmitir datos durante 2 segundos cada minuto y luego dormir el resto del tiempo. Teniendo en cuenta sus requisitos de alcance de 30 metros, es probable que necesite usar una Radio Bluetooth de Clase 1 :

Clase 1, principalmente para casos de uso industrial, [tiene un alcance de hasta] 100 metros (300 pies). Bluetooth Marketing califica que el rango de Clase 1 es en la mayoría de los casos de 20–30 metros (66–98 pies)

Me imagino que el rango más bajo ocurriría en situaciones donde no había un camino claro para las transmisiones de radio, y tal vez en entornos de radio desafiantes. Afuera, me imagino que esto es un problema menor.

Entonces, suponiendo que lo anterior es cierto: transmitirá durante 1/30 de una hora, a aproximadamente 100 mW durante la fase de transmisión.

Por lo tanto, por hora, consumirá aproximadamente 0.00333 Wh de energía. A modo de comparación, una batería alcalina AA de "larga duración" almacena alrededor de 2,6 Wh de energía . Por lo tanto, su batería duraría unos 30 días con Bluetooth 3.0 , lo cual no es realmente malo, pero podría ser mucho mejor.

Todos estos cálculos son muy aproximados, pero deberían estar en el estadio si los supuestos son correctos. EE Times sugiere que el 5% del tiempo de transmisión está en el extremo superior, y mi estimación de 2 segundos / minuto es aproximadamente del 3.33%.

Bluetooth Low Energy (BLE) podría ser más viable; Esta página sugiere una potencia de 10 mW para un alcance de 77 m, lo que daría una vida útil de la batería más cercana a 1 año (¡325 días, más precisamente!). Sin embargo, esto requeriría nuevo hardware, lo cual es, sin duda, una desventaja.

Como mencioné en un comentario, este tipo de configuración parece perfecta para una red de malla, y eso debería reducir significativamente los requisitos de su alcance, ya que no tendrá que transmitir 30 metros al concentrador, solo 2 o 3 metros a la próxima colmena. . En ese caso, probablemente podría salirse con la suya con una radio mucho menos potente, lo que ahorraría la vida útil de la batería.

Puede valer la pena considerar uno de los protocolos de malla como ZigBee o el nuevo protocolo BLE Mesh , que ambos se adaptarían bien a su caso de uso.

— Aurora0001
fuente

Según su comentario anterior, tan pronto como leí la descripción, fue obvio que una red de malla era la respuesta. Aunque el OP preguntó acerca de BT, y las respuestas están relacionadas con BT, puede ser que él no sepa sobre redes de malla. Creo que deberíamos explicar más y empujarlo en esa dirección. Esto también sería informativo para futuros lectores. @Bence, comienza a leer en es.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking

— Mawg dice que reinstales a Monica el

@Mawg No uso, pero SIM808 ofrece BT 3.0, por eso pregunté por BT primero. Sé un poco sobre las redes de malla (ZigBee mencionó inicialmente en la pregunta), pero si Bluetooth podría haber resuelto el problema, no habría invertido en otro módulo. Pero parece que BT 3.0 no es el camino para ello. Por lo tanto, agradecería una respuesta detallada sobre redes de malla o ZigBee especialmente.

— Bence Kaulics

@Mawg Principalmente dejé ese bit porque no es algo que pueda responder particularmente bien, así que lo dejé para que alguien más lo abordara más adecuadamente. Si usted (o alguien más) pudiera abordar la parte de la red de malla más directamente, ¡felizmente lo votaría!

— Aurora0001

He documentado algunos aspectos de los aspectos de baja potencia BLE como respuesta a ¿Cuál es la diferencia entre Bluetooth Low Energy y Bluetooth BR / EDR en modo Park? . Aquí hay una sugerencia.

Parece que un SIM808 tiene una interfaz en serie. Por lo tanto, sugiero integrar el módulo SIM808 con un modo dual de clase 1 BLE como KC-5170 . Creo que también podrías usar un solo modo BLE.

Interfaz serial SIM808

Interfaz serie KC5170

Configure arriba es un dispositivo maestro, con dispositivos de modo único BLE Clase 1 como dispositivos esclavos.

Sugiero usar un módulo BLE Class 1 Single como el BR-LE4.0-S2A . Creo que se puede conectar una cantidad ilimitada de esclavos al maestro (necesita conformación)

También a continuación se muestra un diagrama de bloques simplificado del modo dual y único BLE.

Gráfico de consumo de energía BLE

Sugiero leer referencias para detalles adicionales.

Actualización (22/01/2017) : la base de la información proporcionada no está muy seguro de los GPIO disponibles, el golpeteo de bits SPI podría ser otra opción para conectarse al módulo BLE basado en SPI. Se adjunta un tutorial de big banging base I2C para su referencia.

Otra opción es usar BLE SOC como TI CC2640 , que admite I2C. El compromiso es que el dispositivo es un dispositivo de clase 2.

_{Haga clic en la imagen para una versión más grande de la imagen.}

Referencias

— Mahendra Gunawardena
fuente

Este BLE propuesto por encima de BT 3.0 (que parece razonable), pero no aborda la cuestión de si un protocolo de malla sería mejor (supongo que es similar, por lo que el factor decisivo podría ser el costo y la familiaridad).

— Sean Houlihane

Aclare en cada imagen e imagen cuál es la fuente en lugar de simplemente agregar una lista de referencias en la parte inferior.

— Helmar

La placa maestra ya está fabricada. Así que puedo usar BT 3.0 o algo que se pueda conectar a través de I2C, estas son las posibilidades ya mencionadas para mí.

— Bence Kaulics

@Helmar, he explicado esto con mayor detalle aquí . Lo siento, no tengo tiempo libre para duplicar el esfuerzo para un esfuerzo voluntario. Pero la investigación se ha realizado y las referencias vinculadas para los interesados. Lo siento, no más tiempo libre.

— Mahendra Gunawardena

@SeanHoulihane Todo lo que he hecho es compartir parte de mi investigación principalmente en el consumo de energía, para ayudar a OP a tomar una decisión. En ingeniería, hay muchos factores técnicos y no técnicos que intervienen para realizar el cambio. También creo que TI tiene un módulo que puede cargar ya sea Zigbee o BLE stack que es algo a tener en cuenta al construir HW.

— Mahendra Gunawardena