Cu Android@Home, NFC şi 6LoWPAN Google doreşte să cucerească şi căminul după Internet şi telefonia mobilă. Prin migrare smartphone-ul şi tableta devin terminalul de operare pentru televizor, maşina de spălat şi încălzire. Ideea „Smart Home” nu este chiar nouă, dar va primi cu siguranţă un avânt nou cu anunţul de la Google. Reţelele de comunicaţie joacă rolul central în schimbare.
Cel mai des menţionat exemplu pentru aplicaţia Smart Home este frigiderul care generează automat lista de cumpărături. Până în ziua de astăzi nu a devenit realitate. În schimb există alte scenarii de aplicaţii care promit un mare potenţial. Se aseamănă cu jocurile video realiste în care se comandă aproximativ lumina spaţiului sincron cu întâmplări de joc de la comenzi inteligente pentru economisirea energiei până la aplicaţii pentru locuinţe asistate (Ambient Assisted Living) şi pentru telemedicină. Toate se bazează în principiu pe aceeaşi structură care urmează să fie ilustrată în exemplul unei maşini de spălat.
Pentru a integra maşina de spălat într-un Smart Home System şi a putea comanda şi interoga astfel de la distanţă, aceasta trebuie să dispună de senzori care să înregistreze stadiile de funcţionare. Astfel se poate constata cu ajutorul unui cleşte de curent la cablul de reţea dacă este prezent curentul. Dacă intensitatea curentului este determinată, atunci aceasta poate fi alocată stadiilor de funcţionare (alimentare apă, încălzire, centrifugare, pompare). Senzorii de vibraţii şi acustice fac şi mai sensibilă determinarea.
Pentru aceasta se recomandă un MCU 32-Biţi care economiseşte energie cu Transceiver integrat, care dispune de multiple intrări şi ieşiri şi susţine un pachet de protocoale de transmitere.
“Este raţional să pui în aplicare la un astfel de concept pe cât posibil instrumente şi programe bazate pe Open Source”, explică Harald Naumann, Field Application Engineer Wireless la Rutronik. “Pentru că mereu s-a demonstrat că programele deschise la sursă s-au impus şi au devenit fundaţia unui standard. Aceasta poate fi şi la Home Automation cheia problemei: Un standard de referinţă pentru toate aparatele, astfel încât acestea să poată comunica între ele şi utilizatorul să le poată comanda printr-un singur aparat şi să primească toate informaţiile legate de starea lor pe o interfaţă de operare. Android@Home este un prim pas în direcţia corectă. În sfârşit accesoriile pentru smartphone sunt fără licenţă. La sfârşitul anului ar trebui să stea la dispoziţie şi un pachet 6LoWPAN-Stack de la Google ca Open Source. Pentru toţi cei care nu doresc să aştepte atât de mult sau să mizeze pe Google, sunt disponibile totuşi suficiente alternative.”
O posibilitate interesantă oferă STM32W. Acest microcontroler capabil de radiocomunicaţie se bazează pe un ARM Cortex M3 Core 32-bit şi dispune de un Transceiver integrat 2,4 GHz IEEE802.15.4. Astfel este indicat pentru ZigBee, RF4CE, Contiki 6LoWPAN şi alte protocoale de reţea, care au ca standard de referinţă IEEE802.15.4. “Deosebit de interesant este 6LoWPAN, deoarece nu necesită licenţă şi descrierea protocolului este accesibilă oricui”, conform Naumann. Protocolul se bazează pe IPv6 şi a fost conceput cu scopul de a face posibilă integrarea şi cu un consum de energie redus în reţelele existente a reţelelor de zonă personală PANs (Personal Area Networks) fără fir. Şi sistemul de operare Open Source Contiki este optimizat pentru un consum de energie cât se poate de redus. Cine doreşte să testeze diferenţa dintre 6LoWPAN la 2,4GHz şi 6LoWPAN la 868/915MHz, ar trebui să-şi procure un kit de evaluare cu STM32W la 2,4GHz şi un kit cu ZWIR4512 868/915MHz. Amândouă modulele pot fi programate liber.
