La IoT está disponible para todos

El mundo de la tecnología está cambiando más rápido que nunca en estos días, y el ritmo de la introducción de nuevas tecnologías para aplicaciones inalámbricas no ha disminuido. La Internet de las cosas (IoT) está introduciendo innovaciones prácticamente en cada parte de nuestras vidas. Simplemente conectando las "Cosas" que nunca antes estuvieron conectadas, está llevando a nuevos conocimientos de datos que se traducen en un cambio significativo. IoT es una tendencia de tecnología que no solo servirá como prueba de resistencia para sistemas preexistentes, sino que también formará el destino de empresas grandes y pequeñas en distintas industrias. Se estima que habrá 50.000 millones de dispositivos conectados a la IoT para finales de 2020 y 100.000 millones para 2025.

Como los estándares de transmisión han cambiado para acomodar los dispositivos del internet de las cosas (IoT), nunca ha sido tan fácil para un entusiasta de la tecnología inalámbrica intentar diseñar un nuevo esquema de modulación, y hay muchos sensores nuevos disponibles para emparejar con un enlace inalámbrico. Estas tecnologías también son más accesibles que nunca para todos. Este artículo hablará de cada uno de estos desarrollos y de cómo todo el mundo puede tener en sus manos esta tecnología barata y omnipresente en este momento.

Las tecnologías de radio de la Red de Área Amplia de Baja Potencia (LPWAN) están disponibles en las infraestructuras celulares y existen desde hace algunos años. La Internet de banda estrecha de las cosas (NB-IoT), la Conexión de tipo máquina de evolución a largo plazo (LTE-M y LTE-MTC) y la Comunicación tipo máquina mejorada (eMTC) son populares. La ventaja de estas tecnologías es su aprovechamiento de las torres celulares existentes que se utilizan para el tráfico de voz y de ancho de banda alto. Sin embargo, un dispositivo que solo necesita información y control ocasionales no requiere un gran ancho de banda, y dado que muchos funcionan con baterías, se necesitaban los estándares de menor potencia y menor ancho de banda que permiten estas normas tecnológicas.

Otras tecnologías que no aprovechan las redes celulares existentes y que deben tener infraestructuras construidas de nuevo son Sigfox, LoRa/LoRaWAN y NB-Fi, por nombrar solo algunas. La desventaja de esto es que requiere un enlace ascendente para conectarse a internet en general. Si bien estos operadores de redes no celulares proporcionan este enlace ascendente como un servicio, se trata de otro sistema de red informática más a negociar.

Sin embargo, los operadores de redes celulares son grandes empresas, y no es realista competir eficazmente con ellos. La mejor decisión es comprar "tiempo" en sus redes adoptando módems que cumplan con sus estándares y luego pagar un plan de uso mensual.

Las redes no celulares pueden construirse con fondos modestos y con la limitación de que la geografía que cubren no es mundial hasta que se conectan a un servidor que realiza la conexión a Internet. Sin embargo, hay muchos casos de redes que no requieren conectividad mundial. Una planta industrial de sensores de ensamblaje y producción es un ejemplo. De hecho, la red debe ser aislada en estas aplicaciones.

La buena noticia es que el acceso a las redes celulares, y los chips y módulos para construir una red de baja potencia, están disponibles y los planes de datos de la red pueden costar tan poco como 3 dólares al mes. Todo lo que se necesita es un módem certificado por un operador celular y cualquier dispositivo puede estar "en línea" en todo el mundo.

Las soluciones electrónicas en forma de módulos continúan su crecimiento impresionante. En lugar de requerir la experiencia para diseñar a nivel de chip, un diseñador puede obtener una radio preconstruida y certificada. Esto no solo reduce la perspicacia técnica de RF necesaria, sino que también hace que los productos lleguen al mercado más rápidamente. En una comprobación reciente, después de buscar los chips utilizados en los módulos y ver qué tipo de cliente compraba cada uno, fue sorprendente ver que las empresas que tenían la perspicacia necesaria no solo compraban los mismos chips que se utilizaban en los módulos, sino que también compraban los módulos, y ambos se compraban en cantidades de miles de unidades - cantidades de producción. Esto apoya la noción de que puede ser mejor llegar al mercado antes con un producto menos optimizado en cuanto a costos para probar el mercado de un nuevo producto que diseñar un producto optimizado en cuanto a costos desde el principio. Si el mercado probado es lo suficientemente grande, el producto puede ser optimizado en cuanto a costo bajando hasta el nivel de chip. Pero hay un nivel aún más bajo que los chips que este artículo llamará el nivel de la forma de onda.

