עם האזעקה האלקטרונית לעבר IoT, מכונה לתקשורת ומכשירים מחוברים, מהנדסי העיצוב נמצאים בחיפוש מתמיד אחר מציאת אופן נשגב של טכניקת תקשורת כדי להחליף מידע בין שני מכשירים אלקטרוניים. אמנם יש כבר הרבה אפשרויות לבחירה כמו BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox וכו ', חברה בשם Chirp פיתחה SDK המאפשר החלפת נתונים על גבי קול פשוט באמצעות הרמקול והמיקרופון של המכשיר ללא צורך זיווג. נוסף על כך ה- SDK אינו תלוי בפלטפורמה ותומך גם בתקשורת נתונים בהספק נמוך.
ה- SDK מקודד את הנתונים לזרם שמע ייחודי ומשמיע אותם דרך רמקול המכשיר, ואז ניתן לאסוף זרם שמע זה על ידי כל מכשיר באמצעות מיקרופון ולפענח אותו, כדי לקבל את ההודעה בפועל. ה- SDK הוא חוצה פלטפורמות וכבר תומך באנדרואיד, iOS, Windows ופייתון. ניתן להשתמש בו גם בפלטפורמות מיקרו-בקר כמו ARM ותומך בפלטפורמת פיתוח כמו ESP32 ו- Raspberry Pi. למידע נוסף על צ'ירפ והיישומים האפשריים שלו, פנה Circuit Digest לד"ר דניאל ג'ונס - CTO של Chirp כדי לדון בכמה שאלות. התשובות בגינן נמצאות להלן
1. מה הטכנולוגיה שמאחורי ציוץ ואיך היא עובדת?
ציוץ הוא דרך להעביר מידע באמצעות גלי קול. בניגוד ל- Wi-Fi או Bluetooth המשתמשים בתדרי רדיו, Chirp מקודד נתונים בגוונים שניתן להשמיע (להעביר) באמצעות כל רמקול מחשב ולקבל אותו דרך כל מיקרופון מחשב ללא צורך בחומרה נוספת כמו שבבי RF. זה מאפשר להשתמש ב- Chirp בכל מכשיר צרכני שיש בו רמקול ומיקרופון, כמו טלפונים ניידים, מחשבים ניידים, מערכת PA וכו 'ויכול להעביר מידע גם דרך זרם YoutTube או שידור טלוויזיה.
הטונים הנשמעים המקודדים המושמעים באמצעות הרמקול רגישים לבני אדם וזה נשמע כמו קטע קטנטן של שיר ציפורים דיגיטלי, ומכאן השם "ציוץ". אבל אנחנו יכולים גם לנצל את העובדה שרמקול ומיקרופון מחשב יכולים למעשה לעבוד גם עם תדרים קולי שאינם נשמעים לאוזניים אנושיות, כך נוכל גם להעביר מידע על צליל שאיננו שומעים.
2. עם כל כך הרבה פרוטוקולי תקשורת אלחוטיים סביבנו כמו BLE, NFC, RFID, LoRa וכו '. למה אנחנו עדיין צריכים ציוץ? מה ייחודי איתו?
סיבה אחת תהיה החיכוך הנמוך ביותר של צ'ירפ. בשונה מ- Bluetooth או Wi-Fi, אני יכול להשתמש ב- Chirp כדי ליזום מיד תקשורת אחת לרבים כדי לחלוק הודעה עם כל הסובבים אותי מבלי להזדקק איתם. זה עושה את זה הרבה יותר קל לשתף משהו במהירות ובקלות לכל מי שמסביב לחדר או סביב השולחן. זה מאוד שימושי לחיבור עם אנשים שלא פגשתי קודם או לאינטראקציה עם מכונה שאולי לא פגשתי בעבר. לדוגמא פתיחת ארונית חכמה או שיתוף כרטיס ביקור וכו '.
מלבד זאת, הרבה זמן אנו רואים גם שימוש בצ'ירפ בתקשורת עמית לעמית. לדוגמא, שאטל חברת אוטובוסים הודית משתמשת בצ'ירפ בין נהג האוטובוס לנוסע כדי לבדוק אם האדם עלה לאוטובוס והכרטיס שלו מומש.
3. האם ניתן להקים תקשורת רשת עם צ'ירפ? האם אוכל לתקשר עם מספר מכשירים?