Cine doreşte un protocol de radiocomunicaţie propriu, eventual mai suplu, se poate întoarce la un Transceiver MRF89XA de la Microchip. Acest eficient Transceiver multicanal lucrează în benzile de frecvenţă fără licenţă ISM de 863-870MHz şi în banda de frecvenţă de 900MHz. Un exemplu bun de utilizare sunt avertizoarele de fum, care sunt alimentate cu baterii şi care în cazul unui incendiu transmit alarma prin intermediul unui modul GSM în Master. Cine doreşte redundanţă transmite mesajul de alarmă şi către USB-Dongle la Router. Router-ul dar şi modulul GSM transmit mesajul mai departe către centrala de alarmare.
Reţelele sociale ca interfaţă de utilizare
Descrierea de proces următoare cu exemplul unei maşini de spălat a fost deja testată pe teren cu o staţie meteo, care “twitter-eşte”. Cu STM32W maşina de spălat bazată IP comunică conform noului standard IPv6 şi poate face schimb de date cu toate aparatele bazate IP – fie smartphone, tabletă, un notebook mai vechi sau telefon mobil cu browser web. Pentru aceasta STM32W transmite un UDP/IP la un Gateway la Router. Router ajunge la UDP/IP mai departe la Server, care generează un e-mail. Aceasta poate fi transmisă apoi către un serviciu gratuit de blog cum ar fi Posterous (www.posterous.com) sau Wordpress (de.wordpress.com).
Pentru Wordpress există o interfaţă programabilă (API), care trimite datele automat către Twitter. Posterous permite o mai mare flexibilitate. Aici se poate indica exact prin cuvinte de comandă ce mesaj, când şi către cine a fost transmis. În afară de aceasta Posterous acceptă multe formate de pe căi diferite. În acest caz Cronejob va transmite la Server un E-Mail lui Posterous, care trimite mai departe per e-mail postare pe blog către API de Twitter.
“Avantajul lui Twitter este că stau la dispoziţie clienţii gratuiţi pentru Apple OS, Android, Windows, Linux şi chiar RIM şi practic susţin toate terminalele Twitter”, explică Naumann. “Şi mai confortabilă va fi pe viitor utilizarea cu Google+, de îndată ce va fi la dispoziţie API adecvat pentru aceasta.”
Noua reţea socială de la Google se diferenţiază faţă de Facebook, deoarece utilizatorii pot crea grupe de participanţi. Aşa ar putea un cerc cu numele “My Personal Machines” să indice stările fiecărui aparat casnic. Poate fi astfel setat ca mesajele să poată fi văzute exclusiv de locatarii casei. Pe lângă aceasta sunt posibile şi cercuri deschise, de exemplu pentru datele staţiei meteorologice. Acestea pot fi apelate automat de orice interesat fără ca pentru aceasta să fie obligatoriu “prieten” ca la Facebook. Dacă se intenţionează un Broadcasting către mulţi participanţi, se oferă serviciul de mesagerie nou şi gratuit Messaging Service de la Google conceput pentru Android. Acest serviciu comandă mai departe mesajul prin IP la Android-Smartphones. Pentru această sarcină poate fi utilizat gratuit Google Engine.
