Módulos de IoT (WiFi/Bluetooth); Clase de antena:PCB
(62)Los dispositivos IoT (Internet of Things) por definición, son circuitos electrónicos con funcionalidad de comunicación. En la gran mayoría de los casos, usarán transmisión inalámbrica de datos, generalmente usando estándares globales como WiFi o Bluetooth. Para que la implementación de tales soluciones funcione sin problemas, casi siempre se utilizan sistemas listos para usar. Esto se debe a que su diseño requiere pruebas exhaustivas y una arquitectura específica: el uso de un módulo de comunicación preparado por un fabricante especializado es simplemente la solución más económica y efectiva. Echemos un vistazo a la oferta y las características de dichos módulos.
Selección y tipos de módulos de comunicación
La división principal de los módulos de comunicación se puede realizar teniendo en cuenta los estándares que soportan o según sus capacidades de programación. La primera característica es obvia: se trata de a qué tecnologías se ha adaptado el producto. El segundo está relacionado con la construcción del módulo. Dado que la transmisión de datos estable y segura requiere una potencia informática relativamente alta, muchos sistemas la utilizan microcontroladores o sistemas SoC (System on Chip), que pueden funcionar de forma independiente o incluso controlar el funcionamiento de todo el circuito. En tales casos, el módulo de comunicación se convierte en la plataforma sobre la que se diseña todo el dispositivo. Esto se traduce en simplificar la etapa de creación de prototipos y construcción, acelerar la producción y, a menudo, también reducir sus costes.
Características importantes de los módulos de comunicación
Al elegir un módulo para una aplicación, primero debe decidir el método de comunicación que mejor se adapte a las necesidades del proyecto; en el caso de los dispositivos IoT en el campo de la electrónica industrial y de consumo, los estándares Bluetooth y WiFi son los más habituales. consideró. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no se trata de tecnologías homogéneas.
Estándares Bluetooth
Bluetooth es una tecnología de comunicación inalámbrica y funciona en frecuencias ISM abiertas (del inglés:industrial, scientific, and medical). En las sucesivas versiones de Bluetooth (2.0, 3.0, hasta las iteraciones 5.x actualmente desarrolladas) tienen en cuenta las funcionalidades requeridas por un grupo cada vez más amplio de dispositivos: en un principio, se trataba de pequeños accesorios para ordenadores y teléfonos móviles (ratones, auriculares), mientras que a veces era posible construir sistemas de comunicación más complejos, transferencia de datos más rápida, cooperación de más dispositivos, soporte para redes de topología mesh (también se ha ampliado el alcance máximo, se ha mejorado la detección de periféricos y se ha mejorado la seguridad de las comunicaciones). Quizás el cambio más importante de la última década ha sido la proliferación del protocolo Bluetooth Low Energy (compatible con las versiones 4.0 y superiores).
El protocolo Bluetooth Low Energy (Bluetooth BLE) utiliza una modulación más simple y, como sugiere su nombre, fue desarrollado para la construcción de dispositivos de ahorro de energía, principalmente alimentados por batería. Su especificación define una serie de perfiles, cada uno de los cuales está dedicado a un tipo específico de dispositivo (navegación GPS, tensiómetros, básculas, HID, es decir Human Interface Device etc.). En la práctica el perfil más utilizado es GATT, Generic Attribute Profile, que se basa en un árbol de servicios (services) y sus atributos. El perfil define métodos transparentes de lectura y modificación de los valores colocados en los atributos. Desempeñan un papel similar a los registros del procesador: simplemente se utilizan para operar el dispositivo (cambiar su configuración, intercambiar datos, etc.).
Versiones WiFi
WiFi pertenece al conjunto de estándares IEEE 802.11 y define los protocolos de red inalámbrica en cuanto a su capa física y subcapa de enlace de datos. En la práctica, esto significa que las sucesivas versiones WiFi definen aspectos clave de la comunicación: frecuencias, número y ancho de los canales de transmisión, velocidad máxima, etc. Las sucesivas versiones WiFi están marcadas con letras que designan el estándar IEEE relevante: WiFi 1 es la letra b, 2 - a, 3 - g, 4 - n, 5 - ac, 6 - ax. Las versiones son compatibles con versiones anteriores y la comunicación se realiza en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz.
