Z elektronskim brenkanjem o IoT, komunikaciji Machine to Machine in povezanih napravah so konstruktorski inženirji v stalnem lovu, da bi našli vzvišeni način komunikacijske tehnike za izmenjavo informacij med dvema elektronskima napravama. Medtem ko že obstaja veliko možnosti za izbiro, kot so BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox itd., Je podjetje Chirp razvilo SDK, ki omogoča izmenjavo podatkov med zvokom z enostavno uporabo zvočnika naprave in mikrofona brez potrebe po paring. Poleg tega je SDK neodvisen od platforme in podpira tudi podatkovno komunikacijo z nizko porabo energije.
SDK podatke kodira v edinstven zvočni tok in jih predvaja skozi zvočnik naprave. Ta zvočni tok lahko nato z mikrofonom pobere katera koli naprava in jo dekodira, da dobi dejansko sporočilo. SDK je večplastna in med drugim že podpira Android, iOS, Windows in python. Uporablja se lahko tudi v mikrokrmilnih platformah, kot je ARM, in podpira razvojno platformo, kot sta ESP32 in Raspberry Pi. Če želite izvedeti več o Chirpu in njegovih možnih aplikacijah, se je Circuit Digest obrnil na dr. Daniela Jonesa - tehničnega direktorja Chirpa, da bi razpravljal o nekaj vprašanjih. Odgovori nanje so povzeti spodaj
1. Kakšna tehnologija stoji za čirpanjem in kako deluje?
Čvrkljanje je način prenosa informacij z uporabo zvočnih valov. V nasprotju z Wi-Fi ali Bluetooth, ki uporablja radijske frekvence, Chirp kodira podatke v tonih, ki jih je mogoče predvajati (prenašati) s katerim koli računalniškim zvočnikom in sprejeti prek katerega koli računalniškega mikrofona, ne da bi morali imeti dodatno strojno opremo, kot so RF čipi. To omogoča, da se Chirp uporablja na kateri koli potrošniški napravi, ki ima v sebi zvočnik in mikrofon, na primer mobilni telefon, prenosni računalnik, PA sistem itd., In lahko prenaša informacije tudi prek YoutTube toka ali televizijske oddaje.
Kodirani zvočni toni, ki se predvajajo prek zvočnika, so dovzetni za ljudi in zveni kot majhen košček digitalne ptičje pesmi, od tod tudi ime "žvrgolenje". Lahko pa izkoristimo tudi dejstvo, da lahko računalniški zvočnik in mikrofon dejansko delujeta tudi z ultrazvočnimi frekvencami, ki so neslišne za človeška ušesa, na ta način lahko tudi prenašamo informacije prek zvoka, ki ga ne slišimo.
2. S toliko protokoli brezžične komunikacije okoli nas, kot so BLE, NFC, RFID, LoRa itd. Zakaj še vedno potrebujemo žvrgolenje? Kaj je edinstveno z njim?
Eden od razlogov bo Chirpovo izredno majhno trenje. Za razliko od Bluetootha ali Wi-Fi-ja lahko s Chirpom takoj sprožim komunikacijo enega do številnih, da sporočilo pošljem vsem, ki me obkrožajo, ne da bi se moral z njimi seznaniti. Veliko lažje je, da kaj hitro in enostavno delite z vsemi po sobi ali okoli mize. Zelo je priročen za povezovanje z ljudmi, ki jih prej nisem spoznal, ali za interakcijo s strojem, ki ga prej morda nisem. Na primer odpiranje pametne omarice ali deljenje vizitke itd.
Poleg tega veliko časa vidimo tudi, da se Chirp uporablja tudi v komunikaciji med vrstniki. Na primer, indijsko avtobusno podjetje Shuttl uporablja Chirp med voznikom avtobusa in potnikom, da preveri, ali je oseba vstopila v avtobus in ali je bila njegova vozovnica unovčena.
