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¿Qué pasa con el Libro de cocina de IoT M2M – Cómo desarrollar un dispositivo basado en módulos de red de área amplia inalámbrica?
Tabla de contenido
1 ¿Por qué escribí el libro de cocina IoT / M2M? 5
2 Consideraciones fundamentales antes de iniciar el proyecto IoT / M2M 6
3 Certificaciones y homologaciones 6
3.1 Ejemplos de aprobaciones de radio en la UE y EE. UU. 6
3.2 Ejemplos de aprobaciones de radio en EE. UU. Y Canadá (PTCRB) 8
3.3 Ejemplos de aprobaciones relacionadas con la automoción en Europa 8
3.4 SAR – Tasa de absorción específica 9
4 Comunicación de datos celulares (GPRS, USSD, SMS, CSD, DTMF) 9
4.1 Comunicación de voz 10
4.2 Módem / acoplador acústico / encriptación 10
4.3 DTMF (multifrecuencia de doble tono) 10
4.4 GPRS (Servicio general de radio empaquetado) 11
4.5 SMS 11
4.6 USSD (Datos de servicio suplementarios no estructurados) 12
4.7 Comparación del consumo de energía (SMS, USSD y GPRS) 12
4.8 CSD (Datos conmutados por circuito) 13
5 tensión de alimentación 14
5.1 Encendido de temporización y espera (14.04.14) 14
5.2 Módulo celular en modo de ahorro de energía (14.04.2014) 14
5.3 Resistencia interna de baterías y transformadores de tensión lineal 15
5.4 Regulador de voltaje de modo conmutado 17
5.5 Simulación de una fuente de alimentación conmutada con LT Spice 17
5.6 Condensadores en la fuente de alimentación y el módulo celular (14.04.2014) 19
5.7 Tensión de alimentación para la antena GNSS (14.04.2014) 19
6 Antenas para dispositivos IoT / M2M 19
6.1 Antenas monopolo y dipolo 19
6.2 ¿Nada interferirá con su antena integrada? 20
6.3 ¿Por qué las antenas de chip o parche incrustadas son resonantes en la frecuencia? 21
6.4 ¿Cómo afectará el plano de tierra a su antena integrada? 21
6.5 Cómo conectar su antena incorporada con su módulo inalámbrico 04.11.2014 23
6.6 Cómo diseñar un circuito de adaptación de antena 25
6.7 Software gratuito para generar un circuito coincidente automáticamente 26
6.8 ¿Cómo cambiar entre una antena interna y externa celular o GNSS barata? 26
6.9 ¿Qué antena GPS se usará para un dispositivo de rastreo? 27
6.10 ¿Qué antena integrada se debe seleccionar para una aplicación Bluetooth / GNSS? 28
