L'IoT pour tous

Aujourd'hui, le monde de la technologie évolue plus rapidement que jamais et de plus en plus de nouvelles technologies sont ajoutées aux applications sans fil. Les normes de transmission ayant été modifiées pour prendre en charge les dispositifs Internet des objets (IoT), il n'a jamais été aussi facile pour un passionné de technologies sans fil de s'essayer à la conception d'un nouveau schéma de modulation. De plus, il existe de nombreux nouveaux capteurs qui peuvent être associés à une liaison sans fil. Plus que jamais, ces technologies sont également plus accessibles à tous. Jetons un œil à chacun de ces développements et à la façon dont nous pouvons utiliser dès maintenant ces technologies économiques et disponibles dans le monde entier.

Les technologies radio de réseau étendu basse consommation (LPWAN) sont disponibles sur les infrastructures cellulaires et existent depuis quelques années maintenant. L'Internet des objets à bande étroite (NB-IoT), les connexions LTE-M et LTE-MTC et les communications eMTC sont populaires. L'avantage de ces technologies réside dans leur capacité à tirer parti des tours cellulaires existantes utilisées pour le trafic vocal et à bande passante élevée. Toutefois, un dispositif qui ne nécessite que des rapports et des contrôles occasionnels n'a pas besoin d'une bande passante élevée et, comme beaucoup fonctionnent sur batterie, il était nécessaire de disposer de normes basse consommation et à bande passante inférieure compatibles avec ces normes technologiques.

Les technologies Sigfox, LoRa/LoRaWAN et NB-Fi, entre autres, n'exploitent pas les réseaux cellulaires existants et requièrent de nouvelles infrastructures. L'inconvénient de ces solutions est la nécessité d'avoir une liaison montante pour effectuer un couplage au réseau Internet plus étendu. Bien que les opérateurs réseau fournissent cette liaison montante sous forme de service, il s'agit encore d'un autre système de réseau informatique à négocier.

Cependant, les opérateurs de réseaux cellulaires sont des entreprises de grande envergure et il est impossible d'envisager de les concurrencer. La meilleure solution consiste à acheter du « temps » sur leurs réseaux en adoptant des modems conformes à leurs normes, puis en payant un abonnement mensuel.

Les réseaux non cellulaires peuvent être construits avec des fonds modestes, tout en sachant que la zone géographique qu'ils couvrent n'est pas énorme. Ils ne sont pas de niveau mondial tant qu'ils ne sont pas connectés à un serveur qui assure la liaison avec Internet.

La bonne nouvelle, c'est que l'accès aux réseaux cellulaires ainsi qu'aux puces et aux modules permettant de créer votre propre réseau basse consommation est possible grâce à DigiKey Electronics. DigiKey vend des forfaits de données de réseau cellulaire, dès 3,00 USD par mois pour 300 Ko de données et un service à l'international (voir la Figure 1). Tout ce dont vous avez besoin, c'est d'un modem certifié par un opérateur cellulaire pour pouvoir mettre « en ligne » votre dispositif dans le monde entier. Les modems et les puces incluses dans ces modems sont également disponibles.

Figure 1 : Forfaits de données cellulaires de DigiKey.

Les solutions électroniques sous forme de modules poursuivent leur développement spectaculaire. Plus besoin de savoir vous-même créer une conception au niveau de la puce : vous pouvez vous procurer une radio pré-conçue et certifiée. Cela réduit non seulement le savoir-faire technique RF nécessaire, mais permet également d'accélérer la mise sur le marché des produits. J'ai récemment effectué une petite vérification après avoir étudié les puces utilisées dans les modules, pour savoir quel type de client les achetait. J'ai été surpris de constater que les entreprises ayant le savoir-faire nécessaire achetaient non seulement les mêmes puces que celles montées sur les modules, mais achetaient également les modules, à hauteur de plusieurs milliers d'unités pour chaque système. Cela conforte l'idée qu'il peut être préférable de commercialiser rapidement un produit moins optimisé en termes de coût pour tester le marché quant à une nouveauté. Si le marché est suffisamment important, il est alors possible d'optimiser le produit en termes de coût en redescendant au niveau de la puce. Cependant, il existe même un niveau inférieur aux puces, que j'appelle le niveau de forme d'onde.

