Qual protocolo devo usar para dispositivos de automação em um ambiente doméstico?

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Eu tenho um projeto para automatizar as coisas em uma casa. Sou desenvolvedor, mas iniciante em eletrônica e IoT.

O que devo usar para me comunicar sem fio? Wi-Fi, Bluetooth ... Onde devo procurar?

Preciso de uma solução barata, de baixo consumo e minúscula , por exemplo, fazer um interruptor de luz sem fio extra ou, tentar fazer coisas como triangularização local com um bracelete de circuito integrado dos meus companheiros de casa (não há prisioneiros! A casa é grande e é para ter um "modo tocha" - as luzes seguem você, para economizar energia)

Também cultivamos alimentos (cogumelos), para que a otimização possa ser feita em culturas no futuro. Também quero abrir / fechar algumas portas.

Ele deve ser modular para que uma API no final possa ser legal.

Um circuito integrado com Bluetooth na IoT é centralizado pelo Raspberry Pi (servidor) e controlável por Wi-Fi (ou diretamente por Bluetooth), uma coisa boa de se olhar? o que estou perdendo?

smart-home wireless

— Morpheus
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Definitivamente, não o wifi, devido à preocupação com a energia, possível baixa energia do bluetooth, embora haja alguns defeitos de design nas especificações, principalmente no que diz respeito ao compartilhamento, possivelmente algum esquema personalizado entre chips de rádio / MCU de 2,4 GHz, projetados para atender às suas necessidades. O uso do BTLE literalmente faz mais sentido se você precisar se comunicar com os dispositivos existentes, principalmente os telefones.

— Chris Stratton

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Para se comunicar com telefones, e se eu não fizer isso diretamente, mas manipular os dados do esquema personalizado em um PI de framboesa, por exemplo, e executar meu servidor com um serviço da web para o telefone / aplicativos? Você tem alguma boa fonte para aprender sobre o esquema personalizado etc?

— Morpheus

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Então você pode implementar algo personalizado nas duas extremidades. Lembre-se de que os pi são frágeis devido à dependência de um cartão SD que não gosta de perda de energia em tempo oportuno.

— Chris Stratton

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Não sei de onde você tirou a ideia de que 2,4 GHz é caro, pois isso é errado. Os transceptores custam apenas um dólar, em quantidade única. No entanto, 25 m pode ser menos confiável para muitos mecanismos sem licença, pelo menos se houver paredes ou outras fontes de ruído. Algo como o LoRa foi projetado para percorrer distâncias (muito) mais longas com baixa potência, mas existem limites muito mais baixos na taxa e na quantidade geral de dados que você pode colocar nele.

— Chris Stratton

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Não tenho certeza de que haja algo disponível, mas a idéia do BT-LE apoiada por nós conectados por wifi para obter o alcance parece sensata.

— Sean Houlihane

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Aqui você tem uma boa lista de 11 protocolos de IoT que você precisa conhecer.

Aqui está um resumo, caso o link um dia seja quebrado

Padrão Bluetooth : especificação do núcleo Bluetooth 4.2 Frequência: 2.4GHz (ISM) Faixa: 50-150m (Smart / BLE) Taxas de dados: 1Mbps (Smart / BLE)

Padrão Zigbee : ZigBee 3.0 baseado em IEEE802.15.4 Frequência: 2.4GHz Faixa: 10-100m Taxas de dados: 250kbps

Z-Wave Standard: Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959 Freqüência: 900MHz (ISM) Faixa: 30m Data Rates: 9.6 / 40 / 100kbit / s

6LowPAN Standard: RFC6282 Frequência: (adaptado e usado em uma variedade de outras mídias de rede, incluindo Bluetooth Smart (2,4 GHz) ou ZigBee ou RF de baixa potência (sub-1 GHz) Faixa: N / A Taxas de dados: N / A

Padrão da thread : Thread, baseado nas frequências IEEE802.15.4 e 6LowPAN: 2.4GHz (ISM) Faixa: N / A Taxas de dados: N / A

Padrão WiFi : Baseado em 802.11n (uso mais comum em residências hoje em dia) Frequências: bandas de 2.4GHz e 5GHz Faixa: Aproximadamente 50m Taxas de dados: 600 Mbps no máximo, mas 150-200Mbps é mais típico, dependendo da frequência de canal usada e do número de antenas (o padrão 802.11-ac mais recente deve oferecer de 500 Mbps a 1 Gbps)