6.11 Qué hacer y qué no hacer durante el diseño de la antena incorporada 30
6.12 Ejemplo: antena de PCB incorporada dentro de una máquina expendedora 31
6.13 Ejemplo: antenas integradas en el dispositivo telemático IN1 de GPSoverIP 32
7 Simulación de una antena 32 de pista de PCB GSM incorporada
7.1 Definición del proyecto de simulación de antena 32
7.2 Descripción de la antena F invertida 33
7.3 Modelo 3D de la simulación 34.
7.4 Optimización – determinación de la forma de la antena 35
7.5 Requisitos típicos de una antena GSM de cuatro bandas 35
7.6 Optimización de la antena de banda cuádruple forma de antena GSM 38
7.7 Características direccionales de la antena para dos frecuencias GSM 39
7.8 Influencia en las características de la antena de la carcasa 41
7.9 Influencia del plano de tierra en las características de la antena 42
7.10 Optimización de la antena simulada con el circuito correspondiente (03.05.2014) 43
7.11 Diseño de la antena simulada para un rastreador GSM / GPS especial (26.10.2014) 44
8 Componentes alrededor del módulo celular 45
8.1 tarjeta SIM 45
8.2 Suscripción a la tarjeta SIM 46
8.3 Condensador de ESR bajo 46
8.4 Protección ESD (11.09.14) 47
8.5 Altavoz y micrófono 47
8.6 Actualización de firmware en la PCB final 47
9 Ejemplos de errores y fallas durante el desarrollo de M2M 47
9.1 Apagar y reiniciar 48
9.2 errores de SMS 48
9.3 Errores CSD 49
9.4 Errores de conexión IP 49
9.5 Análisis de un máximo de errores de diseño en un diseño M2M 49
9.6 Análisis de errores en la antena de seguimiento de PCB para GSM 50
9.7 Análisis de la antena del chip GSM en el plano de tierra pequeño 51
9.8 Análisis de un reloj suizo GSM 52.
9.9 Análisis detallado de la antena LTE incorporada (27.04.2014) 52
10 Ruido de radiación, máximo falso, radiación de antena (13.10.2014) 53
10.1 Antena de radiación versus ruido de radiación 53
10.2 Ruido conductivo 55
10.3 Ruido conductivo transformado en ruido radiado 55
10.4 Ruido radiado transformado en ruido conductor 55
10.5 Prevención contra el ruido radiado 56
11 Cómo usar un analizador vectorial de red para el desarrollo de IoT M2M (02.01.2015) 57
11.1 Guía de inicio rápido Analizador vectorial MiniVNA Tiny (06.10.2014) 59
11.2 Explicación S11, VSWR, pérdida de retorno, coeficiente de reflexión y ancho de banda de antena 62
11.3 Descubra la verdad: se probaron cuatro antenas celulares con MiniVNA 64
11.4 Una comparación de tres analizadores de redes vectoriales (07.02.2015) 70
12 Probando tu dispositivo M2M 76
12.1 picos de potencia de TX por el modo de prueba del módulo celular 76
12.2 Pseudo carga de carga máxima de 2 amperios con generador de función propio (09.09.2014) 76
12.3 picos de potencia de TX por el comprobador GSM 77
12.4 Prueba de la sensibilidad 78
12.5 Prueba de la potencia de TX irradiada 78
12.6 ¿Dónde conseguir un probador celular barato? 78
12.7 Ejemplo de un informe de medición por equipo de prueba GSM (26.07.2014) 78
12.8 Tensión de ondulación y pico: visible mediante equipo de prueba GSM (26.08.2014) 82
12.9 Cómo probar un módulo UMTS en una banda externa (26.08.2014) 84
12.10 Prueba con probadores UMTS 84
12.11 Cómo probar un módulo LTE en bandas extranjeras (26.08.2014) 85
12.12 Problema esperado con los módulos LTE en todo el mundo (26.08.2014) 85
12.13 Prueba del módulo GNSS (28.08.2014) 86
12.14 Medición de la antena celular en 3D 87
12.15 Resumen de pruebas 87
13 comandos AT 87
13.1 Comandos AT durante el encendido en su kit de evaluación de módulo celular 87
13.2 Hello World en GSM: comandos AT para enviar un SMS 89
13.3 Comandos AT y bucles lógicos para configurar un canal de comunicación 89
14 Descripciones de proyectos de dispositivos IoT M2M (26.10.2014) 91
14.1 Descripción del proyecto de un dispositivo de rastreo a largo plazo 91
14.2 Descripción del proyecto de un dispositivo de rastreo flexible de billetes 92
15 gracias 94
1 ¿Por qué escribí el libro de cocina IoT / M2M?
He trabajado en el Wireless M2M durante más de un cuarto de siglo. Hace veinticinco años, ni siquiera teníamos una palabra para “M2M” o IoT. Desarrollamos dispositivos de Máquina a Máquina sin saber que décadas más tarde estas creaciones se llamarían “dispositivos M2M”. Hace veinticinco años, la red GSM para la comunicación inalámbrica de datos no existía. Realicé mis primeros pasos en la comunicación inalámbrica de datos con Frequency Shift Keying (FSK) en las radios móviles privadas (PMR). En los PMR conseguimos velocidades de comunicación de 3600 bits por segundo. Poco después comenzamos a utilizar radios troncales análogas públicas. Estos sistemas de radio troncal proporcionaban redes inalámbricas terrestres locales en FSK. Hace años, la red de radio troncal análoga pública final en Alemania fue puesta fuera de servicio. GSM saltó con su Servicio de mensajes cortos (SMS) y Datos de conmutación de circuitos (CSD). CSD nos proporcionó 9600 bits por segundo. Podríamos utilizar SMS y CSD para la comunicación de datos en todo el país fácilmente. Posteriormente el roaming GSM nos ofreció comunicación de datos a nivel mundial. Hoy en día, GSM / GPRS se está eliminando gradualmente y está siendo reemplazado por la tecnología 3G y 4G.
