Quale protocollo dovrei usare per i dispositivi di automazione in un ambiente domestico?

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Ho un progetto per automatizzare le cose in una casa. Sono uno sviluppatore ma un principiante in elettronica e IoT.

Cosa devo usare per comunicare in modalità wireless? Wi-Fi, Bluetooth ... Dove dovrei cercare?

Ho bisogno di una soluzione economica, a basso consumo e minuscola , ad esempio per creare un ulteriore interruttore di interruzione della luce wireless o, provare a fare cose come la triangolarizzazione locale con un braccio di circuito integrato dei miei compagni di casa (non ci sono prigionieri! La casa è grande e serve per avere una "modalità torcia": le luci ti seguono, per il risparmio energetico)

Coltiviamo anche alimenti (funghi), in modo da poter ottimizzare le culture in futuro. Voglio anche aprire / chiudere alcune porte.

Deve essere modulare, quindi un'API alla fine può essere interessante.

Un circuito integrato Bluetooth su IoT centralizzato da Raspberry Pi (server) e controllabile tramite Wi-Fi (o direttamente tramite Bluetooth) è una buona cosa da guardare? Cosa mi sto perdendo?

smart-home wireless

— Morfeo
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Sicuramente non wifi a causa della preoccupazione per la potenza, possibile bluetooth a bassa energia anche se ci sono difetti di progettazione numerica nelle specifiche in particolare per quanto riguarda la condivisione, possibilmente qualche schema personalizzato tra chip radio / MCU a 2,4 GHz progettati per adattarsi più precisamente alle tue esigenze. L'uso di BTLE letteralmente ha senso soprattutto se devi comunicare con dispositivi esistenti che lo possiedono, in particolare i telefoni.

— Chris Stratton,

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Per comunicare con i telefoni cosa succede se non lo faccio direttamente ma gestisco i dati dello schema personalizzato su un Raspberry PI, ad esempio, ed eseguo il mio server con un servizio web per il telefono / le app? Hai qualche buona fonte da imparare per lo schema personalizzato ecc?

— Morfeo,

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Quindi puoi implementare qualcosa di personalizzato su entrambe le estremità. Tieni presente che i pi sono fragili a causa della dipendenza da una scheda SD a cui non piace la perdita di potenza non tempestiva.

— Chris Stratton,

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Non sei sicuro di dove hai avuto l'idea che 2.4 GHz sia costoso, dato che è sbagliato. I ricetrasmettitori costano solo un dollaro, in un'unica quantità. Tuttavia, 25 m potrebbero essere meno che affidabili per molti meccanismi senza licenza, almeno se ci sono pareti o altre fonti di rumore. Qualcosa come LoRa è progettato per percorrere (molto) distanze più lunghe con bassa potenza, ma ci sono limiti molto più bassi sulla velocità e sulla quantità complessiva di dati che è possibile trasmettere.

— Chris Stratton,

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Non sono sicuro che ci sia qualcosa dallo scaffale, ma l'idea di BT-LE è supportata da nodi connessi wifi per rendere ragionevole la portata.

— Sean Houlihane,

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Ecco una bella lista di 11 protocolli IoT che devi conoscere.

Ecco un riepilogo nel caso in cui il link si interrompesse un giorno

Standard Bluetooth : specifica core Bluetooth 4.2 Frequenza: 2,4 GHz (ISM) Intervallo: 50-150 m (Smart / BLE) Velocità dati: 1 Mbps (Smart / BLE)

Zigbee Standard: ZigBee 3.0 basato su IEEE802.15.4 Frequenza: 2,4 GHz Gamma: 10-100 m Velocità dati: 250 kbps

Standard Z-Wave : Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959 Frequenza: 900MHz (ISM) Portata: 30m Velocità dati: 9.6 / 40 / 100kbit / s

6 Standard LowPAN : RFC6282 Frequenza: (adattato e utilizzato su una varietà di altri media di rete tra cui Bluetooth Smart (2.4GHz) o ZigBee o RF a bassa potenza (sub-1GHz) Gamma: N / A Velocità dati: N / A

Thread standard: thread, basato su IEEE802.15.4 e 6 Frequenza LowPAN: 2,4 GHz (ISM) Range: N / A Velocità dati: N / A

WiFi standard: basato su 802.11n (uso più comune nelle case di oggi) Frequenze: bande 2,4 GHz e 5 GHz Gamma: circa 50 m Velocità dati: 600 Mbps massimo, ma 150-200 Mbps è più tipico, a seconda della frequenza del canale utilizzata e del numero di antenne (l'ultimo standard 802.11-ac dovrebbe offrire da 500 Mbps a 1 Gbps)

Standard cellulare : GSM / GPRS / EDGE (2G), UMTS / HSPA (3G), LTE (4G) Frequenze: 900/1800/1900 / 2100MHz Portata: 35 km max per GSM; 200 km max per velocità dati HSPA (download tipico): 35-170 kps (GPRS), 120-384 kbps (EDGE), 384 Kbps-2 Mbps (UMTS), 600 kbps-10 Mbps (HSPA), 3-10 Mbps (LTE)