3. Ali je mogoče vzpostaviti mrežno komunikacijo s Chirpom? Ali lahko komuniciram z več napravami?
Da, ena ključnih stvari, ki si jo je treba zapomniti, je, da gre za preveč vrste komunikacije, kar pomeni, da bo vse, kar je v bližini, kar je v zvočnem območju našega oddajnika, slišalo zvok in prejelo podatke. To ima tako prednosti kot omejitve. Prednost tega je, da je skupna raba večkanalnih sporočil zelo preprosta. Za stvari, kot je mrežno mreženje, bi to morda delovalo, vendar bi potrebovali zaporedje sprejemnikov med seboj. Običajno običajno uporabimo več zvokov za enega ali več oddajnih scenarijev.
4. Kako lahko Chirp deluje brez kakršnega koli razpada? Ali to povzroča težave z varnostjo podatkov?
Imamo zelo majhno predstavitveno aplikacijo, imenovano »Chirp Messenger« (na voljo v trgovini Android in iOS), ki prikazuje, kako deluje naš SDK. Za pošiljanje sporočila lahko uporabnik vnese sporočilo in pritisne send, ki bo sporočilo vdelalo v zvočni ton in ga predvajalo prek zvočnika telefona. Tako lahko katera koli naprava v bližini, na kateri je nameščen naš komplet za razvijalce, sprejme te zvočne tone prek mikrofona. Ti zvočni toni se dešifrirajo na sestavno frekvenco in popravek napak se uporabi za preprečevanje učinkov hrupa in popačenja, da se dobi dejansko sporočilo. Tako Chirp popolnoma razreši vse, kar je potrebno, je slišati tone in jih dekodirati.
Obstaja nekaj varnostnih posledic, ki jih je mogoče uporabiti pri pošiljanju občutljivih podatkov prek Chirpa, na primer nalaganje nekaterih varnostnih funkcij na obstoječi protokol. Ker je Chirp le prenosni medij, lahko v te tone vključite karkoli. Na primer, s šifriranjem RSA ali AES lahko podatke šifrirate, preden jih pošljete po čipu, nato pa jih dešifrirate s pomočjo kriptografije z javnim ključem.
5. Ali je Chirp dovolj majhen, da ga lahko uporabljamo z vgrajenimi krmilniki z majhno močjo? Koliko moči porabi?
Prizadevamo si čim bolj optimizirati naš SDK. Imamo neverjetno vgrajeno ekipo DSP, ki odreže vse nepotrebne bite in bajte s kode, da zmanjša cikel procesorja. Razlog za to je, da je eno največjih področij, na katerem vidimo prevzem, vgrajeni poljski čip. Še posebej, če želite komunicirati z napravo IoT z nizko porabo energije in nizkimi specifikacijami. Naš SDK lahko deluje celo na procesorju ARM Cortex M4, ki deluje na frekvenci 90 MHz in ima manj kot 100 kB RAM-a.
Meritve moči na krmilnikih Cortex-M4, izmerjene na naših razvojnih ploščah, so bile med aktivnim poslušanjem približno 20 mA in manj kot 10 uA v načinu bujenja ob zvoku z 90 milijoni ciklov na sekundo. Način bujenja ob zvoku uporablja mikrofone z izjemno majhno močjo proizvajalca Vesper, ki vedno vklopi nič mikrofona. Tako bo mikrofon aktivno zapisoval zvok in ko zasliši zvok, bo krmilnik Cortex iz stanja spanja prebudil za dekodiranje podatkov.
6. Kakšen bi bil obseg komunikacije in koristni tovor za Chirp Communication?
Glede obsega je vse odvisno od tega, kako glasen signal prenaša zvočnik. Čim večja je glasnost oddajanja, tem večji je obseg, to je zato, ker bi morali mikrofoni najprej prejeti informacije, da bi jih prejeli. Doseg lahko nadzorujemo povsem preprosto z uravnavanjem ravni zvočnega tlaka oddajne naprave. Na skrajnem koncu lahko oddate žvrgolenje na celoten stadion, ki prenaša vaše podatke na stotine metrov stran, ali pa lahko znižate glasnost našega zvočnika in prenesete podatke v sobi.