En los Estados Unidos, el operador celular AT&T ya no acepta nuevas aplicaciones M2M en GSM / GPRS. AT&T solo aceptará solicitudes en 3G y 4G (UMTS, HSPA, LTE). Algunas personas intentan diferenciar entre M2M y IoT. Llámelo IoT o M2M, no importa. Las aplicaciones para IoT o M2M a menudo utilizan la misma tecnología inalámbrica. IoT es el paraguas de una serie de subconjuntos de comunicaciones de datos inalámbricas. M2M es uno de estos subconjuntos y quizás uno de los más antiguos también.
Este libro de cocina de IoT / M2M describe cómo desarrollar un dispositivo de rastreo basado en módulos celulares y GNSS. Puede crear un dispositivo telemétrico ignorando el aspecto GNSS. Los dispositivos típicos sin GNSS incluyen enrutadores celulares con puertos Ethernet o un puente de celular a Wi-Fi. Sin embargo, el sistema de navegación para camiones descrito en este libro ya utiliza seis tecnologías inalámbricas diferentes (2G, 3G, GNSS, Bluetooth clásico, Bluetooth de baja energía y NFC) con cinco antenas diferentes dentro de un gabinete.
Las redes celulares para GSM, HSPA y LTE son las redes inalámbricas de área extensa (WWAN). Sin embargo, en algunas regiones tenemos WWAN sobre CDMA y WiMax.
A veces no es fácil encontrar la palabra en inglés adecuada para los términos de este libro. La palabra común para SMS en el Reino Unido es “mensaje de texto”. En este libro, usaremos constantemente el término “SMS”. Una tarjeta SIM de prepago en el Reino Unido se denomina “Tarjeta SIM de Pay As You Go”. Normalmente usaré las palabras comunes especificadas por ETSI; lo llamaré tarjeta SIM de prepago. Si utilizo el término “módulo GSM”, esto también cubrirá los módulos 3G y 4G, porque el retroceso de UMTS, HSPA y LTE sigue siendo 2G (GSM / GPRS). GPS es fundamentalmente un término incorrecto. El Sistema de posicionamiento global (GPS) es solo uno de varios Sistemas de navegación por satélite global (GNSS) que proporcionan la funcionalidad a la que nos referimos como “GPS”. Actualmente podemos acceder al GNSS ruso llamado Glonass. El GNSS chino se llama Beidou. En algún momento podremos acceder al GNSS europeo llamado Galileo.
El libro de cocina de IoT / M2M está destinado a ayudar a los desarrolladores de aplicaciones inalámbricas a ahorrar tiempo y quizás proporcionar algunas ideas inspiradoras. Es un libro para fabricantes y resume la experiencia colectiva en mis diferentes trabajos. Al liderar un equipo de desarrolladores necesarios para diseñar un dispositivo móvil de rastreo GSM / GPS, aprendí a pensar como un desarrollador de un dispositivo IoT / M2M. En más de quince años de trabajo con la fabricación y distribución, proporcioné los mismos consejos y recomendaciones una y otra vez a los desarrolladores de aplicaciones inalámbricas. El origen de este libro fue una nota de solicitud de 14 páginas escrita en julio de 2010. En mayo de 2012, tomé la decisión de transmitir la historia que entrego semanalmente a los clientes dentro de un libro. El objetivo de este libro es guiar a los desarrolladores desde el concepto de dispositivo IoT / M2M hasta el producto final producido en masa. Este libro no proporcionará soporte de detalles introductorios, como por ejemplo, cómo funciona una antena F invertida. Para explicar esos conceptos, proporcionaré enlaces a información de apoyo relevante. En cualquier caso, este libro le proporcionará información que a menudo se omite en el módulo de radio oficial y en la documentación del fabricante de la antena. Este libro muestra una antena de PCB F invertida para GSM en detalle. Explica cómo rediseñarlo con su propio PCB y cómo encapsular todo el diseño en resina epoxi. También explica cómo integrar una antena de chip o PCB con un cable coaxial.
También se incluyen en el libro algunos conceptos de fuente de alimentación, incluidos los módulos LT Spice para reguladores de CC / CC y el generador de carga para las corrientes de pico de 2 amperios. Se debe tener en cuenta que el reinicio de apagado de energía sigue siendo la falla principal en los diseños con módulos celulares.
Espero que disfrutes leyendo el libro y espero que también te ahorre algo de tiempo.
Si le interesa leer el Libro de cocina de IoT / M2M, no dude en enviar un correo electrónico a harald.naumann (at) gsm – modem. Delaware
– Ver más en: http://www.gsm-modem.de/M2M/m2m_…
Escrito el 25 de mayo. 53 vistas.