Чи підходить Bluetooth 3.0 для одноразової мережі з декількома рабами?

У мене є плата реєстратора даних із SIM808 на ній. Він має можливість Bluetooth 3.0 від SIM808. Сама плата реалізує систему керування акумулятором, здатну виконувати вимірювання ваги, вологості та температури, а також може виявляти переміщення пристрою. Усі зібрані дані передаються через GPRS-з'єднання на віддалений сервер.

Сам пристрій можна встановити у вулики, але не було б рентабельно мати SIM-карту для сотень вуликів. Таким чином, це буде діяти лише як головний , який має можливості реєстрації даних, а також GPRS.

Таким чином, я планую реалізувати ведені плати без модулів SIM808. Тож замість SIM808 потрібен простий пристрій бездротового зв’язку, щоб увімкнути локальний бездротовий зв’язок між вуликами.

Майстер запитав усіх рабів за їхніми даними, а потім передав би все через GPRS.

Це повинно виглядати так, лише зі ста вуликів:

Тепер можливості для локального бездротового зв'язку:

1. Bluetooth, як я вже сказав, у головного пристрою вже є Bluetooth 3.0. Але я не зовсім впевнений, що Bluetooth - це правильний спосіб запитувати сто рабів для 1 кБ даних.
2. Головний пристрій має шину I2C, тому я можу підключити сумісний I2C ZigBee або інший модуль RF, який також можна буде додати до підлеглого плати.

Дані, що збираються з рабів, не перевищуватимуть 1 кБ / запит.

Тож, загалом, чи можу я залишитися на Bluetooth або додати ZigBee, наприклад, до своїх пристроїв, чи є інші варіанти?

Ще кілька деталей:

• дальність дії - не більше 30 метрів
• також, оскільки пристрої працюють від акумулятора, рішення з низьким енергоспоживанням було б добре
• майстер запускає запит кожні 15 хвилин

Основна мета - зробити так, щоб майстер міг ефективно запитувати невільників, і це слід робити, не змінюючи друковану плату ведучого . Дві можливості - це Bluetooth 3.0, який уже доступний для ведучого, або інші технології, які я можу підключити до майстер-плати через шину I2C бортового MCU. (Я не наполягаю на тому, щоб використовувати Bluetooth, це було відправною точкою, тому що у мене вже був BT 3.0 від SIM808.)

Як варіант, можливо, варто розглянути бездротовий Hart (Highway Addressable Remote Transducer) . Це 2,4 ГГц (ліцензійний вільний діапазон частот), інтелектуальна мережева мережа, яка використовує стандарт 802.15.4. Для використання технології прямого послідовного розповсюдження прямої послідовності і потрібно як мінімум три основних компоненти. А саме бездротові пристрої, шлюз та мережевий менеджер.

_{Клацніть на зображення, щоб збільшити версію зображення.}

Додатково залежно від мережі, можна додати менеджер безпеки, адаптери та портативні термінали.

Пилова мережа пропонує опцію SOC, а деякі з них мають інтерфейс I2C. Внизу наведено посилання на деякі дані. На жаль, мої знання про цю технологію досить обмежені, тому вимагають подальших досліджень.

Список літератури

1. LTP5901-IPM / LTP5902-IPM
2. WirelessHART - Як це працює

З точки зору використання енергії, Bluetooth 3.0 не здається життєздатним вибором, враховуючи ваші обмеження.

Припустимо, що ви хочете передавати дані протягом 2 секунд щохвилини, а потім спати решту часу. Враховуючи вимоги до дальності в 30 метрів, вам, швидше за все, потрібно буде використовувати радіо Bluetooth 1 класу :

Клас 1, переважно для випадків промислового використання, [має дальність дії] до 100 метрів (300 футів). Bluetooth Marketing визначає, що діапазон класу 1 в більшості випадків становить 20–30 метрів (66–98 футів)

Я думаю, що нижній діапазон виникне в ситуаціях, коли не було чіткого шляху радіопередач, і, можливо, у складних радіосередах. Зовні я думаю, що це менше проблеми.

Отже, якщо припустити, що сказане є істинним: ви будете передавати протягом 1/30 години, приблизно 100 мВт під час фази передачі.

Отже, на годину ви будете споживати приблизно 0,00333 Вт енергії. Для порівняння, лужна батарея АА на тривалий термін зберігає близько 2,6 Вт енергії . Тому ваш акумулятор буде тривати близько 30 днів із Bluetooth 3.0 , що не дуже погано, але може бути набагато кращим.

Усі ці розрахунки дуже грубі, але вони повинні бути в групі, якщо припущення є правильними. EE Times припускає, що 5% передачі часу закінчується, а моя оцінка 2 секунди на хвилину - приблизно 3,33%.

Bluetooth з низькою енергією (BLE) може бути більш життєздатним; на цій сторінці пропонується потужність 10 мВт для діапазону 77 м, що дало б ресурс акумулятора ближче до 1 року (точніше 325 днів!). Однак для цього знадобиться нове обладнання, що, правда, є недоліком.

Як я вже згадував у коментарі, подібне налаштування здається ідеальним для сітчастої мережі, і це повинно значно зменшити ваші вимоги до дальності, оскільки вам не доведеться передавати 30 метрів до концентратора, лише 2 або 3 метри до наступного вулика. . У такому випадку ви, мабуть, зможете піти з набагато менш потужним радіо, що врятувало б акумулятор.

Можливо, варто розглянути один із сітчастих протоколів, таких як ZigBee або новий протокол BLE Mesh , який би добре відповідав вашому випадку використання.

У мене є документ про деякі аспекти BLE з низькою потужністю як відповідь на те, у чому різниця між низькою енергією Bluetooth та Bluetooth BR / EDR в режимі парку? . Ось пропозиція.

Схоже, SIM808 має послідовний інтерфейс. Тому я пропоную інтегрувати модуль SIM808 в подвійний режим класу 1 BLE, такий як KC-5170 . Я думаю, що ви можете використовувати BLE в одному режимі.

Серійний інтерфейс SIM808

Послідовний інтерфейс KC5170

Налаштування вище - це головний пристрій, з одномодовими пристроями BLE Class 1 як підлеглий пристрої.

Я пропоную використовувати одиночний модуль BLE Class 1, наприклад BR-LE4.0-S2A . Я вважаю, що необмежену кількість рабів можна підключити до ведучого (потребує конформації)

Також нижче - спрощена блок-схема подвійного та одномовного режиму BLE.

Графік споживання енергії BLE

Я пропоную прочитати посилання для отримання додаткової інформації.

Оновлення (22.01.2017) : Базуючись на наданій інформації, не надто впевнений у наявних GPIO, SPI бітових ударах може бути ще одна опція підключення до модуля BLE на базі SPI. Підручник з великими ударами бази I2C додається для ознайомлення.

Ще один варіант - використовувати BLE SOC, наприклад TI CC2640 , який підтримує I2C. Компроміс - це пристрій класу 2.

_{Клацніть на зображення, щоб збільшити версію зображення.}

Список літератури

• Яка різниця між низьким рівнем енергії Bluetooth та Bluetooth BR / EDR в режимі парку?
• Чому гарнітури Bluetooth отримують перешкоди (якісний звук) на вулиці?
• Навчальний посібник з біт-банінгу I2C: частина I
• Bluetooth 4.0: вступ до Bluetooth з низьким рівнем енергії - частина I
• Bluetooth 4.0: вступ до Bluetooth з низьким рівнем енергії - частина II
• Вимірювання низького енергоспоживання Bluetooth®
• Технічні умови для розробників програм із низьким енергоспоживанням Bluetooth