Kar zadeva hitrost prenosa podatkov, je zvočni kanal hrupen, zato ga ni mogoče uporabljati za tekmovanje z Bluetoothom ali Wi-Fi. Govorimo o stotinah bitov na sekundo in ne v megabitih. Kar pomeni, da je Chirp priporočljiv za pošiljanje majhnih podatkov, kot so vrednosti žetonov itd. Naši najhitrejši protokoli delujejo s hitrostjo 2,5 kb / s, vendar so to scenariji kratkega dosega NFC. V zelo dolgem obsegu bi bila hitrost prenosa podatkov 10 bitov na sekundo.
7. Kako se podatki izmenjujejo z uporabo zvočnih valov, kako bodo imuni na okoljski hrup?
Očitno je okolje okoli nas neverjetno hrupno, od restavracij do industrijskih scenarijev je vedno prisoten hrup v ozadju. Prvotno smo prišli iz raziskovalne ustanove University College London, Computer Science Lab, ki je preučevala predvsem problem, kako zvočno komunicirati v hrupnem okolju. In več doktorjev znanosti in profesorjev poskuša rešiti to težavo. Tu se osredotoča veliko zunanjih raziskav in na tem področju imamo več patentov.
Kot dokaz tega smo uspešno obratovali v jedrski elektrarni tukaj v Združenem kraljestvu. Podjetje EDF energy nas je pripeljalo do pošiljanja ultrazvočnih tovorov na razdalji več kot 80 metrov v neverjetno oglušujočih okoljih do 100 decibelov, da moramo nositi zaščitnike. Kljub temu smo v 18-urnem preizkusu opreme lahko dosegli 100-odstotno integriteto podatkov.
8. Katere druge strojne platforme z nizko porabo energije podpira Chirp?
Že imamo stabilen SDK za ARM Cortex M4 in M7, nato pa delamo na tem, da pošljemo samo SDK za ARM Cortex M0, ki je procesor s fiksno točko in nima arhitekture s plavajočo vejico. Podpiramo tudi ESP32 prek platforme Arduino, poleg tega pa smo začeli preučevati tudi podporo FPGA za izjemno učinkovite procese.
9. Kje se trenutno uporablja žvrgolenje, nam lahko navedete nekaj primerov uporabe?
Zaznavanje bližine je res dobra aplikacija. Ker samo ljudje v vaši bližini slišijo vaše žvrgolenje, ga lahko uporabimo kot hevristiko, da vemo, kdo je okoli vas. Chirp uporablja ogromna platforma za družabne igre na srečo, imenovana Roblox, kot način, kako mladi igralci iger zaznajo druge ljudi v bližini z učinkovitimi ultrazvočnimi žvrgolenji. Na ta način lahko izvlečem svoj mobilni telefon in bo deloval kot ultrazvočni svetilnik, ki ga bodo odkrili drugi igralci v sobi in sprožil igralno sejo.
Prav tako bomo začeli partnerstvo z velikim podjetjem za sejne sobe, ki jim bo pomagalo pri notranji navigaciji s Chirpom. Ko hodite od sobe do sobe v zgradbi, je za vašo napravo zelo pomembno, da veste, v kateri sobi ste. S to organizacijo uporabljamo žvrgolenje kot način, s katerim prenosnik ali mobilni telefon pove, v kateri sobi se trenutno nahajate in vam omogočajo povezavo s sejno sobo.
10. Kakšni so licenčni pogoji za Chirps SDK? Za kakšno zvestobo gre?
Za manjša podjetja, ljubitelje in izdelovalce naredi si sam, Chirp je popolnoma brezplačen do 10.000 aktivnih uporabnikov mesečno. To je zato, ker si resnično želimo, da bi ljudje, ki uporabljajo našo tehnologijo, in skupnost razvijalcev eksperimentirali z njo. Poleg tega želimo podpirati tudi mala podjetja. Za večja podjetja in stranke jim ponavadi zaračunamo letno