כן, אחד הדברים המרכזיים שיש לזכור לגבי צליל זה שמדובר בסוג של יותר מדי תקשורת, כלומר כל דבר שנמצא בקרבת מקום שנמצא בטווח הנשמע של המשדר שלנו ישמע את הצליל ויקבל את הנתונים. יש לזה יתרונות ומגבלות. היתרון בכך שהוא קל מאוד לשיתוף ריבוי שידורים. לגבי דברים כמו רשת רשת זה אולי יעבוד, אבל תצטרך רצף של מקלטים בטווח השמיעה האחד של השני. לכן, בדרך כלל אנו נוטים להשתמש בציוץ יותר לתרחישים רבים של שידור.
4. כיצד צ'ירפ יכול לעבוד ללא שום זיווג? האם זה מוביל לבעיות אבטחת נתונים?
יש לנו אפליקציית הדגמה זעירה מאוד בשם "Chirp Messenger" (זמינה בחנות אנדרואיד ו- iOS) שמראה כיצד ה- SDK שלנו עובד. כדי לשלוח הודעה המשתמש יכול להקליד את ההודעה וללחוץ על שלח אשר ישבץ את ההודעה בטון נשמע וישמיע אותה באמצעות רמקול הטלפון שלי. לכן, כל מכשיר בקרבת מקום, שמריץ את ערכת המפתחים שלנו, יכול לקבל את צלילי השמע הללו באמצעות מיקרופון. צלילי שמע אלה מפוענחים לתדר המרכיב ותיקון שגיאות מוחל על מנת להתמודד עם השפעות הרעש והעיוות כדי להשיג את המסר בפועל. בדרך זו צ'ירפ משתחרר לחלוטין כל מה שצריך הוא לשמוע את הצלילים ולפענח אותם.
ישנן כמה השלכות אבטחה שניתן להשתמש בהן בעת שליחת נתונים רגישים באמצעות Chirp, כמו שכבת תכונות אבטחה על גבי הפרוטוקול הקיים. מכיוון שהציוץ הוא רק מדיום העברה, אתה יכול להטמיע כל דבר בגוונים האלה. לדוגמה, אתה יכול להשתמש בהצפנת RSA או AES כדי להפוך את הנתונים שלך למוצפנים לפני שאתה שולח אותם על גבי שבב ואז לפענח אותם באמצעות הצפנת מפתח ציבורי.
5. האם ציוץ קטן מספיק בכדי לשמש עם בקרים משובצים בהספק נמוך? כמה כוח הוא צורך?
אנו שואפים לייעל את ה- SDK שלנו ככל האפשר. יש לנו צוות DSP משובץ מדהים שחותך את כל הביטים והבתים המיותרים מהקוד כדי להפחית את מחזור המעבד. הסיבה לכך היא, אחד האזור הגדול בו אנו רואים ספיגה הוא עם שבב השדה המוטבע. במיוחד אם ברצונך לתקשר עם מכשיר IoT בעל כוח נמוך ומפרט נמוך. ה- SDK שלנו יכול אפילו לרוץ על מעבד ARM Cortex M4 שפועל בתדר 90Mhz עם פחות מ- 100kB RAM.
מדידות ההספק בבקרי Cortex-M4, כפי שנמדדו בלוחות הפיתוח שלנו, היו בסביבות 20mA בעת האזנה פעילה ופחות מ -10uA במצב השכמה על צליל עם מחזורי 90M לשנייה. במצב ההשכמה-צליל נעשה שימוש במיקרופונים בעלי הספק נמוך במיוחד של יצרן בשם Vesper שעושה אפס חשמל תמיד במיקרופון. בדרך זו המיקרופון יופיע באופן פעיל עבור צליל וכאשר הוא שומע קריצה הוא יעיר את בקר הקורטקס ממצב שינה כדי לפענח את הנתונים.
6. מה יהיה טווח התקשורת והמטען עבור תקשורת צ'ירפ?
מבחינת טווח הכל תלוי כמה חזק האות מועבר על ידי הרמקול. ככל שעוצמת השידור גבוהה יותר ככל שהטווח רחוק יותר, הסיבה לכך היא שכדי לקבל את המידע שהמיקרופונים יצטרכו לשמוע אליו קודם. אנו יכולים לשלוט בטווח די פשוט על ידי שליטה על רמת לחץ הקול של המכשיר הפולט. בקצה הרחוק אתה יכול לשדר ציוץ לאצטדיון שלם שמעביר את הנתונים שלך במרחק של מאות מטרים משם, או שתוכל להוריד את עוצמת הרמקולים שלנו להעביר את הנתונים שלך בחדר.