Dado que WiFi se utiliza para conectarse a Internet, o al menos a una red local, los módulos de comunicación que admiten este protocolo brindan a los diseñadores acceso a transmisión rápida de datos, así como una amplia adaptabilidad. La capa de aplicación que se utilizará (HTTP, FTP, SSH, TLS/SSL, etc.) depende solo del software que controla el módulo.
Cifrado y seguridad
Dado que la comunicación inalámbrica puede ser monitoreada por personas no autorizadas, los datos enviados deben estar protegidos. Métodos de encriptación de información (sobre todo AES se basan en operaciones matemáticas complejas. Su soporte de software a un alto nivel sería ineficaz (por ejemplo, consumiría una parte significativa de la potencia de cálculo del microcontrolador que controla el dispositivo), por lo que circuitos cuyo único propósito es cifrar y descifrar información se implementan en la comunicación. módulos. Esto se traduce en una mayor seguridad (porque las claves de cifrado están soportadas por hardware y son invisibles para el software) y una comunicación más rápida (los cálculos necesarios son realizados por sistemas diseñados específicamente para este propósito específico).
Interfaz
Los módulos de comunicación utilizan diferentes interfaces seriales para garantizar una comunicación eficiente con la unidad de control. Aquí se utilizan los estándares más populares utilizados en dispositivos electrónicos (I2C, SPI etc.). En el caso de productos basados en microcontroladores que pueden funcionar de forma autónoma (controlar el funcionamiento de todo el dispositivo), como la popular serie ESP32, la especificación especifica no solo los protocolos utilizados para controlar el módulo, sino también otros puertos de entrada/salidas compatibles con el sistema dado. Estos pueden ser, por ejemplo, buses USB, interfaces GPIO, e incluso convertidores A/C. Lo mismo se aplica a los módulos que soportan la transmisión inalámbrica de audio: aquí las características incluirán salida del convertidor D/A (al amplificador de audio) o I2S.
Antenas y salidas de antena
La mayoría de los módulos tienen antenas integradas realizadas en forma de elementos SMD o pistas en PCB. La comunicación en frecuencias de 2,4/5 GHz permite el uso de radiadores compactos. Sin embargo, los diseñadores a menudo optan por utilizar una antena interna. Esto puede resultar de la necesidad de aumentar el rango del módulo o ser dictado por consideraciones de diseño. Por ejemplo: un sensor IoT que trabaja en el campo se puede colocar en una carcasa que proteja las ondas electromagnéticas; en este caso, el diseño debe tener en cuenta la posibilidad de llevar la antena fuera del corpus.
Otras características esenciales
La especificación de cada módulo de comunicación incluye información clave sobre su funcionamiento. En primer lugar, describen cuestiones elementales (tensión de alimentación, dimensiones, tolerancia térmica, métodos de montaje, carcasa), pero también se deben tener en cuenta otros datos a la hora de seleccionar el módulo. Las características importantes pueden incluir la potencia del transmisor y la sensibilidad del receptor (dadas en dBm, es decir, una escala logarítmica que describe la potencia en mW), así como la velocidad de transmisión (generalmente no coincide con la velocidad máxima indicada en una determinada norma). Al considerar el uso de módulos autónomos equipados con microcontroladores programables, vale la pena tener en cuenta la arquitectura del sistema dado, así como la capacidad de la memoria incorporada y Flash: en el caso de dispositivos más complejos, por ejemplo, puede resultar que estos parámetros limiten significativamente las posibilidades de diseño. Finalmente: en algunas aplicaciones un parámetro muy importante de los módulos de comunicación es su consumo de energía. Este será el caso de los circuitos alimentados por baterías, acumuladores o que extraen energía de fuentes renovables (por ejemplo, una célula fotovoltaica). Esta característica se suele dar en el formato TX/RX, es decir, comparando los valores de la corriente requerida para (respectivamente): transmisión y recepción de datos. El último número, por supuesto, será menor, pero tenga en cuenta que, en la práctica, la comunicación Bluetooth y WiFi siempre es bidireccional.
Clase de antenaPCB
Almacén:
