Cu electronica buzz către IoT, comunicare Machine to Machine și dispozitive conectate, inginerii de proiectare sunt în continuă căutare pentru a găsi un mod sublim de tehnică de comunicare pentru a face schimb de informații între două dispozitive electronice. Deși există deja o mulțime de opțiuni pentru a selecta, cum ar fi BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox etc., o companie numită Chirp a dezvoltat un SDK care permite schimbul de date prin sunet prin simpla utilizare a difuzorului și a microfonului fără a fi nevoie de parare. În plus, SDK-ul este independent de platformă și acceptă, de asemenea, comunicarea de date cu putere redusă.
SDK codifică datele într-un flux audio unic și le redă prin difuzorul dispozitivului, acest flux audio poate fi apoi preluat de orice dispozitiv folosind un microfon și decodat, pentru a obține mesajul real. SDK-ul este multiplataforma și acceptă deja Android, iOS, Windows și Python, printre altele. Poate fi, de asemenea, utilizat în platforme de microcontroler precum ARM și acceptă platforme de dezvoltare precum ESP32 și Raspberry Pi. Pentru a afla mai multe despre Chirp și posibilele sale aplicații, Circuit Digest l-a adresat pe Dr. Daniel Jones - CTO Chirp, pentru a discuta câteva întrebări. Răspunsurile pentru care sunt încapsulate mai jos
1. Care este tehnologia din spatele ciripitului și cum funcționează?
Chirp este o modalitate de a transmite informații folosind unde sonore. Spre deosebire de Wi-Fi sau Bluetooth care utilizează frecvențe radio, Chirp codifică date în tonuri care pot fi redate (transmise) folosind orice difuzor de computer și primite prin orice microfon de computer fără a fi nevoie de hardware suplimentar, cum ar fi cipuri RF. Acest lucru permite Chirp să fie utilizat pe orice dispozitiv de consum care are difuzor și microfon, cum ar fi telefoane mobile, laptopuri, sistem PA etc. și poate transmite informații chiar prin fluxul YoutTube sau difuzarea TV.
Sunetele sonore codate redate prin difuzor sunt sensibile la oameni și sună ca o mică piesă de cântec digital de pasăre, de unde și numele de „ciripit”. Dar putem, de asemenea, să exploatăm faptul că difuzorul și microfonul computerului pot funcționa, de asemenea, cu frecvențe ultrasonice care sunt inaudibile pentru urechile umane, astfel putem transmite și informații prin sunet pe care nu le putem auzi.
2. Cu atâtea protocoale de comunicații wireless în jurul nostru, cum ar fi BLE, NFC, RFID, LoRa etc. De ce mai avem nevoie de ciripit? Ce este unic cu el?
Un motiv va fi fricțiunea extrem de scăzută a lui Chirp. Spre deosebire de Bluetooth sau Wi-Fi, pot folosi Chirp pentru a iniția imediat o comunicare cu mai mulți, pentru a partaja un mesaj tuturor celor din jurul meu, fără a fi nevoie să le împerechem. Este mult mai ușor să împărtășiți ceva rapid și ușor tuturor celor din jurul camerei sau din jurul mesei. Este foarte util pentru conectarea cu persoane pe care nu le-am cunoscut înainte sau pentru interacțiunea cu mașina pe care s-ar putea să nu le-am cunoscut înainte. De exemplu, deschiderea unui dulap inteligent sau partajarea unei cărți de vizită etc.
În afară de asta, o mulțime de timp vedem că Chirp este folosit și în comunicarea de la egal la egal. De exemplu, Shuttl, o companie indiană de autobuze, folosește Chirp între șofer și pasager pentru a verifica dacă persoana a urcat în autobuz și dacă biletul său a fost răscumpărat.
