Welches Protokoll sollte ich für Automatisierungsgeräte in einer häuslichen Umgebung verwenden?

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Ich habe ein Projekt, um Dinge in einem Haus zu automatisieren. Ich bin ein Entwickler, aber ein Anfänger in Elektronik und IoT.

Was soll ich verwenden, um drahtlos zu kommunizieren? Wi-Fi, Bluetooth ... Wo soll ich suchen?

Ich brauche eine billige, verbrauchsarme und winzige Lösung, zum Beispiel die Herstellung eines zusätzlichen drahtlosen Lichtunterbrechers, oder ich versuche, Dinge wie die lokale Dreiecksbildung mit einer integrierten Armbinde meiner Mitbewohner zu tun (es gibt keine Gefangenen! Das Haus ist groß und Es ist für einen "Taschenlampenmodus" gedacht - die Lichter folgen Ihnen, um Energie zu sparen.

Wir bauen auch Lebensmittel (Pilze) an, damit die Kulturen in Zukunft optimiert werden können. Ich möchte auch einige Türen öffnen / schließen.

Es muss modular sein, damit eine API am Ende cool sein kann.

Ist eine Bluetooth-integrierte Schaltung im IoT, die von Raspberry Pi (Server) zentralisiert und über Wi-Fi (oder direkt über Bluetooth) gesteuert werden kann, eine gute Sache? Was vermisse ich?

smart-home wireless Morpheus
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Auf jeden Fall kein WLAN aufgrund der Bedenken hinsichtlich der Stromversorgung, möglicherweise Bluetooth mit geringem Energieverbrauch, da es in der Spezifikation einige Designfehler gibt, insbesondere in Bezug auf die gemeinsame Nutzung, möglicherweise ein benutzerdefiniertes Schema zwischen 2,4-GHz-Radio- / MCU-Chips, das genau auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist. Die Verwendung von BTLE ist im wahrsten Sinne des Wortes meistens sinnvoll, wenn Sie mit vorhandenen Geräten, insbesondere Telefonen, kommunizieren müssen.
Chris Stratton
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Was ist für die Kommunikation mit Telefonen, wenn ich es nicht direkt mache, sondern die Daten des benutzerdefinierten Schemas auf einem Raspberry PI beispielsweise verarbeite und meinen Server mit einem Webdienst für das Telefon / die Apps starte? Haben Sie eine gute Quelle, um etwas über das benutzerdefinierte Schema usw. zu lernen?
Morpheus
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Dann können Sie an beiden Enden etwas Benutzerdefiniertes implementieren. Denken Sie daran, dass PIs aufgrund der Verwendung einer SD-Karte, die keinen zeitlich unpassenden Stromausfall mag, zerbrechlich sind.
Chris Stratton
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Ich bin mir nicht sicher, woher Sie die Idee haben, dass 2,4 GHz teuer ist, da dies falsch ist. Transceiver kosten nur einen Dollar in einer einzigen Menge. 25 m können jedoch für viele nicht lizenzierte Mechanismen weniger zuverlässig sein, zumindest wenn Wände oder andere Lärmquellen vorhanden sind. So etwas wie LoRa ist für (viel) längere Strecken mit geringem Stromverbrauch ausgelegt, aber es gibt viel niedrigere Grenzen für die Rate und die Gesamtmenge der Daten, die Sie durch das Gerät übertragen können.
Chris Stratton
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Ich bin mir nicht sicher, ob es irgendetwas von der Stange gibt, aber die Idee von BT-LE, das von mit WLAN verbundenen Knoten unterstützt wird, um die Reichweite zu erreichen, klingt vernünftig.
Sean Houlihane

Antworten:

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Hier haben Sie eine schöne Liste von 11 IoT-Protokollen, die Sie kennen müssen.

Hier ist eine Zusammenfassung für den Fall, dass der Link eines Tages unterbrochen wird

Bluetooth- Standard: Bluetooth 4.2-Kernspezifikation Frequenz: 2,4 GHz (ISM) Bereich: 50-150 m (Smart / BLE) Datenraten: 1 Mbit / s (Smart / BLE)

ZigBee- Standard: ZigBee 3.0 basierend auf IEEE802.15.4 Frequenz: 2,4 GHz Bereich: 10-100 m Datenraten: 250 kbps

Z-Wave- Standard: Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959 Frequenz: 900 MHz (ISM) Bereich: 30 m Datenraten: 9,6 / 40/100 kbit / s

6LowPAN- Standard: RFC6282 Frequenz: (angepasst und verwendet über eine Vielzahl anderer Netzwerkmedien, einschließlich Bluetooth Smart (2,4 GHz) oder ZigBee oder Low-Power-RF (unter 1 GHz) Bereich: N / A Datenraten: N / A.

Thread- Standard: Thread, basierend auf IEEE802.15.4 und 6LowPAN Frequenz: 2,4 GHz (ISM) Bereich: N / A Datenraten: N / A.

WiFi- Standard: Basierend auf 802.11n (heute am häufigsten in Privathaushalten verwendet) Frequenzen: 2,4-GHz- und 5-GHz-Bänder Reichweite: Ca. 50 m Datenraten: Maximal 600 Mbit / s, 150 bis 200 Mbit / s sind jedoch typischer, abhängig von der verwendeten Kanalfrequenz und der Anzahl der Antennen (Der neueste 802.11-AC-Standard sollte 500 Mbit / s bis 1 Gbit / s bieten.)

