IoT นั้นพร้อมสำหรับทุกคน

โลกแห่งเทคโนโลยีกำลังเปลี่ยนแปลงได้รวดเร็วกว่าที่เคยในปัจจุบัน และการเปิดตัวเทคโนโลยีใหม่สำหรับการใช้งานไร้สายนั้นไม่ลดลงเลย Internet of Things (IoT) เป็นตัวขับเคลื่อนนวัตกรรมในแทบทุกส่วนของชีวิตเรา การเชื่อมต่อง่าย ๆ กับ "สรรพสิ่ง" ที่ไม่เคยเชื่อมต่อมาก่อนนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ ที่แปลเป็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ IoT เป็นแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงด้านเทคโนโลยีที่สำคัญของโลกนั่นไม่เพียงแต่จะเป็นการทดสอบความทนทานของระบบเดิมเท่านั้น แต่ยังเป็นการสร้างอนาคตของบริษัททั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็กในอุตสาหกรรมต่าง ๆ มากมาย มีการประมาณการว่าจะมีอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ IoT กว่า 5 หมื่นล้านเครื่องภายในสิ้นปี 2020 และ 1 แสนล้านเครื่องภายในปี 2025

การเปลี่ยนแปลงมาตรการการส่งสัญญาณเพื่อเอื้อให้กับอุปกรณ์ IoT นั้นทำให้การทดลองออกแบบวงจรกล้ำสัญญาณสำหรับผู้ที่ชื่นชอบอุปกรณ์ไร้สายก็ง่ายขึ้นกว่าเดิม และมีเซ็นเซอร์ใหม่ ๆ มากมายที่สามารถจับคู่กับอุปกรณ์เชื่อมต่อไร้สาย นอกจากนั้นทุกคนก็สามารถเข้าถึงเทคโนโลยีเหล่านี้ได้มากกว่าที่เคย ในบทความนี้จะกล่าวถึงการพัฒนาเหล่านี้ รวมทั้งวิธีการที่ทุกคนสามารถเข้าถึงเทคโนโลยีที่ราคาไม่แพงและแพร่หลายในปัจจุบัน

เทคโนโลยีวิทยุไร้สายแบบวงกว้างที่ใช้พลังงานต่ำ (Low Power Wide Area Network, LPWAN) นั้นมีอยู่ในระบบโครงสร้างพื้นฐานเซลลูล่าร์มาสักระยะหนึ่งแล้ว Narrow Band Internet of Things (NB-IoT), Long Term Evolution Machine Type Connection (LTE-M and LTE-MTC) และ enhanced Machine Type Communication (eMTC) นั้นเป็นที่นิยม ข้อดีของเทคโนโลยีเหล่านี้คือการใช้ประโยชน์จากเสาสัญญาณมือถือที่มีอยู่ ซึ่งใช้สำหรับการรับส่งข้อมูลด้วยเสียงและแบนด์วิธสูง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ที่ต้องการการรายงานและการควบคุมเป็นครั้งคราวนั้นไม่จำเป็นต้องใช้แบนด์วิธสูง และเนื่องจากการที่อุปกรณ์ส่วนใหญ่นั้นใช้แบตเตอรี่ จึงมีความต้องการมาตรฐานการใช้พลังงานและแบนด์วิธที่ต่ำกว่าที่มาตรฐานเทคโนโลยีเหล่านี้

เทคโนโลยีอื่น ๆ ที่ไม่ใช้ประโยชน์จากเครือข่ายเซลลูลาร์ที่มีอยู่ จะต้องมีโครงสร้างพื้นฐานที่สร้างขึ้นใหม่ เช่น Sigfox, LoRa/LoRaWAN และ NB-Fi เป็นต้น ข้อเสียคือต้องมีการอัปลิงค์เพื่อเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตที่กว้างขึ้น แม้ว่าผู้ให้บริการเครือข่ายแบบที่ไม่ใช่เซลลูลาร์ให้บริการอัปลิงค์นี้ แต่ก็ยังต้องเชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์อื่น

อย่างไรก็ตาม ผู้ให้บริการเครือข่ายเซลลูลาร์นั้นเป็นบริษัทใหญ่ และการแข่งขันกับพวกเขาอย่างมีประสิทธิภาพนั้นเป็นไปได้ยาก แนวทางที่ดีที่สุดคือการซื้อ "เวลา" บนเครือข่ายของพวกเขาโดยการใช้โมเด็มที่เป็นไปตามมาตรฐาน แล้วจ่ายค่าใช้บริการรายเดือน

เครือข่ายแบบที่ไม่ใช่เซลลูลาร์สามารถสร้างขึ้นได้ด้วยเงินทุนที่ไม่มากนักและมีข้อจำกัด ที่ภูมิประเทศไม่ครอบคลุมทั่วโลกจนกว่าจะเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ที่เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ต แม้ว่าจะมีตัวอย่างเครือข่ายมากมายที่ไม่ต้องการการเชื่อมต่อทั่วโลก ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์การผลิตและการประกอบของโรงงานอุตสาหรรม ในความเป็นจริงแล้วเครือข่ายควรแยกออกจากการใช้งานเหล่านี้

ข่าวดีก็คือการเข้าถึงเครือข่ายเซลลูล่าร์ดังกล่าว และชิปและโมดูลสำหรับสร้างเครือข่ายพลังงานต่ำนั้นพร้อมใช้งาน และค่าบริการการใช้งานข้อมูลเครือข่ายอาจมีราคาเพียง 3 ดอลลาร์สหรัฐต่อเดือน ซึ่งใช้เพียงโมเด็มเซลลูล่าร์ที่ได้รับการรับรองจากผู้ให้บริการและอุปกรณ์ที่สามารถ "ออนไลน์" ได้ทั่วโลก

โซลูชันอิเล็กทรอนิกส์ในรูปแบบของโมดูลยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง แทนที่จะต้องใช้ความเชี่ยวชาญในการออกแบบในระดับชิป ผู้ออกแบบอาจจะได้สัญญาณวิทยุสำเร็จรูปและผ่านการรับรอง สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดไหวพริบทางด้านเทคนิค RF ที่จำเป็นเท่านั้น แต่ยังช่วยทำให้ผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ในการตรวจสอบล่าสุด หลังจากค้นหาชิปที่ใช้ในโมดูล แล้วดูว่าลูกค้าแต่ละรายซื้อสินค้าประเภทใด น่าแปลกใจที่เห็นว่าบริษัทที่มีไหวพริบที่จำเป็นไม่เพียงแต่ซื้อชิปตัวเดียวกันที่ใช้กับโมดูลเท่านั้น แต่พวกเขายังซื้อโมดูลด้วย และมีการซื้อผลิตภัณฑ์ทั้งสองในปริมาณหลายพันหน่วยปริมาณการผลิต สิ่งนี้สนับสนุนแนวคิดที่ว่าการออกสู่ตลาดในช่วงต้นด้วยผลิตภัณฑ์ที่มีต้นทุนมากกว่าเพื่อทดสอบตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่นั้นดีกว่าการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่มีต้นทุนต่ำตั้งแต่เริ่มต้น หากตลาดที่ทดสอบนั้นใหญ่พอ ผลิตภัณฑ์ก็อาจมีต้นทุนที่เหมาะสมโดยมุ่งเน้นไปที่ระดับชิป แต่ยังมีระดับที่ต่ำกว่าระดับชิปที่ในบทความนี้เรียกว่า ระดับคลื่นสัญญาณ

Software Defined Radios (SDR) ช่วยให้นักพัฒนาได้ทดลองโดยใช้รูปแบบวงจรกล้ำสัญญาณใหม่ทั้งหมด หากมีความต้องการเฉพาะและผู้ออกแบบมีความเชี่ยวชาญ ก็สามารถพัฒนามาตรฐานสัญญาณวิทยุของตนเองได้ แม้ว่าไม่มีความเชี่ยวชาญ แต่การทดลองโดยใช้ SDR สามารถสอนนักออกแบบได้มากและเป็นเรื่องสนุก ตัวอย่างเช่น เพื่อนร่วมงานของผู้เขียนบทความนี้มีสิทธิบัตรเกี่ยวกับการถอดรหัสการออกอากาศสเตอริโอ FM โดยการสอดแทรกค่าสัญญาณเบสแบนด์ที่แม่นยำ เมื่อสัญญาณเท่ากับรูปคลื่นซ้ายหรือขวาและไม่มีนาฬิกาซิงโครไนซ์ระบบกับคลื่นพาหะ RF นี่คือแนวทางซอฟต์แวร์ในการสลายสัญญาณคอมโพสิต และทั้งหมดนี้สามารถนำไปใช้ใน SDR ได้แล้วในวันนี้ สิทธิบัตรดังกล่าวมีอายุเกือบ 30 ปีและมีความท้าทายที่จะพัฒนา โดยเป็นเรื่องง่ายที่จะพัฒนาในวันนี้โดยใช้ SDR ที่มีวางจำหน่าย