3. Este posibil să configurați o comunicare mesh cu Chirp? Pot comunica cu mai multe dispozitive?
Da, unul dintre lucrurile cheie de reținut despre sunet este că este un tip prea mare de comunicare, adică orice din apropiere care se află în raza sonoră a transmițătorului nostru va auzi sunetul și va primi datele. Acest lucru are atât avantaje, cât și limitări. Avantajul este că este foarte ușor pentru partajarea multicast. Pentru lucruri precum rețeaua de rețea, aceasta ar funcționa, dar ai avea nevoie de o secvență de receptoare în raza de auz una a celeilalte. Deci, în mod normal, avem tendința de a folosi mai mult ciripitul pentru unul sau mai multe scenarii de difuzare.
4. Cum poate funcționa Chirp fără nicio parare? Acest lucru duce la probleme de securitate a datelor?
Avem o aplicație demo foarte mică numită „Chirp Messenger” (disponibilă pe magazinele Android și iOS) care arată cum funcționează SDK-ul nostru. Pentru a trimite un mesaj, utilizatorul poate tasta mesajul și apăsa pe Send, care va încorpora mesajul într-un ton sonor și îl va reda prin difuzorul telefonului meu. Deci, orice dispozitiv din apropiere, care rulează kitul nostru pentru dezvoltatori, poate primi aceste sunete audio prin microfon. Aceste tonuri audio sunt decodificate la frecvența constitutivă și corectarea erorilor este aplicată pentru a contracara efectele zgomotului și distorsiunii pentru a obține mesajul real. În acest fel Chirp este complet gratuit, tot ce este necesar este să auziți tonurile și să le decodificați.
Există unele implicații de securitate care pot fi folosite la trimiterea de date sensibile prin Chirp, cum ar fi stratificarea unor caracteristici de securitate pe protocolul existent. Deoarece Chirp este doar un mediu de transfer, puteți încorpora orice în aceste tonuri. De exemplu, puteți utiliza criptarea RSA sau AES pentru a vă cripta datele înainte de a le trimite pe un cip și apoi pentru a le decripta folosind criptografie cu cheie publică.
5. Chirp este suficient de mic pentru a fi utilizat cu controlere încorporate de putere redusă? Câtă energie consumă?
Ne străduim să ne optimizăm SDK-ul cât mai mult posibil. Avem o echipă DSP încorporată uimitoare, care a tăiat fiecare bit și byte inutil din cod pentru a reduce ciclul procesorului. Motivul pentru aceasta este că una dintre marile zone în care vedem absorbția este cu cipul de câmp încorporat. Mai ales dacă doriți să comunicați cu un dispozitiv IoT cu putere redusă și cu specificații reduse. SDK-ul nostru poate rula chiar și pe un procesor ARM Cortex M4 care rulează la o frecvență de 90 MHz cu mai puțin de 100kB RAM.
Măsurătorile de putere pe controlerele Cortex-M4, măsurate pe plăcile noastre de dezvoltare au fost în jur de 20mA la ascultare activă și mai puțin de 10uA în modul de veghe-sunet cu 90M cicluri pe secundă. Modul de activare a sunetului utilizează microfoane cu putere redusă de la un producător numit Vesper, care face ca puterea zero să fie întotdeauna la microfon. În acest fel, microfonul va fi listat activ pentru sunet și atunci când va auzi un chip, va trezi controlerul Cortex din modul de repaus pentru a decoda datele.
6. Care ar fi gama de comunicare și sarcina utilă pentru Chirp Communication?
În ceea ce privește intervalul, totul depinde de cât de puternic este semnalul transmis de difuzor. Cu cât volumul difuzării este mai mare, cu atât raza de acțiune este mai mare, acest lucru se datorează faptului că pentru a primi informația, microfoanele ar trebui să le audă mai întâi. Putem controla gama destul de simplu controlând nivelul de presiune acustică al dispozitivului emitent. La capătul îndepărtat puteți transmite un ciripit către un întreg stadion care vă transmite datele la sute de metri distanță sau puteți reduce volumul difuzoarelor, transmiteți datele dvs. într-o cameră.