Padrão de celular : GSM / GPRS / EDGE (2G), UMTS / HSPA (3G), LTE (4G) Frequências: 900/1800/1900 / 2100MHz Faixa: 35 km no máximo para GSM; 200 km no máximo para taxas de dados HSPA (download típico): 35-170kps (GPRS), 120-384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps (HSPA), 3-10Mbps (LTE)

Padrão NFC : ISO / IEC 18000-3 Frequência: 13.56MHz (ISM) Faixa: 10cm Taxas de dados: 100–420kbps

Padrão Sigfox : Sigfox Frequência: 900MHz Faixa: 30-50km (ambientes rurais), 3-10km (ambientes urbanos) Taxas de dados: 10-1000bps

Padrão Neul : Freqüência Neul: 900MHz (ISM), 458MHz (Reino Unido), 470-790MHz (espaço em branco) Faixa: 10km Taxas de dados: Poucos bps até 100kbps

LoRaWAN Padrão: LoRaWAN Freqüência: Vários Faixa: 2-5 km (ambiente urbano), 15 km (ambiente suburbano) Taxas de dados: 0,3-50 kbps.

Apenas considere isso:

Quanto maior a distância que você deseja percorrer com o sinal, mais consumo de energia será necessário.
Quanto maior a taxa de dados necessária, maior a frequência e, portanto, mais consumo de energia.

Então, sugiro optar por um protocolo de baixa frequência; O ZigBee funciona muito bem, consome muito baixo e é bastante popular. A única desvantagem é que o Raspberry Pi não inclui um transmissor ZigBee; pode ser necessário um adfruit extra.

— Snake Sanders
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Esta é uma boa lista, seria bom manter isso atualizado. Algumas coisas que eu acrescentaria; Bluetooth 5 (taxa de dados e alterações de alcance) e recursos de malha, o LoRa pode subir até 300 kbps (esses são os módulos que eu já vi, mas acho que existem alguns que podem ir ainda mais).

— Dicobraz

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Referindo-se à lista de protocolos fornecida na resposta de Snake, parece que você precisa de um protocolo com alcance de 20 a 100 m, bom desempenho de baixa potência (idealmente passivo, mas não conheço nenhuma solução) e não muita largura de banda para a parte transportada. Além disso, você precisa de alguns nós estáticos que podem ser menos restritos a partir de uma perspectiva de energia.

O BT-LE é o protocolo mais amplamente adotado. Infelizmente, acho que você não pode reutilizar um telefone celular da mesma maneira que usaria um nó (a menos que confie em interações puramente passivas com o protocolo). No entanto, os SoCs que fornecem esse protocolo, além de periféricos suficientes para permitir um rastreador de fitness ou fones de ouvido, são comuns (e melhoram as especificações).

Se você olhar para os SoCs mais recentes com um rádio de 2,4 GHz, verá que eles geralmente suportam mais do que apenas Bluetooth (basta configurar a pilha de software correta); portanto, vale a pena investigar se você pode obter melhores resultados com um protocolo diferente ( mas você tem a pena de adicionar outro rádio aos seus nós estáticos). Seu caso de uso parece contar com uma indicação confiável da intensidade do sinal (assumindo que a precisão do tempo de voo não seja necessária).

Uma das tarefas mais importantes nesta fase do design é elaborar um orçamento de energia e um perfil de carregamento para o dispositivo portátil. Isso afetará os perfis de sono e as frequências de transmissão. Você provavelmente deseja usar um acelerômetro para adaptar a taxa de transmissão (já que o rádio provavelmente precisará de mais energia para transmitir do que apenas pesquisar para verificar se há movimento).

— Sean Houlihane
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Um protocolo não listado na resposta da Snake são os módulos de rádio para 433MHz / 868MHz / 915MHz, um dos quais cobrirá a faixa de hobby / pesquisa em seu país e pode ser usado para criar nós de baixa potência. RFM69 e NRF24L01 +.

https://www.mysensors.org/ os colocou em uma configuração de rede com protocolo e gateways, todos de código aberto, que falam com uma variedade de controladores existentes e oferecem muitas oportunidades de desenvolvimento nas extremidades do sensor / nó e controlador.

— Geoff
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Eu examinaria algumas das soluções da Nordic SoC que possuem protocolos integrados. É uma boa maneira de ter um chip que permita testar diferentes cenários. O Nordic possui SoCs com a maioria dos protocolos comuns (Bluetooth, WiFi, IEEE, ANT etc.) em um chipset.

Eu começaria com o Bluetooth, a solução IMHO mais simples e versátil. Embora eu não tenha certeza sobre a triangulação local, pareça um exagero para seus requisitos, talvez veja os sinalizadores Bluetooth.

— dicobraz
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