ด้วยความคึกคักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีต่อ IoT การสื่อสารระหว่างเครื่องจักรกับเครื่องจักรและอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อวิศวกรออกแบบจึงพยายามค้นหาโหมดเทคนิคการสื่อสารที่ยอดเยี่ยมเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สองเครื่อง ในขณะที่มีตัวเลือกมากมายให้เลือกเช่น BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox เป็นต้น บริษัท ชื่อChirpได้พัฒนา SDK ที่ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลผ่านเสียงได้โดยใช้ลำโพงและไมโครโฟนของอุปกรณ์โดยไม่ต้องใช้ การจับคู่ ยิ่งไปกว่านั้น SDK ยังไม่ขึ้นกับแพลตฟอร์มและยังรองรับการสื่อสารข้อมูลพลังงานต่ำ
SDK เข้ารหัสข้อมูลเป็นสตรีมเสียงที่ไม่ซ้ำกันและเล่นผ่านลำโพงของอุปกรณ์สตรีมเสียงนี้สามารถรับได้โดยอุปกรณ์ใดก็ได้โดยใช้ไมโครโฟนและถอดรหัสเพื่อรับข้อความจริง SDK เป็นแพลตฟอร์มข้ามแพลตฟอร์มและรองรับ Android, iOS, Windows และ python แล้ว นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในแพลตฟอร์มไมโครคอนโทรลเลอร์เช่น ARM และรองรับแพลตฟอร์มการพัฒนาเช่น ESP32 และ Raspberry Pi หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Chirp และการใช้งานที่เป็นไปได้ Circuit Digest ได้ติดต่อDr. Daniel Jones - CTO ของ Chirpเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับคำถามสองสามข้อ คำตอบที่สรุปไว้ด้านล่าง
1. เทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังการร้องเสียงหลงคืออะไรและทำงานอย่างไร?
Chirp เป็นวิธีการส่งข้อมูลโดยใช้คลื่นเสียง ตรงกันข้ามกับ Wi-Fi หรือบลูทู ธ ที่ใช้ความถี่วิทยุ Chirp เข้ารหัสข้อมูลในโทนเสียงที่สามารถเล่น (ส่ง) โดยใช้ลำโพงคอมพิวเตอร์และรับผ่านไมโครโฟนคอมพิวเตอร์ใด ๆ โดยไม่จำเป็นต้องมีฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมเช่นชิป RF สิ่งนี้ทำให้ Chirp สามารถใช้กับอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภคที่มีลำโพงและไมโครโฟนอยู่เช่นโทรศัพท์มือถือแล็ปท็อประบบ PA เป็นต้นและสามารถส่งข้อมูลผ่านสตรีม YoutTube หรือการออกอากาศทางทีวี
โทนเสียงที่เข้ารหัสที่เล่นผ่านลำโพงนั้นอ่อนไหวต่อมนุษย์และฟังดูเหมือนเพลงนกดิจิทัลชิ้นเล็ก ๆ จึงมีชื่อว่า "chirp" แต่เรายังสามารถใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าลำโพงคอมพิวเตอร์และไมโครโฟนสามารถทำงานร่วมกับความถี่อัลตร้าโซนิคที่ไม่ได้ยินกับหูของมนุษย์ด้วยวิธีนี้เรายังสามารถส่งข้อมูลผ่านเสียงที่เราไม่ได้ยิน
2. ด้วยโปรโตคอลการสื่อสารไร้สายมากมายที่อยู่รอบตัวเราเช่น BLE, NFC, RFID, LoRa และอื่น ๆ ทำไมเราถึงยังต้องการเสียงร้อง มีอะไรพิเศษกับมัน?
เหตุผลหนึ่งคือความเสียดทานที่ต่ำมากของเจี๊ยบ ซึ่งแตกต่างจากบลูทู ธ หรือ Wi-Fi ฉันสามารถใช้ Chirp เพื่อเริ่มต้นการสื่อสารแบบหนึ่งต่อหลายรายการได้ทันทีเพื่อแบ่งปันข้อความกับทุกคนรอบตัวโดยไม่ต้องจับคู่ ช่วยให้แชร์บางสิ่งอย่างรวดเร็วและง่ายดายกับทุกคนในห้องหรือรอบโต๊ะได้ง่ายขึ้นมาก มันมีประโยชน์มากสำหรับการติดต่อกับผู้คนที่ฉันไม่เคยพบมาก่อนหรือสำหรับการโต้ตอบกับเครื่องจักรที่ฉันอาจไม่เคยพบมาก่อน เช่นเปิดตู้เก็บของอัจฉริยะหรือแชร์นามบัตรเป็นต้น..
