Blooz Module

چیزها در انتظار اینترنت؛ بلوز شما را متصل می‌کند

اینترنت اشیا (IoT) یکی از مباحث داغ این روزها در حوزه‌ی تکنولوژی است. متصل شدن انواع دستگاه‌ها و اشیا پیرامون ما به ایتنرنت ممکن است تمام ابعاد زندگی ما را تحت تاثیر قرار دهد. روزی خواهد آمد که لباس بر تن‌مان، به صورت لحظه‌ای وضعیت جسمانی ما را برای سرورهایی که مراقب سلامتی ما هستند ارسال می‌کنند.

گجت‌های سلامتی، وسایلی که می‌توانند زندگی را برای ما راحت‌تر کنند و هر چیزی که در کنارمان می‌بینیم این پتانسیل را دارند که به اینترنت متصل شوند. اشیای متصل، به این معنی است که اشیا خودشان روزی خواهند توانست با یکدیگر صحبت کنند و بدون نیاز به وجود یک انسان تصمیماتی بگیرند و کارهایی را به انجام برسانند. از منظر مهندسی، سامانه‌ی اشیای متصل به اینترنت دارای چند لایه است:

۱- لایه‌ای که معمولا لایه‌ی فیزیکی خوانده می‌شود و دنیای واقعی را به دنیای دیجیتال متصل می‌کند. به عنوان مثال یک سنسور دمای دیجیتال به همراه یک میکروپروسسور می‌تواند چنین کاری را به عهده بگیرد. سنسور، دما را که یک متغیر فیزیکی است تبدیل به مشخصه‌ای الکتریکی می‌کند و میکروپروسسور نیز این مشخصه‌ی الکتریکی را به داده‌های دیجیتال قابل فهم برای بستر اینترنت تبدیل میکند. به طور کلاسیک این لایه را اینترفیس نیز می‌نامند.

۲- لایه‌ی اتصال به شبکه؛ یکی از مهم‌ترین قسمت‌های اینترنت اشیا همین قسمت است. اینکه چگونه لایه‌ی فیزیکی را به سرورهای مستقر در اینترنت (یا هر موجود دیگر در شبکه‌ی اینترنت!) متصل کنیم. از منظر لایه‌ی فیزیکی در حال حاضر دو شکل از ارتباط وجود دارد. ارتباط از طریق شبکه‌های گسترده (WAN) و ارتباط از طریق شبکه‌های محلی (LAN) با اینترنت. در ارتباط گسترده شبکه‌هایی مانند شبکه‌ی تلفن همراه (به عنوان مثال استفاده از 3G) و شبکه‌های نوظهور مختص اینترنت اشیا مانند LoRa قابل استفاده هستند. البته در حال حاضر مشکلات پیاده‌سازی و همه‌گیر نبودن این تکنولوژی استفاده از این تکنولوژی‌ها را برای اینترنت اشیا فراگیر نکرده است. امروزه استفاده از شبکه‌های محلی رونق فراوان‌‌تری دارد. برای مثال در مورد خانه هوشمند که خود شکلی از اینترنت اشیاست، شبکه‌های ZigBee، Z-Wave و Bluetooth بسیار فراگیر هستند و تجهیزات بسیاری مبتنی بر آن‌ها ساخته شده است. محصولی هم که در ادامه معرفی خواهم کرد در همین دسته‌ی شبکه‌های محلی قرار می‌گیرد.

 ۳- مرکز داده و تحلیل که معمولا سرورهایی در داخل شبکه‌ی اینترنت می‌باشند.

شکلی از لایه های اینترنت اشیا

حدود سه سالی است که در شرکت هوش‌روان و پیش از آن همایه، بر روی توسعه‌ی محصولات خانه‌های هوشمند فعالیت کرده‌ایم. در هر سه لایه‌ای که پیش از این شرح دادم نیز محصولاتی را توسعه داده‌ایم. لایه‌ی اول تخصص مهندسین برق‌الکترونیک/کامپیوترسخت‌افزار، لایه‌ی دوم نیز مهارت مهندسین برق‌الکترونیک/کامپیوترسخت‌افزار را می‌طلبد (در سطوح کاربردی نه در سطوح طراحی فرایندهای مخابراتی) و لایه‌ی سوم نیز بلامنازع در اختیار مهندسین کامپیوتر‌نرم‌افزار است. همین تنوع لایه‌ها و تخصص‌هایی که برای راه‌اندازی یک راه‌حل مبتنی بر اینترنت اشیا مورد نیاز است باعث شده تا توسعه‌ی این محصولات دشوار و پرهزینه گردد.

