Kun elektroniikka suosii IoT: tä, koneesta koneeseen -viestintää ja liitettyjä laitteita, suunnitteluinsinöörit etsivät jatkuvasti etsimään ylevää viestintätekniikan tilaa tietojen vaihtamiseksi kahden elektroniikkalaitteen välillä. Vaikka on jo paljon vaihtoehtoja, kuten BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox jne., Chirp- niminen yritys on kehittänyt SDK: n, joka mahdollistaa tietojen vaihdon äänen kautta yksinkertaisesti laitteen kaiuttimen ja mikrofonin avulla ilman paring. Tämän lisäksi SDK on alustasta riippumaton ja tukee myös pienitehoista tiedonsiirtoa.
SDK koodaa tiedot ainutlaatuiseksi äänivirraksi ja toistaa sen laitteen kaiuttimen kautta, minkä tahansa laitteen voi sitten noutaa tämän äänivirran mikrofonin avulla ja purkaa se todellisen viestin saamiseksi. SDK on monialustainen ja tukee jo muun muassa Androidia, iOS: ää, Windowsia ja Pythonia. Sitä voidaan käyttää myös mikro-ohjainympäristöissä, kuten ARM, ja tukee kehitysalustaa, kuten ESP32 ja Raspberry Pi. Jos haluat tietää enemmän Chirpistä ja sen mahdollisista sovelluksista, Circuit Digest kääntyi tohtori Daniel Jonesin - Chirpin teknisen johtajan kanssa keskustelemaan muutamista kysymyksistä. Vastaukset, jotka on kiteytetty alla
1. Mikä on chirp-tekniikka ja miten se toimii?
Chirp on tapa lähettää tietoa ääniaaltojen avulla. Toisin kuin Wi-Fi tai Bluetooth, joka käyttää radiotaajuuksia, Chirp koodaa tietoja sävyinä, joita voidaan toistaa (lähettää) millä tahansa tietokoneen kaiuttimella ja vastaanottaa minkä tahansa tietokoneen mikrofonin kautta ilman, että tarvitsisi muita laitteita, kuten RF-siruja. Tämä mahdollistaa Chirpin käyttämisen kaikilla kuluttajalaitteilla, joissa on kaiutin ja mikrofoni, kuten matkapuhelimet, kannettavat tietokoneet, PA-järjestelmä jne.
Kaiuttimen kautta soitetut koodatut äänimerkit ovat herkkiä ihmisille, ja se kuulostaa pieneltä kappaleelta digitaalista lintulaulua, josta nimi "chirp". Mutta voimme myös hyödyntää sitä, että tietokoneen kaiutin ja mikrofoni voivat tosiasiallisesti toimia myös ultraäänitaajuuksilla, joita ihmiskorvat eivät kuule, ja tällä tavoin voimme välittää tietoa myös äänellä, jota emme kuule.
2. Ympärillämme on niin paljon langattomia yhteyskäytäntöjä, kuten BLE, NFC, RFID, LoRa jne. Miksi me tarvitsemme edelleen chirpiä? Mikä on ainutlaatuista sen kanssa?
Yksi syy on Chirpin erittäin alhainen kitka. Toisin kuin Bluetooth tai Wi-Fi, voin käyttää Chirp-sovellusta aloittamaan välittömästi monista viestinnän jakamaan viestin kaikkien ympärilläni olevien kanssa ilman, että tarvitsen paria heidän kanssaan. Se tekee paljon helpommaksi jakaa jotain nopeasti ja helposti kaikille huoneen tai pöydän ympärillä. Se on erittäin kätevä yhteydenpitoon ihmisiin, joita en ole ennen tavannut, tai vuorovaikutuksessa koneen kanssa, jota en ehkä ole tavannut aiemmin. Esimerkiksi älykaapin avaaminen tai käyntikortin jakaminen jne.
Sen lisäksi paljon aikaa näemme myös Chirpin käyttämisen vertaisviestinnässä. Esimerkiksi Shuttl intialainen linja-autoyritys käyttää Chirp-palvelua linja-autonkuljettajan ja matkustajan välillä tarkistaakseen, onko henkilö noussut bussiin ja onko lippu lunastettu.