În ceea ce privește rata de date, canalul acustic este zgomotos și, prin urmare, nu este o rată care ar putea fi utilizată pentru a concura cu Bluetooth sau Wi-Fi. Vorbim despre sute de biți pe secundă și nu în mega-biți. Ceea ce înseamnă că Chirp este recomandat pentru a fi utilizat pentru a trimite date mici, cum ar fi valorile token-urilor, etc. Pe un interval foarte lung, rata de date ar fi de 10 de biți pe secundă.
7. Deoarece datele sunt schimbate folosind unde sonore, cum va fi imun la zgomotul din mediu?
Evident, mediul din jurul nostru este incredibil de zgomotos, de la restaurante la scenarii industriale zgomotul de fond este întotdeauna prezent. Am ieșit inițial dintr-un laborator de cercetare de la University College London, Computer Science Lab, care se uita în primul rând la problema comunicării acustice într-un mediu zgomotos. Și avem mai mulți doctoranzi și profesori care încearcă să rezolve această problemă. Aici se concentrează o mulțime de cercetări și avem mai multe brevete în acest domeniu.
Ca o dovadă a acestui fapt, am operat cu succes într-o centrală nucleară aici, în Marea Britanie. Am fost aduși de o companie numită EDF Energy pentru a trimite încărcături utile cu ultrasunete pe o rază de acțiune de 80 de metri în medii de fundal incredibil de asurzitoare până la 100 de decibeli pe care trebuie să le purtăm apărători. Cu toate acestea, am reușit să obținem 100% integritate a datelor într-un test de 18 ore al echipamentului.
8. Care sunt celelalte platforme hardware de consum redus care vor fi acceptate de Chirp?
Avem deja un SDK stabil pentru ARM Cortex M4 și M7 și apoi lucrăm la trimiterea doar a SDK pentru ARM Cortex M0, care este un procesor cu punct fix care nu are arhitectură în virgulă mobilă. De asemenea, sprijinim ESP32 prin intermediul platformei Arduino și am început să analizăm și suportul FPGA pentru procese extrem de eficiente.
9. Unde se utilizează în prezent ciripitul, ne puteți da câteva exemple de utilizare?
Detectarea proximității este o aplicație foarte bună. Deoarece doar oamenii din apropierea ta îți pot auzi ciripitele, poate fi folosit ca euristică pentru a ști cine este în jurul tău. Chirp este folosit de o imensă platformă de jocuri sociale numită Roblox ca o modalitate pentru tinerii jucători de a detecta alte persoane din apropierea lor, folosind în mod eficient ciripitele cu ultrasunete. În acest fel îmi pot scoate telefonul mobil și va acționa ca un far ultrasonic care va fi descoperit de alți jucători din cameră pentru a iniția o sesiune de jocuri.
Suntem, de asemenea, pe punctul de a lansa un parteneriat cu o companie importantă de săli de ședințe pentru a le ajuta cu navigarea în interior folosind Chirp. Pe măsură ce vă plimbați dintr-o cameră în alta într-o clădire, este destul de important ca dispozitivul dvs. să știe în ce cameră vă aflați. Cu această organizație, folosim chirpul ca modalitate pentru laptopul sau mobilul dvs. de a spune în ce cameră vă aflați în prezent și vă permit să faceți o conexiune la o sală de ședințe.
10. Care sunt termenii de licențiere pentru Chirps SDK? Ce fel de loialitate este implicat?
Pentru afaceri mai mici, pasionați și producători de bricolaj, Chirp este complet gratuit până la 10.000 de utilizatori activi lunar. Acest lucru se datorează faptului că dorim cu adevărat să vedem oameni care folosesc tehnologia noastră și comunitatea de dezvoltatori experimentând cu ea. În afară de asta, dorim să susținem și întreprinderile mici. Pentru întreprinderile și clienții mai mari avem tendința de a le percepe o taxă anuală