در سال‌های اخیر ارایه‌ی انواع ماژول‌ها، فرایند توسعه برای  هر یک از این سه لایه را خیلی راحت‌تر از گذشته کرده است. RasperPi یکی از همین ماژول‌هاست. Pi دنیای فیزیکی را برای شما به دنیای دیجیتال می‌آورد و شما با کمی دانش برنامه‌نویسی می‌توانید به پیاده‌سازی محصول مورد نظرتان بپردازید.

RasperiPi Board
نمونه‌ای از بردهای رسپری‌پای

با مطرح شدن اینترنت اشیا، ماژول‌های اتصال به شبکه، به ویژه شبکه‌های محلی نظیر WiFi، Bluetooth و امثالهم نیز گسترش بسیاری یافتند. اگرچه شبکه‌های باسیم همچنان موجود و قابل استفاده برای اینترنت اشیا می‌باشند، اما به دلیل مشکلاتی که دارند تقریبا می‌توان گفت زمانی که بحث از اینترنت اشیا می‌شود، اتصالات بی‌سیم مد نظر می‌باشند. ماژول‌های اتصال به شبکه‌ای (شبکه‌های محلی) که امروزه در IoT بسیار پرکاربرد هستند و البته یه صورت بی‌سیم کار می‌کنند را می‌توان در دسته‌های زیر جای داد:

۱- شبکه‌های Sub GHz، که منظور ماژول‌هایی با فرکانس کمتر از یک گیگاهرتز می‌باشد. در حال حاضر شبکه‌های ۹۰۰ مگاهرتز و ۴۳۳ مگاهرتز طرفداران بیش‌تری دارد. ماژول CC1101 یکی از همین موارد است. از مزایای این دسته محصولات، نفوذ بالا در اجسام و در نتیجه برد بیشتر نسبت به فرکانس‌های بالاتر در یک توان مساوی است. از معایب آن‌ها نیز می‌توان به محدودیت‌های برخی کشورها در استفاده از این بازه‌های فرکانسی اشاره نمود که در نهایت باعث شده است استانداردی فراگیر برای شبکه‌های مبتنی بر این فرکانس ایجاد نشده باشد. البته پروتکل‌هایی مبتنی بر این فرکانس‌ها تعریف شده است اما آنطوز که باید و شاید، مطرح نیستند. یکی از مسکلات این فرکانس‌های کاری، پهنای باند کمتر است که البته به نظرم در بحث اینترنت اشیا چندان ضروری نیست.

CC1101 Module
ماژول مبتنی بر آی‌سی تی‌آی

۲- شبکه‌ی Z-Wave، این شبکه مختص خانه‌ی هوشمند طراحی شده است. تکنولوژی آن هم انحصارا در اختیار شرکت Sigma Design می‌باشد. به نظر می‌رسد این تکنولوژی در اروپا طرفداران بیش‌تری نسبت به دیگر مناطق دارد. از مزایای زی‌ویو منطبق بودن تمام پیاده‌سازی‌های این شبکه از یکدیگر است. به عنوان مثال می‌توانید قسمتی از تجهیزات خانه‌هوشمندتان را از یک کمپانی و قسمتی دیگر را از یک کمپانی دیگر تهیه کنید. چنانچه هر دو شرکت از ماژول‌های Z-Wave استفاده کرده باشند، هماهنگی این محصولات با یکدیگر تضمین شده است. البته ایرانی‌ها از سوی Z-Wave تحریم هستند و نمی‌توانند به صورت قانونی برپایه‌ی این استاندارد محصولی را توسعه دهند (الببته می‌توانند مصرف‌کننده این محصولات باشند).