La alegere multe protocoale
În acest mod pot fi dotate pentru o reţea Smart Home toate aparatele casnice existente. Astfel, maşini noi inteligente se pot combina cu aparate mai vechi. Dacă este incorporat într-un aparat un microcontroler, cum ar fi STM32W sau alimentat cu tensiune permanentă, el poate servi şi ca Router pe lângă aceasta pentru alte module 6LoWPAN precum şi ca Bridge către Bluetooth Low Energy sau “Gazell”, protocolul de la Nordic Semiconductor. Gazell stă la dispoziţie gratuit. Protocolul Nordic se regăseşte printre altele în multe tastaturi şi mouse-uri prin radio comunicare pentru PC şi funcţionează pe IC-urile din seria nRF24LE1. Pentru această gamă constructivă există, precum şi pentru STM32W, module de radiocomunicaţie omologate complete, cu un raport preţ calitate corect. nRF24LE1 dispune de un derivat 8051, care procesează în cadrul unei secvenţe a unei comenzi. Cine se fereşte de costurile pentru Keil-Compiler, poate apela la Small-Device-C-Complier. nRF24LE1 lucrează de asemenea la 2400MHz. Cine alege în locul unui astfel de protocol rezervat mai degrabă decât un standard poate apela la nRF8001 de la Nordic Semiconductor. Combinat cu modulele PAN1720 de la Panasonic este posibil de a monta simplu o reţea fără fir pe corp sau la bicicletă pentru aplicaţii din domeniile sport, medicină şi Ambient Assisted Living.
nRF8001 sprijină Bluetooth Low Energy, al cărui mare avantaj este faptul că este incorporat practic în toate noile smartphone-uri, laptop-uri şi PDA-uri.
Cel mai repede se ajunge la ţel cu modulele WiFi sau ICs de la Redpine Signal. Modulul Single Stream 802.11n al familiei Connect-io-n de la Redpine conţine toate funcţionalităţile pe care le solicită un client WLAN, şi completează soluţiile Embedded precum şi conectivitatea WiFi. Unele module Connct-io-n conţin în plus un pachet complet Networking Stack, care facilitează legătura cu numeroasele sisteme existente integrate, fără să le solicite microcontrolerul. Şi pentru sisteme de operare de versiuni mai înalte cum ar fi de ex. Windows (CE 5.0, Embedded 6.0, XP, Seven, Embedded Compact 7 (de la Q1/12)), Linux sau Android (de la Froyo 2.2) sunt disponibile drivere. Modulele de la Redpine susţin Standardul N sub WiFi, care consumă mai puţin curent decât Standardul G.
“Preferatul meu este Android @Home-Board de la Microchip cu Redfly WiFi-Adapterboard pe baza Redpine”, spune Harald Naumann. “Deoarece cu această combinaţie se plesnesc două muşte cu o lovitură: Android@Home-Board dispune de driver USB ca Host pentru Android. Prin aceasta pot utilizatorii să conecteze fără licenţă telefonul Smartphone sau tableta lor Android. Astfel se integrează taster, potenţiometru şi LED pe placa electronică cu aparatul final. Singura premiză este să fie instalat Android 2.3.4, Android 3.1 sau o versiune mai înaltă. Android 4.0 sprijină atunci atât clasicul Bluetooth cât şi Bluetooth Low Energy. Prin aceasta Android@Home devine fără fir.”
Pe lângă tehnologiile de radiocomunicaţie respectiv protocoale, pot fi utilizate pentru Smart Home şi aplicaţiile GSM, GPRS, UMTS, respectiv 3G. Aceste tehnici celulare se recomandă atunci când în locul unui router DSL în casă este introdus în folosinţă un Smart-Home-Gateway la telefonia mobilă. Multitudinea protocoalelor şi specificul diverselor aparate ce ar urma să fie integrate într-un astfel de Smart Home transformă punerea în aplicaţie într-un proces complex. Distribuitorii cu experienţa lor din multe proiecte cu clienţi şi cu o perspectivă neutră faţă de producători oferă aici un suport valoros. Dacă clienţii dispun de un Wireless Competence Center propriu, la fel ca şi Rutronik de exemplu, pot fi siguri de o consiliere fondată şi competentă. În plus, Rutronik oferă componente pentru întregul portofoliu de tehnologii şi protocoale precum şi toate componentele suplimentare pentru căminul smart al viitorului.
www.rutronik.com
Autor:
Harald Naumann
Field Application Engineer Wireless
Rutronik