Standard NFC : ISO / IEC 18000-3 Frequenza: 13,56 MHz (ISM) Gamma: 10 cm Velocità dati: 100–420 kbps

Sigfox Standard: Sigfox Frequenza: 900 MHz Gamma: 30-50 km (ambienti rurali), 3-10 km (ambienti urbani) Velocità dati: 10-1000 bps

Neul standard: Neul Frequenza: 900 MHz (ISM), 458 MHz (Regno Unito), 470-790 MHz (spazio bianco) Gamma: 10 km Velocità dati: Pochi bps fino a 100 kbps

Standard LoRaWAN : Frequenza LoRaWAN: Varie Portate: 2-5 km (ambiente urbano), 15 km (ambiente suburbano) Velocità dati: 0,3-50 kbps.

Basta considerare che:

Maggiore è la distanza che si desidera coprire con il segnale, maggiore è il consumo di energia necessario.
Maggiore è la velocità di trasmissione richiesta, maggiore è la frequenza e quindi maggiore consumo energetico.

Quindi suggerisco di optare per un protocollo a bassa frequenza; ZigBee funziona abbastanza bene, consuma molto basso ed è abbastanza popolare. L'unico inconveniente è che Raspberry Pi non include un trasmettitore ZigBee, potrebbe essere necessario un ulteriore adattatore.

— Levigatrici a serpente
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Questa è una buona lista, sarebbe bello tenerlo aggiornato. Alcune cose che aggiungerei; Bluetooth 5 (modifica della velocità e della portata dei dati) e funzionalità mesh, LoRa potrebbe arrivare fino a 300 kbps (questi sono i moduli che ho visto, ma penso che ce ne siano alcuni che potrebbero andare ancora di più).

— Dicobraz,

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Facendo riferimento all'elenco dei protocolli forniti nella risposta di Snake, sembra che tu abbia bisogno di un protocollo con un intervallo di 20-100 m, buone prestazioni a bassa potenza (idealmente passivo, ma non conosco alcuna soluzione) e non molta larghezza di banda per la parte portata. Inoltre, sono necessari alcuni nodi statici che possono essere meno vincolati dal punto di vista della potenza.

BT-LE è il protocollo più ampiamente adottato. Sfortunatamente, non penso che tu possa riutilizzare un telefono cellulare allo stesso modo in cui utilizzeresti un nodo (a meno che tu non faccia affidamento su interazioni puramente passive con il protocollo). Tuttavia, i SoC che forniscono questo protocollo, oltre a periferiche sufficienti per abilitare un fitness tracker o le cuffie, sono comuni (e migliorano nelle specifiche).

Se guardi i SoC più recenti con una radio a 2,4 GHz, scoprirai che spesso supportano più di un semplice Bluetooth (devi solo configurare lo stack software giusto), quindi vale la pena indagare se puoi ottenere risultati migliori con un protocollo diverso ( ma poi hai la penalità di dover aggiungere un'altra radio ai tuoi nodi statici). Il tuo caso d'uso sembra basarsi sull'indicazione affidabile dell'intensità del segnale (presupponendo che non sia necessaria la precisione del tempo di volo).

Uno dei compiti più importanti in questa fase della progettazione è elaborare un budget di potenza e un profilo di ricarica per il dispositivo portatile. Ciò avrà un impatto sui profili di sonno e sulle frequenze di trasmissione. Probabilmente si desidera utilizzare un accelerometro per adattare la velocità di trasmissione (poiché la radio probabilmente impiegherà più energia per trasmettere rispetto al semplice polling per verificare il movimento).

— Sean Houlihane
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Un protocollo non elencato nella risposta di Snake sono i moduli radio per 433 MHz / 868 MHz / 915 MHz, uno dei quali coprirà la banda hobby / ricerca nel tuo paese e possono essere utilizzati per creare nodi a bassa potenza. RFM69 e NRF24L01 +.

https://www.mysensors.org/ li ha inseriti in una configurazione di rete con protocollo e gateway, tutti open source, che parlano a una gamma di controller esistenti e offrono molte opportunità di sviluppo a livello di sensori / nodi e controller.

— Geoff
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Vorrei esaminare alcune delle soluzioni di SoC Nordic che hanno protocolli integrati. È un buon modo per avere un chip che ti consenta di testare diversi scenari, Nordic ha SoC con la maggior parte dei protocolli comuni (Bluetooth, WiFi, IEEE, ANT ecc.) In un chipset.

Vorrei iniziare con Bluetooth, è la soluzione IMHO più semplice e versatile. Anche se non sono sicuro della triangolazione locale, sembra un eccesso per le tue esigenze, forse dai un'occhiata ai beacon Bluetooth.

— dicobraz
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