Z-Wave Module
ماژول آماده به کار زی‌ویو
RasperPi Z-Wave Module
افزونه‌ی زی‌ویو برای رسپری

 ۳- شبکه‌ی وای‌فای؛ این شبکه در فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز کار می‌کند و یکی از قدیمی‌ترین نوع ارتباط بی‌سیم است. استانداردهای این شبکه برای تبادل داده با پهنای باند بالا بهینه‌سازی شده‌اند و در عمل توان مصرفی بالایی در مقایسه با دیگر محصولات دارند. از مزایای بسیار مهم این شبکه، هماهنگی با دستکاه‌های موجود به ویژه گوشی‌های هوشمند است. به راحتی با اضافه کردن یک ماژول وای‌فای به یک سخت‌افزار (لایه‌ی فیزیکی IoT) می‌توان آن را به بسترهای موجود اینترنت نظیر مودم‌های خانگی یا موبایل‌های هوشمند متصل نمود و شبکه‌ی اینترنت اشیا را ایجاد نمود. البته توان مصرفی بالای این شبکه و سربار زیادی که برای انتقال داده‌ها دارد، از پاشنه‌آشیل‌های این استاندارد است. امروزه ماژول‌های ارزان قیمتی برای اتصال به شبکه‌ی وای‌فای در بازار موجود است. به عنوان مثال می‌توان به ماژول‌های مبتنی بر آی‌سی ESP8266 اشاره نمود.

ESP8266 WiFi Module
یکی از ماژول‌های وا‌فای موجود در بازار

۳- شبکه‌ی ZigBee؛ پروتکل ZigBee سال‌ها پیش توسط انجمن ZigBee Alliance طراحی گردید. در سال‌های اخیر این پروتکل برای استفاده در کاربردهای خاص به ویژه اینترنت اشیا اختصاصی سازی شده است. از جمله‌ی این اختصاصی‌سازی‌ها می‌توان Home Automation و Lighting را نام برد. این شبکه نیز در فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز عمل می‌نماید (برخی از نسخه‌های عام منظوره برای فرکانس ۹۰۰ مگاهرتز نیز موجود است). اگرچه به مشابه Z-Wave سعی ZigBee بر آن بوده است تا محصولات کمپانی‌های مختلف که از این پروتکل استفاده می‌نمایند با هم مطابقت داشته باشد، اما درنهایت برخی ریزه‌کاری‌ها باعث شده است تا در عمل این اتفاق به صورت عام درست از آب درنیاید. زیگبی یک شبکه‌ی متن‌باز است و برخلاف Z-Wave که فقط دو شرکت آی‌سی‌های منطبق بر این پروتکل را توسعه می‌دهند، برای پروکل ZigBee انواع آی‌سی و پیاده‌سازی متفاوت وجود داشته باشد. و البته من ممنوعیتی از سوی ZigBee برای استفاده از این پروتکل توسط شرکت‌های ایرانی ندیدم. در کل به نظر خودم ZigBee آینده‌ی بهتری نسبت به رقیبش Z-Wave دارد و به نظر می‌رسد در آمریکا گوی سبقت را از آن گرفته باشد. از جمله شرکت‌هایی که چیپ‌های پشتیبانی کننده از ZigBee ساخته‌اند، می‌توان به TI و Atmel اشاره نمود. در بازار ایران هم می‌توان به انواع آن نظیر ماژول CC2530 دسترسی داشت.

CC2530 ZigBee Module
یک نمونه ماژول زیگبی

۴- دیگر شبکه‌ها!؛ ماژول‌ها و چیپ‌های بسیاری در دنیا برای توسعه‌ی محصولات بیسیم توسعه داده شده‌اند. صد البته نام بردن از تمام آن‌ها در اینجا میسر نیست. پس فقط این بند را بهانه‌ای میکنم برای معرفی یکی از ماژول‌های ارزان قیمت و کاربردی بیسیم به نام +NRF24L01. این ماژول به راحتی در بازار ایران قابل تهیه است و حتی سورس‌های استفاده از این ماژول نیز به راحتی در اینترنت پیدا می‌شود. با توجه به توان مصرفی پایین، این ماژول در بحث اینترنت اشیا می‌تواند مفید باشد.

