Подходит ли Bluetooth 3.0 для сети с несколькими подчиненными устройствами?

14

У меня есть доска регистрации данных с SIM808 на нем. Он имеет возможность Bluetooth 3.0 на SIM808. Сама плата реализует систему управления батареями, способную выполнять измерения веса, влажности и температуры, а также может обнаруживать смещения устройства. Все собранные данные передаются по GPRS-соединению на удаленный сервер.

Само устройство может быть установлено в ульи, но не будет экономически эффективным иметь SIM-карту для сотен ульев. Так что это будет действовать только как мастер , у которого есть возможности регистрации данных, а также возможности GPRS.

Таким образом, я планирую реализовать ведомые платы без модулей SIM808. Таким образом, вместо SIM808 необходим простой модуль беспроводной связи для обеспечения локальной беспроводной связи между ульями.

Мастер будет запрашивать данные у всех ведомых, а затем передавать все через GPRS.

Это должно выглядеть так, только с сотней ульев:

введите описание изображения здесь

Теперь о возможностях локальной беспроводной связи:

  1. Bluetooth, как я уже сказал, на главном устройстве уже есть Bluetooth 3.0. Но я не совсем уверен, что Bluetooth - это правильный способ запрашивать сотню ведомых на 1 кБ данных.
  2. Ведущее устройство имеет шину I2C, поэтому я могу подключить совместимый с I2C ZigBee или другой RF-модуль, который также может быть добавлен к ведомым платам.

Сбор данных от ведомых не будет превышать 1 кБ / запрос.

В общем, могу ли я оставаться в Bluetooth или мне следует добавить ZigBee, например, на мои устройства или есть другие варианты?

Еще несколько деталей:

  • дальность макс 30 метров
  • Кроме того, поскольку устройства питаются от батареи, было бы неплохо решение с низким энергопотреблением.
  • мастер будет выполнять запрос каждые 15 минут

Главная цель - сделать так, чтобы мастер мог эффективно запрашивать ведомые устройства, и это должно быть сделано без изменения печатной платы мастера . Две возможности: Bluetooth 3.0, который уже доступен для мастера, или другие технологии, которые я могу подключить к мастер-плате через шину I2C встроенного MCU. (Я не настаиваю на использовании Bluetooth, это была отправная точка, потому что у меня уже был BT 3.0 от SIM808.)

введите описание изображения здесь

Бенс Кауликс
источник
2
У меня есть далекая мысль, что Bluetooth может поддерживать только 16 рабов одновременно. Кроме этого, кажется, что все в порядке (и хорошая реальная проблема дизайна IoT). Вы рассматривали диапазон?
Шон
2
Кажется, ограничение составляет 7, но это не проблема блокировки. superuser.com/questions/332767/…
Шон
3
Дальность (и перспективность дальности) будет моей главной заботой о Bluetooth. Если вы решите изменить ситуацию в будущем или развернуть больше ульев, вы можете столкнуться с проблемами довольно быстро. Если бы я это делал, думаю, я бы выбрал в качестве концентратора el-cheapo Android телефон в качестве концентратора и ESP8266 в каждом улье. Это переключило бы все ваши локальные связи на WiFi и обеспечило бы вас заменяемыми частями, если вам когда-нибудь понадобится обновление.
goobering
5
Bluetooth кажется плохим решением в этом случае - проблема просто кричит мне в сетку (ZigBee, вероятно, будет работать хорошо). Если требуемый диапазон составляет 30 м, возможно, вы ищете серьезное энергопотребление (см. Таблицу здесь ). Я подозреваю, что при использовании 100 мВт вы будете работать в течение нескольких часов или дней автономной работы, в зависимости от частоты передачи. Какие именно батареи вы думаете именно о них?
Aurora0001
3
BTLE, вероятно, будет лучше подходить, чем классический BT, для узлов, которые должны работать от батареи в долгосрочной перспективе, но 30 метров будут для надежности одним из факторов. В зависимости от того, сколько данных вам нужно отправить, вы можете рассмотреть LoRa, возможно, со шлюзом в стиле Thing Network, либо свой собственный, либо, если он уже есть в диапазоне.
Крис Страттон

Ответы:

5

В качестве альтернативы может быть целесообразно рассмотреть беспроводной Hart (Highway Addressable Remote Transducer) . Это технология Smart Mesh с частотой 2,4 ГГц (безлимитный частотный диапазон), использующая стандарт 802.15.4. WHart использует технологию расширенного спектра прямой последовательности и нуждается как минимум в трех основных компонентах. А именно беспроводные устройства, шлюз и сетевой менеджер.

Беспроводная сеть HART

Нажмите на изображение, чтобы увеличить версию изображения.

Дополнительно, в зависимости от сети, могут быть добавлены диспетчер безопасности, адаптеры и портативные терминалы.

Пылевая сеть предлагает опцию SOC, и некоторые из них имеют интерфейс I2C. Прикрепите ниже ссылки на некоторые таблицы. К сожалению, мои знания об этой технологии довольно ограничены, поэтому требуют дальнейших исследований.

Ссылки

  1. LTP5901-IPM / LTP5902-IPM
  2. WirelessHART - как это работает
Махендра Гунавардена
источник
8

С точки зрения энергопотребления Bluetooth 3.0 не выглядит приемлемым выбором, учитывая ваши ограничения.

Предположим, что вы хотите передавать данные в течение 2 секунд каждую минуту, а затем спать в течение остального времени. Учитывая ваши требования к дальности 30 метров, вам, вероятно, потребуется использовать Bluetooth-радио класса 1 :

Класс 1, в основном для промышленных случаев, [имеет дальность действия до] 100 метров (300 футов). Bluetooth Marketing определяет, что дальность класса 1 в большинстве случаев составляет 20–30 метров (66–98 футов)

Я предположил бы, что более низкий диапазон будет иметь место в ситуациях, когда не было четкого пути для радиопередач, и, возможно, в сложных условиях радиосвязи. Снаружи, я думаю, это не проблема.

Итак, если предположить, что вышеизложенное верно: вы будете передавать в течение 1/30 часа, примерно на 100 мВт в течение фазы передачи.

Следовательно, в час вы будете потреблять примерно 0,00333 Втч энергии. Для сравнения, «долговечная» щелочная батарея типа АА хранит около 2,6 Втч энергии . Таким образом, ваша батарея будет длиться около 30 дней с Bluetooth 3.0 , который не очень плохо, но могло быть намного лучше.

Все эти расчеты очень грубые, но они должны быть на уровне, если предположения верны. EE Times предполагает, что 5% времени передачи находится на верхнем уровне, и моя оценка в 2 секунды в минуту составляет примерно 3,33%.


Bluetooth Low Energy (BLE) может быть более жизнеспособным; на этой странице предлагается мощность 10 мВт для диапазона 77 м, что позволило бы увеличить срок службы батареи до 1 года (точнее 325 дней!). Однако для этого потребуется новое оборудование, что, по общему признанию, является недостатком.

Как я уже упоминал в комментарии, такой вид установки идеально подходит для ячеистой сети, и это должно значительно снизить ваши требования к дальности, поскольку вам не придется передавать 30 метров до концентратора, всего 2 или 3 метра до следующего улья. , В этом случае вам, вероятно, удастся использовать гораздо менее мощное радио, которое сэкономит заряд батареи.

Возможно, стоит рассмотреть один из ячеистых протоколов, таких как ZigBee или новый протокол BLE Mesh , который хорошо подойдет для вашего варианта использования.

Аврора0001
источник
2
Согласно вашему комментарию выше, как только я прочитал описание, было очевидно, что ячеистая сеть была ответом. Хотя ОП спросил о BT, а ответы связаны с BT, возможно, он не знает о ячеистых сетях. Я думаю, что мы должны объяснить больше и подтолкнуть его в этом направлении. Это также будет полезно для будущих читателей. @Bence, начните читать на en.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking
Моуг говорит восстановить Монику
1
@ Mawg Я не использую, но SIM808 предлагает BT 3.0, поэтому я сначала спросил о BT. Я немного знаю о ячеистых сетях (ZigBee изначально упоминался в вопросе), но если бы Bluetooth мог решить проблему, я бы не вложил деньги в другой модуль. Но, похоже, BT 3.0 не подходит для этого. Поэтому я хотел бы получить подробный ответ о ячеистых сетях или особенно о ZigBee.
Бенс Кауликс
1
@ Mawg Я в первую очередь оставил этот бит, потому что это не то, что я могу ответить особенно хорошо, поэтому я оставил это для кого-то еще для более правильного решения. Если бы вы (или кто-то еще) могли обратиться к части ячеистой сети более напрямую, я бы с радостью поддержал это!
Aurora0001
6

У меня есть документ, подтверждающий, что некоторые аспекты BLE с низким энергопотреблением являются ответом на вопрос. В чем разница между Bluetooth Low Energy и Bluetooth BR / EDR в режиме парковки? , Вот предложение.

Похоже, SIM808 имеет последовательный интерфейс. Поэтому я предлагаю интегрировать модуль SIM808 с двухрежимным BLE класса 1, таким как KC-5170 . Я думаю, что вы также можете использовать BLE в одном режиме.

Последовательный интерфейс SIM808

Последовательный интерфейс SIM808

KC5170 Последовательный интерфейс

KC5170 Последовательный интерфейс

Приведенная выше конфигурация представляет собой ведущее устройство с однорежимными устройствами BLE Class 1 в качестве подчиненных устройств.

BLE Master Salve Предложение

Я предлагаю использовать BLE Class 1 Single модуль, такой как BR-LE4.0-S2A . Я считаю, что неограниченное количество рабов может быть подключено к хозяину (необходимо подтверждение)

Также ниже приведена упрощенная блок-схема двойного и одиночного режима BLE.

Конфигурация BLE 4.0

График энергопотребления BLE

График энергопотребления BLE

Я предлагаю прочитать ссылки для получения дополнительной информации.

Обновление (22.01.2017) : Основываясь на предоставленной информации, не слишком уверен, что доступные GPIO, SPI бита может быть другой вариант для подключения к модулю BLE на основе SPI. Базовое учебное пособие по I2C прилагается для ознакомления.

Другой вариант - использовать BLE SOC, например TI CC2640 , который поддерживает I2C. Компромисс - устройство класса 2.

CC2640 BLE
Нажмите на изображение, чтобы увеличить версию изображения.

Ссылки

Махендра Гунавардена
источник
1
Этот предложенный BLE выше BT 3.0 (который кажется разумным), но не рассматривает вопрос о том, будет ли лучше протокол с ячеистой структурой (я думаю, что он похож, так что решающим фактором могут быть стоимость и осведомленность).
Шон
2
Пожалуйста, уточните на каждой картинке и картинке, что является источником, а не просто добавьте список ссылок внизу.
Хельмар
1
Мастер доска уже изготовлена. Поэтому я могу использовать либо BT 3.0, либо что-то, что можно подключить через I2C, для меня это уже упомянутые возможности.
Бенс Кауликс
1
@ Хелмар, я объяснил это более подробно здесь . Извините, у меня нет свободного времени, чтобы дублировать усилия для усилий добровольцев. Но исследование было сделано, и ссылки связаны для заинтересованных. Прошу прощения, больше нет свободного времени.
Махендра Гунавардена
1
@SeanHoulihane Все, что я сделал, поделился некоторыми из моих исследований в основном в области энергопотребления, чтобы помочь OP принять решение. В разработке есть много технических и нетехнических факторов, которые влияют на внесение изменений. Также я думаю, что у TI есть модуль, который вы можете загружать либо в стек Zigbee, либо в BLE, что необходимо учитывать при сборке HW.
Махендра Гунавардена