Mobilfunkstandard : GSM / GPRS / EDGE (2G), UMTS / HSPA (3G), LTE (4G) Frequenzen: 900/1800/1900/2100 MHz Bereich: max. 35 km für GSM; Maximal 200 km für HSPA-Datenraten (typischer Download): 35-170 kps (GPRS), 120-384 kbps (EDGE), 384 kbps - 2 Mbit / s (UMTS), 600 kbps - 10 Mbit / s (HSPA), 3-10 Mbit / s (LTE)

NFC- Standard: ISO / IEC 18000-3 Frequenz: 13,56 MHz (ISM) Bereich: 10 cm Datenraten: 100–420 kbps

Sigfox Standard: Sigfox Frequenz: 900 MHz Reichweite: 30-50 km (ländliche Umgebung), 3-10 km (städtische Umgebung) Datenraten: 10-1000 bps

Neul Standard: Neul Frequenz: 900 MHz (ISM), 458 MHz (UK), 470-790 MHz (Leerraum) Reichweite: 10 km Datenraten: Wenige Bit / s bis 100 KBit / s

LoRaWAN- Standard: LoRaWAN Frequenz: Verschiedene Reichweite: 2-5 km (städtische Umgebung), 15 km (vorstädtische Umgebung) Datenraten: 0,3-50 kbps.

Denken Sie nur daran:

  1. Je länger Sie die Strecke mit dem Signal zurücklegen möchten, desto mehr Strom benötigen Sie.

  2. Je höher die von Ihnen benötigte Datenrate ist, desto höher ist die Frequenz und damit der Stromverbrauch.

Ich schlage daher vor, ein Niederfrequenzprotokoll zu wählen. ZigBee funktioniert ganz gut, verbraucht sehr wenig und ist sehr beliebt. Der einzige Nachteil ist, dass Raspberry Pi keinen ZigBee-Sender enthält. Möglicherweise benötigen Sie eine zusätzliche Adfruit.

Schlangenschleifer
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Dies ist eine gute Liste, wäre schön, dies auf dem neuesten Stand zu halten. Ein paar Dinge, die ich hinzufügen würde; Mit Bluetooth 5 (Änderungen der Datenrate und Reichweite) und Mesh-Funktionen kann LoRa bis zu 300 kbit / s erreichen (das sind die Module, die ich gesehen habe, aber ich denke, es gibt einige, die noch mehr können).
Dicobraz
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In Bezug auf die Liste der Protokolle in Snakes Antwort scheint es, dass Sie ein Protokoll mit einer Reichweite von 20 bis 100 m, einer guten Leistung bei geringem Stromverbrauch (idealerweise passiv, aber ich kenne keine Lösung) und nicht wirklich viel Bandbreite benötigen für das getragene Teil. Darüber hinaus benötigen Sie einige statische Knoten, die aus Sicht der Leistung weniger eingeschränkt sein können.

BT-LE ist das am weitesten verbreitete Protokoll. Leider glaube ich nicht, dass Sie ein Mobiltelefon auf die gleiche Weise wie einen Knoten wiederverwenden können (es sei denn, Sie verlassen sich auf rein passive Interaktionen mit dem Protokoll). SoCs, die dieses Protokoll bereitstellen, sowie ausreichende Peripheriegeräte, um einen Fitness-Tracker oder Kopfhörer zu ermöglichen, sind jedoch üblich (und verbessern die technischen Daten).

Wenn Sie sich die neuesten SoCs mit einem 2,4-GHz-Radio ansehen, werden Sie feststellen, dass sie häufig mehr als nur Bluetooth unterstützen (Sie konfigurieren nur den richtigen Software-Stack). Es lohnt sich also zu untersuchen, ob Sie mit einem anderen Protokoll bessere Ergebnisse erzielen können ( Aber dann haben Sie die Strafe, dass Sie Ihren statischen Knoten ein weiteres Funkgerät hinzufügen müssen. Ihr Anwendungsfall scheint auf einer zuverlässigen Anzeige der Signalstärke zu beruhen (vorausgesetzt, die Genauigkeit der Flugzeit ist nicht erforderlich).

Eine der wichtigsten Aufgaben in dieser Phase des Entwurfs besteht darin, ein Strombudget und ein Ladeprofil für das tragbare Gerät zu erstellen. Dies wirkt sich auf Schlafprofile und Übertragungsfrequenzen aus. Sie möchten wahrscheinlich einen Beschleunigungsmesser verwenden, um die Übertragungsrate anzupassen (da das Radio wahrscheinlich mehr Energie für die Übertragung benötigt als nur eine Abfrage, um die Bewegung zu überprüfen).

Sean Houlihane
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Ein Protokoll, das in Snakes Antwort nicht aufgeführt ist, sind die Funkmodule für 433 MHz / 868 MHz / 915 MHz, von denen eines das Hobby- / Forschungsband in Ihrem Land abdeckt und zur Erstellung von Knoten mit geringem Stromverbrauch verwendet werden kann. RFM69 und NRF24L01 +.

https://www.mysensors.org/ haben diese in ein Netzwerk-Setup mit Protokollen und Gateways integriert, die alle Open Source sind und mit einer Reihe vorhandener Controller sprechen und sowohl auf Sensor- / Knoten- als auch auf Controller-Seite viele Entwicklungsmöglichkeiten bieten.

Geoff
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Ich würde mir einige der Lösungen von Nordic SoC ansehen, die Protokolle integriert haben. Es ist eine gute Möglichkeit, einen Chip zu haben, mit dem Sie verschiedene Szenarien testen können. Nordic verfügt über SoCs mit den meisten gängigen Protokollen (Bluetooth, WiFi, IEEE, ANT usw.) in einem Chipsatz.

Ich würde mit Bluetooth beginnen, der einfachsten und vielseitigsten IMHO-Lösung. Obwohl ich mir bei der lokalen Triangulation nicht sicher bin, scheint es ein Overkill für Ihre Anforderungen zu sein, schauen Sie sich vielleicht Bluetooth-Beacons an.

Dicobraz
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