หนึ่งใน SDR ดังกล่าวคือ Analog Devices Advanced Learning Module PLUTO (ADALM-PLUTO) จาก Analog Devices และมีจำหน่ายสำหรับการจัดส่งโดยมีราคาประมาณ 150 ดอลลาร์สหรัฐตั้งแต่เดือนกันยายน 2020 อุปกรณ์ดังกล่าวจะเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลผ่านลิงค์ USB ที่มี FPGA ที่กำหนดค่าใหม่ได้อย่างง่ายดาย ได้รับการสนับสนุนอย่างกว้างขวางสำหรับภาษา Python และสามารถส่งและรับสัญญาณในช่วง 325 MHz ถึง 3.8 GHz หากนักออกแบบต้องการเรียนรู้และใช้ RF จริง ๆ ก็สามารถเริ่มได้ที่ระดับนี้

กลับไปที่แนวคิดของผลิตภัณฑ์เฉพาะ เซ็นเซอร์หลายร้อยตัวในรูปแบบของชิปและโมดูลที่แพร่หลาย โดยมีเซ็นเซอร์ที่แตกต่างกันนับร้อยนับพันจากผู้จัดจำหน่ายหลายรายรวมถึง DigiKey มีเซ็นเซอร์มากกว่า 210,000 แบบ

นี่คือเซ็นเซอร์ประเภทต่าง ๆ ที่พร้อมจำหน่าย:

• พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ – สัญญาณขาออกเป็นอนาลอกและดิจิตอล
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์เฉพาะ
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์ตรวจวัดแก็ส
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์ตรวจวัดตำแหน่ง – วัดมุม ตำแหน่งเชิงเส้น
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์ตรวจวัดแรงดัน, ทรานสดิวเซอร์
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ ความชื้น, เซ็นเซอร์ตรวจวัดความชื้น
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์ตรวจวัดกระแสไฟฟ้า
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์แสง – แสงธรรมชาติ, IR, เซ็นเซอร์ UV
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์แสง – วัดระยะทาง
• บอร์ดพัฒนา, ชุดอุปกรณ์, บอร์ดพัฒนาโปรแกรม – เซ็นเซอร์
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์แม่เหล็ก – ตำแหน่ง, พร็อกซิมิตี้, ความเร็ว
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์แสง – โฟโตอิเล็กทริก, อุตสาหกรรม
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์วัดการเคลื่อนไหว – เซ็นเซอร์วัดความเร่ง
• เซ็นเซอร์, ทรานสดิวเซอร์ เซ็นเซอร์รูปภาพ, กล้อง

เซ็นเซอร์ใด ๆ เหล่านี้หรือเซ็นเซอร์ที่ใช้ร่วมกันเหล่านี้สามารถใช้กับผลิตภัณฑ์ที่สามารถเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตผ่านตัวเลือกไร้สายที่หลากหลาย

ตัวอย่างเช่น โปรเจ็คออนไลน์ที่แสดงการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตของ “ตัวควบคุมม่านบังตา” ที่อยู่ใน maker.io ที่ "Trinamic’s TMC5161 + Microchip’s AVR-IoT WG + DigiKey’s IoT Studio Temp" (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: โปรเจ็คควบคุมม่านบังตาระยะไกลที่อธิบายในโปรเจ็ค maker.io "เริ่มต้นและสร้างสรรค์การออกแบบการควบคุมม่านบังตาของคุณ" (แหล่งที่มาของภาพ: maker.io)

ชุดอุปกรณ์พัฒนาของ Microchip Technology ใช้งานร่วมกับการใช้งานอุปกรณ์ระบบอัตโนมัติภายในบ้านอัจฉริยะ IoT และสามารถอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมที่: ชุดพัฒนาระบบอัตโนมัติในบ้าน IoT (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: ชุดพัฒนาระบบอัตโนมัติในบ้าน IoT ของ Microchip (แหล่งที่มาของภาพ: Microchip)

สรุป

ทุกคนสามารถเข้าถึง IoT ได้และชุดอุปกรณ์พัฒนาที่กล่าวในบทความนี้เป็นเพียงแค่ตัวอย่างเครื่องมือที่ใช้งานในปัจจุบันสำหรับนักออกแบบ IoT

สุดท้ายนี้ขอให้คุณโชคดีในการพัฒนา "สรรพสิ่ง" ที่ยิ่งใหญ่ต่อไป เพื่อเชื่อมต่อกับ Internet of Things ในโลกแห่งการเชื่อมต่อนี้