3. Onko mahdollista muodostaa verkkoyhteys Chirpin kanssa? Voinko kommunikoida useiden laitteiden kanssa?
Kyllä, yksi tärkeimmistä asioista, jotka on muistettava äänen kuulemisesta, että se on liian monen tyyppinen viestintä, mikä tarkoittaa, että kaikki lähettimen kuultavalla alueella olevat lähellä olevat kuulevat äänen ja vastaanottavat tiedot. Tällä on sekä etuja että rajoituksia. Etuna on, että monilähetysten jakaminen on erittäin helppoa. Verkkoverkkojen kaltaisissa asioissa se mahdollisesti toimisi, mutta tarvitset sarjan vastaanottimia toistensa kuuloalueella. Joten yleensä meillä on tapana käyttää chirpiä enemmän yhdestä moniin lähetysskenaarioihin.
4. Kuinka Chirp voi toimia ilman parsintaa? Johtaako tämä tietoturvaongelmiin?
Meillä on hyvin pieni esittelysovellus nimeltä “Chirp Messenger” (saatavana Android- ja iOS-kaupoissa), joka näyttää SDK: n toiminnan. Lähettääkseen viestin käyttäjä voi kirjoittaa viestin ja painaa Lähetä, joka upottaa viestin äänimerkiksi ja toistaa sen puhelimen kaiuttimessa. Joten kaikki lähistöllä olevat laitteet, jotka käyttävät kehittäjäsarjaa, voivat vastaanottaa nämä ääniäänet mikrofonin kautta. Nämä ääniäänet dekoodataan komponenttitaajuudelle ja virhekorjausta käytetään kohinan ja vääristymien vaikutusten estämiseksi todellisen viestin saamiseksi. Tällä tavalla Chirp vapauttaa kokonaan kaikki mitä tarvitsee on kuulla äänet ja purkaa ne.
On joitain turvallisuusvaikutuksia, joita voidaan käyttää arkaluontoisten tietojen lähettämisessä Chirpin kautta, kuten eräiden turvaominaisuuksien kerrostaminen olemassa olevaan protokollaan. Koska Chirp on vain siirtoväline, voit upottaa mitä tahansa näihin sävyihin. Voit esimerkiksi käyttää RSA- tai AES-salausta tietojesi salaamiseen ennen lähettämistä sirulle ja purkaa sitten salauksen julkisen avaimen salauksella.
5. Onko Chirp riittävän pieni käytettäväksi pienitehoisten sulautettujen ohjaimien kanssa? Kuinka paljon virtaa se kuluttaa?
Pyrimme optimoimaan SDK: n mahdollisimman paljon. Meillä on upea upotettu DSP-tiimi, joka leikkaa kaikki tarpeettomat bitit ja tavut pois koodista CPU-jakson vähentämiseksi. Syy tähän on, että yksi suurimmista alueista, joilla näemme omaksumisen, on upotettu kenttäpiiri. Varsinkin jos haluat kommunikoida pienitehoisen ja matalan teknisen IoT-laitteen kanssa. SDK: n voi käyttää jopa ARM Cortex M4 -prosessorilla, joka toimii 90 MHz: n taajuudella alle 100 kt: n RAM-muistilla.
Kehityskortillemme mitatut Cortex-M4-ohjainten tehomittaukset olivat noin 20mA aktiivisen kuuntelun aikana ja alle 10uA herätysäänellä-tilassa 90M sykliä sekunnissa. Herätysääni-tilassa käytetään erittäin pienitehoisia mikrofoneja valmistajalta nimeltä Vesper, joka tekee nollavirran aina mikrofonista. Tällä tavalla mikrofoni listaa aktiivisesti äänen ja kuultuaan sirun herättää Cortex-ohjaimen lepotilasta tietojen dekoodaamiseksi.
6. Mikä olisi Chirp-viestinnän viestintäalue ja hyötykuorma?
Alueen suhteen kaikki riippuu siitä, kuinka voimakkaasti kaiutin lähettää signaalin. Suurempi lähetyksen äänenvoimakkuus, sitä pidempi kantama, tämä johtuu siitä, että mikrofonien on kuultava ensin tiedot saadakseen ne. Voimme hallita aluetta yksinkertaisesti säätämällä lähettävän laitteen äänenpainetasoa. Toisessa päässä voit lähettää chirpin koko stadionille lähettämällä tietosi satojen metrin päässä, tai voit pienentää kaiuttimien äänenvoimakkuutta lähettämään tietojasi huoneessa.