NRF24L01 Module
ماژول بیسیم فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز

۵- بلوتوث؛ تمام این متن را نوشتم تا مقدمه‌ای باشد برای "بلوتوث". این تکنولوژی که تقریبا هم‌زمان با گوشی‌های موبایل به بازار عرضه گردید، امروزه به یکی از جدی‌ترین گزینه‌ها برای اتصال اشیا به اینترنت مطرح می‌باشد. نسخه‌ی قدیمی بلوتوث که امروزه تحت عنوان بلوتوث ۲ شناخته می‌شد، امروزه جای خود را به بلوتوث ۴ داده است که به نام  Bluetooth Smartشناخته می‌شود. یکی از ویژگی‌های بسیار عالی بلوتوث، موجود بودن آن در بسترهای فعلی به ویژه گوشی‌های هوشمند است. برخلاف پروتکل‌های دیگر نظیر ZigBee و Z-Wave که برای اتصال شبکه‌ی محلی اشیا به اینترنت، نیاز به یک Gateway می‌باشد (Gateway وسیله‌ای است که یک پروتکل ارتباطی را به یک یک پروتکل ارتباطی دیگر تبدیل می‌نماید، برای مثال ارتباط ZigBee به WiFi جهت اتصال به اینترنت از طریق TCP/IP)، در شبکه‌ی بلوتوث به دلیل پشتیبانی گوشی‌های هوشمند، می‌توان از خود گوشی‌ها به عنوان رابط اشیای بلوتوثی به اینترنت بهره برد. فراموش نکنید که گوشی‌های هوشمند یکی از عناصر بسیار مهم در ایتنرنت اشیا هستند و به هر حال در این شبکه حضور دارند! پس اگر بتوان از امکانات داخلی آن‌ها استفاده نمود، هزینه‌های توسعه و استفاده می‌تواند به شدت کاهش یابد. به لطف همین گوشی‌های هوشمند، سورس‌های فراوانی نیز برای استفاده از بلوتوث به صورت متن باز وجود دارد. تمام این موارد (که بیشتر به مهندسین نرم‌افزار مربوط است) بعلاوه‌ی توان مصرفی بسیار پایین بلوتوث ۴ باعث شده است تا Bluetooth Smart گزینه‌ای بسیار عالی برای اتصال اشیا به اینترنت و محیط پیرامونشان باشد. اگر علاقه‌مند باشید می‌توانید به مباحث iBeacon و Eddystone هم نگاهی بیندازید تا ببینید کاربرد بلوتوث تا چه حد گسترش یافته است.

Bluetooth Smart Logo
لوگوی بلوتوث اسمارت

 همین ویژگی‌ها بود که باعث شد تا بلوتوث را به عنوان پروتکل ارتباطی محصول خانه هوشمندمان انتخاب کنیم. روزهای اول، سعی کردم تا ماژولی برای ارتباط بلوتوثی پیدا کنم. برای آنکه خیالم از کارکرد دستگاه راحت باشد، تقریبا تمام ماژول‌های بلوتوث ۴ که در بازار ایران در دسترس بود، تهیه کردم؛ و داستان از همینجا شروع شد! اولین ماژول که ارزان‌ترین‌شان هم بود فقط مستند چینی داشت!! یک روز تمام وقت گذاشتم تا با کمک گوگل این مستند را  به نسخه‌ای انگلیسی ترجمه کردم. اما در پایان هیچ چیز نصیبم نشد. ماژول از استاندارد AT برای ارتباط با لایه‌ی فیزیکی استفاده می‌کرد اما هیچ پاسخی به لایه‌ی فیزیکی من نمیداد.

Cheap CC2540 Module
ماژول ارزان قیمت چینی

بعد از ماژول ارزان قیمت چینی، دو ماژول دیگر را هم امتحان کردم. اولی را می‌توانید در این لینک و دومی را هم در این لینک ببینید. اما این موارد هم به خوبی کار نمی‌کردند و هر کدام مشکلات خاص خودش را داشت. حتی استفاده از ماژول بلوتوث شرکت دورجی هم که قبلا محصولات باکیفیتی از آنها خریده بودم، دردی را دوا نکرد. اگرچه این ماژول حداقل مستند انگلیسی خوب و روانی داشت، اما در ارتباط و ارسال داده مشکلاتی داشت که حتی با مکاتبه‌ای که با شرکت دورجی داشتم نتوانستم راه‌حلی برای آن‌ها پیدا کنم. این‌گونه بود که تصمیم گرفتیم خودمان دست به کار شویم.