מבחינת קצב הנתונים, הערוץ האקוסטי רועש ומכאן שזה לא קצב שניתן להשתמש בו כדי להתחרות עם Bluetooth או Wi-Fi. אנחנו מדברים על מאות ביטים לשנייה ולא במגה ביט. מה שאומר ש- Chirp מומלץ לשימוש לשליחת נתונים קטנים כמו ערכי אסימון וכו '. הפרוטוקולים המהירים ביותר שלנו פועלים במהירות 2.5kb / sec, אך אלה מיועדים לתרחישים בסגנון NFC לטווח קצר. בטווח ארוך מאוד, קצב הנתונים יהיה 10 סיביות לשנייה.
7. מכיוון שנתונים מוחלפים באמצעות גלי קול, כיצד הם יהיו חסינים בפני רעשים סביבתיים?
ברור שהסביבה סביבנו רועשת להפליא, ממסעדות ועד תרחישים תעשייתיים רעשי רקע תמיד קיימים. במקור יצאנו ממחקר אוניברסיטת קולג 'בלונדון, המעבדה למדעי המחשב, שבדק בעיקר את הבעיה כיצד לתקשר אקוסטית בסביבה רועשת. ויש לנו מספר דוקטורנטים ופרופסורים שמנסים לפצח את הבעיה הזו. כאן מתמקדים המון מחקרי חוץ ויש לנו מספר פטנטים בתחום זה.
כעדות לכך, פעלנו בהצלחה בתחנת כוח גרעינית כאן בבריטניה. הובא על ידי חברה בשם EDF אנרגיה לשלוח מטענים קולי מעל לטווח של 80 מטר בסביבות רקע מחרישות אוזניים להפליא עד 100 דציבלים שיש לנו ללבוש מגנים. ובכל זאת הצלחנו להשיג שלמות נתונים של 100% במהלך בדיקה של 18 שעות של הציוד.
8. מהן פלטפורמות החומרה האחרות בעלות צריכת חשמל נמוכה שתיתמכו על ידי צ'ירפ?
יש לנו כבר SDK יציב עבור ARM Cortex M4 ו- M7 ובהמשך אנו עובדים על שליחת SDK בלבד עבור ARM Cortex M0 שהוא מעבד נקודה קבועה שאין לו ארכיטקטורה של נקודות צפות. אנו תומכים גם ב- ESP32 דרך פלטפורמת Arduino והתחלנו לבחון גם תמיכה ב- FPGA בתהליכים יעילים במיוחד.
9. היכן משתמשים כרגע בציוץ, האם תוכל לתת לנו מעט מקרי שימוש לדוגמא?
איתור קרבה הוא יישום ממש טוב. מכיוון שרק אנשים בקרבתך יכולים לשמוע את ציוציך, זה יכול לשמש כיוריסט לדעת מי נמצא סביבך. ציוץ משמש פלטפורמת משחקים חברתית ענקית הנקראת רובלוקס כדרך עבור הגיימרים הצעירים לזהות אנשים אחרים בקרבתם, תוך שימוש יעיל בציוצים קולי. בדרך זו אני יכול לשלוף את הנייד שלי והוא ישמש כמגדלור אולטרסאונד שיתגלה על ידי שחקנים אחרים בחדר כדי ליזום הפעלת משחקים.
אנו עומדים גם לפתוח שותפות עם חברת חדרי ישיבות גדולה שתעזור להם בניווט מקורה באמצעות צ'ירפ. כשאתה עובר מחדר לחדר בבניין, חשוב למדי שהמכשיר שלך יידע באיזה חדר אתה נמצא. עם הארגון הזה אנו משתמשים בציוץ כדרך למחשב הנייד או הנייד שלך לדעת באיזה חדר אתה נמצא ו מאפשרים לך ליצור חיבור לחדר ישיבות.
10. מהם תנאי הרישוי של Chirps SDK? באיזה סוג של נאמנות מדובר?
לעסקים קטנים יותר, חובבים ויצרני DIY עושים את Chirp בחינם לחלוטין עד 10,000 משתמשים פעילים מדי חודש. הסיבה לכך היא שאנחנו באמת רוצים לראות אנשים שמשתמשים בטכנולוגיה שלנו ואת קהילת המפתחים מתנסים בה. מלבד זאת אנו רוצים גם לתמוך בעסקים קטנים. עבור ארגונים גדולים יותר ולקוחות אנו נוטים לגבות מהם תשלום שנתי