Les radios logicielles (SDR) permettent à un développeur de tester de nouveaux schémas de modulation. Si vous avez un besoin unique et les connaissances nécessaires, vous pouvez développer votre propre norme radio. Même si vous n'avez pas les connaissances requises, l'utilisation d'une radio logicielle peut vous enseigner beaucoup de choses.

L'Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) d'Analog Devices fait partie de ces radios logicielles et est disponible à la vente comme produit prêt à l'emploi chez DigiKey (voir la Figure 2). Depuis août 2019, ces unités coûtent moins de 150 USD. Elles interfacent avec un ordinateur personnel via une liaison USB, contiennent un FPGA facilement reconfigurable, prennent largement en charge le langage de programmation Python, et peuvent transmettre et recevoir des signaux sur une plage de 325 MHz à 3,8 GHz. Si vous voulez vraiment découvrir et utiliser la technologie RF, vous pouvez commencer par là.

Figure 2 : SDR ADALM-PLUTO disponible chez DigiKey. (Source de l'image : Analog Devices Inc.)

Pour en revenir aux produits spécifiques, des centaines de capteurs sous forme de puces et de modules ont vu le jour. Voici quelques éléments pouvant être mesurés, ainsi que le nombre d'articles en stock (références) de DigiKey (à la date de publication de cet article de blog) :

• Capteurs de proximité (10 150 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs de température) – Sortie analogique et numérique (4256 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs spécialisés) (914 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs de gaz) (371 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs de position) – Mesure de position linéaire et angulaire (2961 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs de pression, transducteurs) (30 778 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs d'humidité) (570 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs de courant) (2033 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs optiques) – Capteurs UV, infrarouges, lumière ambiante (1240 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs optiques) – Mesure de distance (137 articles)
• Capteurs, transducteurs (cartes d'évaluation) – Capteurs (2589 articles)
• Cartes de développement, kits, programmateurs (capteurs magnétiques) – Position, proximité, vitesse (modules) (4266 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs optiques) – Photoélectriques, industriels (9979 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs de mouvement) – Accéléromètres (1730 articles)
• Capteurs, transducteurs (capteurs d'images, caméras) (1551 articles)

Au total, DigiKey propose plus de 210 000 capteurs différents.

Chacun de ces capteurs, ou chacune des combinaisons de ces capteurs, peut être intégré à un produit pouvant se connecter à Internet via une grande variété d'options sans fil.

DK IoT Studio est un autre outil permettant de développer vos produits sans fil (voir la Figure 3). Cet outil de développement rapide d'applications (RAD) est disponible gratuitement chez DigiKey. À partir d'un environnement de développement intégré (IDE) basé Web, vous pouvez choisir une carte de micro-ordinateur embarqué prête à l'emploi, la configurer dans l'IDE et télécharger votre configuration, y compris le code open-source généré par l'IDE, sur votre carte. Cette carte peut communiquer avec un dispositif connecté à un hôte via des câbles ou sans fil via Bluetooth ou Wi-Fi. Elle peut ensuite envoyer toutes les données dont elle dispose vers Internet pour les transmettre à un smartphone appairé. Il existe des options pour adapter cette solution à plus grande échelle, avec des frais minimes. Par exemple, un projet en ligne montrant la connexion à Internet d'un « dispositif de commande de stores » est disponible sur maker.io. Le code permettant de modifier DK IoT Studio afin d'ajouter les fonctionnalités de votre choix est disponible ici sur le site Web eewiki de DigiKey.

Figure 3 : DK IoT Studio de DigiKey

Bon développement et que l'Internet des objets vous permette d'utiliser vos dispositifs connectés dans le monde entier !