Datanopeuden kannalta akustinen kanava on meluisa, joten sitä ei voida käyttää kilpailemaan Bluetoothin tai Wi-Fi: n kanssa. Puhumme satoja bittejä sekunnissa eikä megabitteinä. Tämä tarkoittaa, että Chirp-sovellusta suositellaan käytettäväksi pienten tietojen, kuten token-arvojen jne. Lähettämiseen. Nopeimmat protokollamme toimivat nopeudella 2,5 kt / s, mutta ne ovat tarkoitettu lyhyen kantaman NFC-tyyliin. Hyvin pitkällä alueella tiedonsiirtonopeus olisi 10 bittiä sekunnissa.
7. Koska tietoja vaihdetaan ääniaaltojen avulla, miten se on immuuni ympäristömelulle?
Ympäröivämme ympäristö on luonnollisesti uskomattoman meluisa, ravintoloista teollisiin tilanteisiin aina taustamelu. Tulimme alun perin University University London, Computer Science Lab -tutkimuslaitoksesta, joka tutki ensisijaisesti ongelmaa siitä, miten akustisesti kommunikoida meluisassa ympäristössä. Ja meillä on useita tohtoreita ja professoreita, jotka yrittävät murtaa tämän ongelman. Täällä keskitytään useisiin ulkopuolisiin tutkimuksiin, ja meillä on tällä alalla useita patentteja.
Todisteena tästä olemme toimineet menestyksekkäästi ydinvoimalassa täällä Isossa-Britanniassa. EDF energy -niminen yritys toi meidät lähettämään ultraäänikuormia yli 80 metrin etäisyydelle uskomattoman kuuroista taustaympäristöistä jopa 100 desibeliin asti, joita meidän on käytettävä puolustajia. Silti pystyimme saavuttamaan 100% datan eheyden laitteiden 18 tunnin testin aikana.
8. Mitkä ovat muut pienitehoiset laitteistoalustat, joita Chirp tukee?
Meillä on jo vakaa SDK ARM Cortex M4: lle ja M7: lle, ja seuraavaksi työskentelemme vain SDK: n lähettämistä varten ARM Cortex M0: lle, joka on kiinteän pisteen prosessori, jolla ei ole liukulukuarkkitehtuuria. Tuemme myös ESP32: ta Arduino-alustan kautta ja olemme myös alkaneet tutkia FPGA-tukea sekä erittäin tehokkaita prosesseja varten.
9. Missä chirpiä tällä hetkellä käytetään, voitko antaa meille muutamia esimerkkejä käyttötapauksista?
Läheisyyden tunnistus on todella hyvä sovellus. Koska vain lähelläsi olevat ihmiset kuulevat piippauksen, sitä voidaan käyttää heuristisena tietämään kuka on ympärilläsi. Chirpiä käyttää valtava sosiaalinen peliympäristö, nimeltään Roblox, tapana, jolla nuoret pelaajat havaitsevat muut lähellä olevat ihmiset, käyttämällä tehokkaasti ultraäänisirpua. Tällä tavalla voin vetää matkapuhelimen ulos ja se toimii ultraäänimerkkinä, jonka muut huoneen pelaajat löytävät aloittaakseen pelisession.
Olemme myös aloittamassa kumppanuuden suuren kokoushuoneyrityksen kanssa auttaaksemme heitä Chirpin avulla käytävissä sisätiloissa navigoinnissa. Kun kävelet huoneesta toiseen rakennuksessa, laitteellesi on melko tärkeää tietää, missä huoneessa olet. Tämän organisaation avulla käytämme chirpiä kannettavan tai matkapuhelimen tapana kertoa, missä huoneessa olet ja avulla voit muodostaa yhteyden kokoushuoneeseen.
10. Mitkä ovat Chirps SDK: n lisenssiehdot? Millainen uskollisuus on mukana?
Pienyrityksille harrastajat ja tee-se-itse -valmistajat Chirp on täysin ilmainen, jopa 10000 aktiivista käyttäjää kuukaudessa. Tämä johtuu siitä, että haluamme todella nähdä ihmisten käyttävän tekniikkaa ja kehittäjäyhteisöä kokeilemassa sitä. Sen lisäksi haluamme tukea myös pienyrityksiä. Suuremmille yrityksille ja asiakkaille perimme yleensä vuosimaksun