我应该为家庭环境中的自动化设备使用哪种协议?

物联网 智能家居 无线的
2021-06-22 01:19:54

我有一个项目来自动化房子里的东西。我是一名开发人员,但电子和物联网方面的初学者。

我应该使用什么进行无线通信?Wi-Fi、蓝牙……我应该去哪里找?

我需要一个便宜、低功耗小巧的解决方案,例如制作额外的无线光遮断器,或者,尝试用我室友的集成电路臂章做局部三角化之类的事情(没有囚犯!房子又大又好)这是为了有一个“手电筒模式”——灯会跟着你,为了节能)

我们还种植食物(蘑菇),因此可以在未来对文化进行优化。我也想打开/关闭一些门。

它必须是模块化的,所以最后的 API 会很酷。

由 Raspberry Pi(服务器)集中并由 Wi-Fi(或直接通过蓝牙)控制的 IoT 上的蓝牙集成电路是否值得一看?我错过了什么?

4个回答

此处列出了您需要了解的 11 个 IoT 协议。

这是一个摘要,以防链接有一天断开

蓝牙标准:蓝牙 4.2 核心规范频率:2.4GHz (ISM) 范围:50-150m (Smart/BLE) 数据速率:1Mbps (Smart/BLE)

Zigbee标准:基于 IEEE802.15.4 的 ZigBee 3.0 频率:2.4GHz 范围:10-100m 数据速率:250kbps

Z-Wave标准:Z-Wave 联盟 ZAD12837 / ITU-T G.9959 频率:900MHz (ISM) 范围:30m 数据速率:9.6/40/100kbit/s

6LowPAN标准:RFC6282 频率:(适应并用于各种其他网络媒体,包括智能蓝牙 (2.4GHz) 或 ZigBee 或低功率 RF(低于 1GHz)范围:不适用数据速率:不适用

线程标准:线程,基于 IEEE802.15.4 和 6LowPAN 频率:2.4GHz (ISM) 范围:N/A 数据速率:N/A

WiFi标准:基于 802.11n(当今家庭中最常见的使用)频率:2.4GHz 和 5GHz 频段范围:大约 50m 数据速率:最大 600 Mbps,但 150-200Mbps 更为典型,具体取决于所使用的信道频率和天线数量(最新的 802.11-ac 标准应该提供 500Mbps 到 1Gbps)

蜂窝标准:GSM/GPRS/EDGE (2G)、UMTS/HSPA (3G)、LTE (4G) 频率:900/1800/1900/2100MHz 范围:GSM 最大 35km;HSPA 数据速率最大 200 公里(典型下载):35-170kps (GPRS)、120-384kbps (EDGE)、384Kbps-2Mbps (UMTS)、600kbps-10Mbps (HSPA)、3-10Mbps (LTE)

NFC标准:ISO/IEC 18000-3 频率:13.56MHz (ISM) 范围:10cm 数据速率:100–420kbps

Sigfox标准:Sigfox 频率:900MHz 范围:30-50km(农村环境),3-10km(城市环境)数据速率:10-1000bps

Neul 标准:Neul 频率:900MHz(ISM)、458MHz(英国)、470-790MHz(白色空间)范围:10km 数据速率:很少 bps 到 100kbps

LoRaWAN标准:LoRaWAN 频率:各种范围:2-5km(城市环境),15km(郊区环境)数据速率:0.3-50 kbps。

只要考虑一下:

  1. 您希望信号覆盖的距离越长,您需要的功耗就越大。

  2. 您需要的数据速率越高,频率越高,因此功耗越大。

所以我建议采用低频协议;ZigBee 工作得很好,消耗非常低,而且很受欢迎。唯一的缺点是 Raspberry Pi 不包含 ZigBee 发射器,您可能需要一个额外的 adfruit。

参考 Snake 的回答中提供的协议列表,您似乎需要一个范围在 20-100m 的协议,良好的低功耗性能(理想情况下是被动的,但我不知道任何解决方案),而且带宽并不多对于携带部分。此外,您需要一些静态节点,从功率角度来看,这些节点的约束较少。

BT-LE 是最广泛采用的协议。不幸的是,我认为您不能像使用节点一样重复使用手机(除非您完全依赖与协议的被动交互)。但是,提供此协议的 SoC 以及支持健身追踪器或耳机的足够外围设备很常见(并且在规范中有所改进)。

如果您查看具有 2.4 GHz 无线电的最新 SoC,您会发现它们通常不仅支持蓝牙(您只需配置正确的软件堆栈),因此值得研究一下,如果您可以使用不同的协议获得更好的结果(但随后您会面临需要向静态节点添加另一个无线电的惩罚)。您的用例似乎依赖于可靠的信号强度指示(假设不需要飞行时间精度)。

在此设计阶段,最重要的任务之一是为便携式设备制定功率预算和充电配置文件。这将对睡眠状况和传输频率产生影响。您可能想要使用加速度计来调整传输速率(因为无线电传输可能需要更多的能量,而不仅仅是轮询以检查运动)。

Snake 的回答中未列出的一种协议是 433MHz/868MHz/915MHz 的无线电模块,其中之一将覆盖您所在国家/地区的业余爱好/研究频段,并可用于创建低功率节点。RFM69 和 NRF24L01+。

https://www.mysensors.org/已将它们放入一个带有协议和网关的网络设置中,所有这些都是开源的,与一系列现有控制器对话,并在传感器/节点和控制器端提供大量开发机会。

我会看看一些具有集成协议的 Nordic SoC 解决方案。这是拥有一个可以让您测试不同场景的芯片的好方法,Nordic 在一个芯片组中拥有具有大多数常见协议(蓝牙、WiFi、IEEE、ANT 等)的 SoC。

我将从蓝牙开始,它是最简单、最通用的恕我直言解决方案。虽然我不确定本地三角测量,但对于您的要求似乎有点过分,也许可以查看蓝牙信标。