زمان زیادی را صرف درک چگونگی کارکرد بلوتوث ۴ کردیم. پیاده‌سازی و منطق بلوتوث در لایه‌های پایینش به آن سادگی که از یک ارتباط ساده‌ی سریال توقع داری، نیست. هم‌زمان سورس‌ها و چیپ‌های موجود در بازار را هم برای یک چیپ با قیمت مناسب که البته از یک میکروپروسسور نیز پشتیبانی نماید زیر و رو کردیم. و بدین ترتیب بود که پس از صرف زمانی طولانی توانستیم به محصول بلوتوثی خودمان دست پیدا کنیم. "بلوز".

بلوز ماژول ارتباط بلوتوثی است که از طریق رایط سریال (UART) می‌تواند به هر سیستمی متصل شود و داده‌ها را از/به این رابط سریال دریافت/ارسال و از طریق پروتکل بلوتوث به/از یک نود مرکزی بلوتوث نظیر گوشی هوشمند ارسال/دریافت کند.

Blooz EcoSystem
اکوسیستم ماژول بلوز

در دنیای امروز، با توجه به محدودیت‌های زمانی و مالی، برای توسعه‌ی یک محصول، بیش از آنکه زمان و بودجه صرف جزییات پیاده‌سازی شود، لازم است که صرف پرداختن به خود مساله و بازاریابی شود. اینجاست که استفاده از ماژول‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری نقش مهمی در توسعه‌ی محصولات پیدا می‌کنند. به عنوان یک مهندس سخت‌افزار معتقدم تا زمانی که می‌توان از ماژول‌ها یا چیپ‌های آماده برای انجام یک کار استفاده کرد، طراحی و تولید یک سیستم سخت‌افزاری کاری غیراقتصادی است. در واقع همان اختراع دوباره‌ی چرخ است.

از منظر مشتری مهم نیست که شما محصولات‌تان را با آی‌سی‌های کدام شرکت تولید کرده‌اید یا برای طراحی محصولتان چقدر انرژی گذاشته‌اید. برای مشتری مهم این است که محصول شما به خوبی کار کند. متاسفانه مهندسین گاهی این اصل‌ها را فراموش می‌کنند و محصولی را باارزش می‌دانند که زحمت مهندسی زیادی برای آن کشیده‌اند. کلی کار می‌کنند و زحمت می‌کشند و در نهایت وقتی عدم استقبال مشتری را می‌بینند حس می‌کنند دیده نشده‌اند و سرخورده می‌شوند. با کوچکترین انتقادی هم به محصولشان برآشفته می‌شوند.

"بلوز" این امکان را به شما می‌دهد که با کم‌ترین دانش نسبت به بلوتوث، بتوانید داده‌هایتان را از طریق آن منتقل کنید و به جای پرداختن به جزییات پیاده‌سازی، انرژی‌تان را صرف پرداختن به اصل مساله و مشکلات مهم‌تر کنید.

هم‌اکنون "بلوز" به صورت نسخه‌ی آلفا عرضه شده است و قیمت آن، 30 هزار تومان می‌باشد. برای خریداران نسخه‌ی آلفا، پس از رفع باگ‌های احتمالی، تخفیفی 50 درصدی برای خرید نسخه‌های پایدارتر (دو برابر تعداد نسخه‌های آلفا که خریده‌اند) اهدا خواهد شد.

برای تهیه‌ی "بلوز" نسخه‌ی آلفا می‌توانید با من در تماس باشید. توضیحات فنی "بلوز" در پایان این نوشته قابل دانلود است.

این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید

https://ir.linkedin.com/in/saleh-mehdikhani

 

Attachments:
Download this file (Blooz_Datasheet.pdf)Blooz_Datasheet.pdf
© از شما برای بازنشر مطالب به همراه لینک سایت ممنونیم!