Las radios definidas por software (SDR) permiten que el desarrollador experimente con esquemas de modulación completamente nuevos. Si hay una necesidad única y el diseñador tiene la experiencia, se puede desarrollar un estándar de radio propietario. Incluso si la experiencia no está ahí, experimentar con un SDR puede enseñar mucho a un diseñador y es divertido. Por ejemplo, un colega del autor de este artículo tiene una patente sobre la descodificación de emisiones estéreo de FM mediante la interpolación del valor de la señal de banda base en el preciso instante en que la señal es igual a la forma de onda izquierda o derecha y sin reloj que sincronice el sistema con la portadora de RF. Este es un enfoque de software para la descomposición de la señal compuesta y todo esto puede ser implementado hoy en día en un SDR. Esa patente tiene casi 30 años de antigüedad y fue un desafío para desarrollarla. Es sencillo de hacer hoy en día con los SDR estándar.

Uno de estos SDR es el Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) de Analog Devices y disponible para su envío por unos 150 dólares a partir de septiembre de 2020. Se conectan a una computadora personal a través de un enlace USB, contienen un arreglo programable de puertas en campo (FPGA) que se reconfigura fácilmente, tienen un amplio soporte para el lenguaje de programación Python, y pueden transmitir y recibir señales en un rango de 325 MHz a 3.8 GHz. Si un diseñador realmente quiere saber y usar la radiofrecuencia, puede empezar a este nivel.

Volviendo a la idea de productos específicos, proliferan cientos de sensores en forma de chips y módulos. Hay literalmente cientos de miles de sensores diferentes disponibles en los distribuidores, incluyendo DigiKey, que ofrece más de 210,000 sensores diferentes.

Aquí están algunos de los diferentes tipos de sensores disponibles:

• Sensores de proximidad
• Sensores, transductores, sensores de temperatura - Salida analógica y digital
• Sensores, transductores, sensores especializados
• Sensores, transductores, sensores de gas
• Sensores, transductores, sensores de posición - Ángulo, medición de posición lineal
• Sensores, transductores, sensores de presión, transductores
• Sensores, transductores de humedad, sensores de humedad
• Sensores, transductores, sensores de corriente
• Sensores, transductores, sensores ópticos - luz ambiente, sensores IR, UV
• Sensores, transductores, sensores ópticos - Medición de la distancia
• Placas de desarrollo, kits, placas de evaluación de programadores - Sensores
• Sensores, transductores, sensores magnéticos - Posición, proximidad, velocidad
• Sensores, transductores, sensores ópticos - Fotoeléctricos, industriales
• Sensores, transductores, sensores de movimiento - Acelerómetros
• Sensores, transductores, sensores de imagen, cámara

Cualquiera de estos sensores, o cualquier combinación de ellos, puede incorporarse a un producto que puede conectarse a internet a través de una amplia variedad de opciones inalámbricas.

Por ejemplo, un proyecto en línea que muestra la conexión a Internet de un "controlador de persianas" se puede encontrar en maker.io en "Trinamic's TMC5161 + Microchip's AVR-IoT WG + DigiKey's IoT Studio Temp" (Figura 1).

Figura 1: Proyecto de control remoto de persianas como se describe en el proyecto maker.io "Kickstart and Innovate your blinds control design". (Fuente de la imagen: maker.io)

El kit de desarrollo de Microchip Technology está orientado a aplicaciones de automatización de la IO inteligente y se pueden encontrar más detalles aquí: Kit de evaluación de la automatización del hogar de IoT (Figura 2).

Figura 2: Kit de evaluación de automatización del hogar de Microchip. (Fuente de la imagen: Microchip)

Resumen

Todo el mundo tiene acceso a la IoT y los kits de desarrollo discutidos en este artículo son solo una muestra de las herramientas disponibles para los diseñadores de IoT.

Finalmente, buena suerte en el desarrollo de la próxima gran "Cosa" que se conectará a la Internet de las Cosas en este mundo conectado.