นอกจากนั้นหลายครั้งเรายังเห็น Chirp ถูกนำมาใช้ใน Peer to Peer Communication ด้วย ตัวอย่างเช่น Shuttl บริษัท รถบัสของอินเดียใช้ Chirp ระหว่างคนขับรถบัสและผู้โดยสารเพื่อตรวจสอบว่าบุคคลนั้นขึ้นรถบัสหรือไม่และมีการแลกตั๋วหรือไม่
3. เป็นไปได้หรือไม่ที่จะตั้งค่าการสื่อสารแบบตาข่ายกับเจี๊ยบ? ฉันสามารถสื่อสารกับอุปกรณ์หลายเครื่องได้หรือไม่?
ใช่สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งที่ต้องจำเกี่ยวกับเสียงคือการสื่อสารประเภทหนึ่งมากเกินไปซึ่งหมายความว่าสิ่งใดก็ตามที่อยู่ใกล้เคียงที่อยู่ในระยะการได้ยินของเครื่องส่งสัญญาณของเราจะได้ยินเสียงและจะรับข้อมูล สิ่งนี้มีทั้งข้อดีและข้อ จำกัด ข้อดีคือมันง่ายมากสำหรับการแชร์แบบหลายผู้รับ สำหรับสิ่งต่างๆเช่นเครือข่ายตาข่ายอาจใช้งานได้ แต่คุณจะต้องมีลำดับของตัวรับสัญญาณภายในระยะการได้ยินของกันและกัน ดังนั้นโดยปกติเรามักจะใช้เสียงร้องประสานกันมากขึ้นสำหรับสถานการณ์การออกอากาศหนึ่งถึงหลายสถานการณ์
4. เจี๊ยบทำงานได้อย่างไรโดยไม่ต้องมีการจับคู่? สิ่งนี้นำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัยของข้อมูลหรือไม่
เรามีแอปสาธิตขนาดเล็กมากชื่อว่า“ Chirp Messenger” (พร้อมใช้งานบนร้านค้า Android และ iOS) ที่แสดงให้เห็นว่า SDK ของเราทำงานอย่างไร ในการส่งข้อความผู้ใช้สามารถพิมพ์ข้อความและกดส่งซึ่งจะฝังข้อความลงในโทนเสียงและเล่นผ่านลำโพงโทรศัพท์ของฉัน ดังนั้นอุปกรณ์ใด ๆ ที่อยู่ใกล้ ๆ ซึ่งใช้งานชุดนักพัฒนาของเราสามารถรับเสียงเรียกเข้าเหล่านี้ผ่านไมโครโฟนได้ โทนเสียงเหล่านี้ถูกถอดรหัสเป็นความถี่ที่เป็นส่วนประกอบและใช้การแก้ไขข้อผิดพลาดเพื่อตอบโต้ผลกระทบของเสียงรบกวนและการบิดเบือนเพื่อให้ได้ข้อความจริง วิธีนี้ Chirp ช่วยขจัดสิ่งที่จำเป็นทั้งหมดได้อย่างสมบูรณ์คือการได้ยินเสียงและถอดรหัส
มีผลกระทบด้านความปลอดภัยบางอย่างที่สามารถใช้เมื่อส่งข้อมูลที่ละเอียดอ่อนผ่าน Chirp เช่นการวางคุณลักษณะด้านความปลอดภัยบางอย่างลงบนโปรโตคอลที่มีอยู่ เนื่องจาก Chirp เป็นเพียงสื่อการถ่ายโอนคุณจึงสามารถฝังอะไรก็ได้ในโทน ตัวอย่างเช่นคุณสามารถใช้การเข้ารหัส RSA หรือ AES เพื่อทำให้ข้อมูลของคุณเข้ารหัสก่อนที่จะส่งผ่านชิปแล้วถอดรหัสโดยใช้การเข้ารหัสคีย์สาธารณะ
5. Chirp มีขนาดเล็กพอที่จะใช้กับคอนโทรลเลอร์แบบฝังที่ใช้พลังงานต่ำหรือไม่? กินไฟเท่าไหร่?
เราพยายามเพิ่มประสิทธิภาพ SDK ของเราให้มากที่สุด เรามีทีม DSP ในตัวที่น่าทึ่งซึ่งจะตัดบิตและไบต์ที่ไม่จำเป็นออกจากโค้ดเพื่อลดวงจรของ CPU เหตุผลก็คือหนึ่งในพื้นที่ขนาดใหญ่ที่เราเห็นการดูดซึมนั้นมาจากชิปฟิลด์ที่ฝังไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณต้องการสื่อสารกับอุปกรณ์ IoT ที่ใช้พลังงานต่ำและสเปคต่ำ SDK ของเราสามารถทำงานบนโปรเซสเซอร์ ARM Cortex M4 ที่ทำงานที่ความถี่ 90Mhz โดยมี RAM น้อยกว่า 100kB
การวัดพลังงานบนคอนโทรลเลอร์ Cortex-M4 ตามที่วัดได้จากบอร์ดพัฒนาของเราอยู่ที่ประมาณ 20mA เมื่อฟังอย่างแข็งขันและน้อยกว่า 10uA ในโหมดปลุกด้วย 90M รอบต่อวินาที โหมดปลุกเสียงใช้ไมโครโฟนพลังงานต่ำมากจากผู้ผลิตที่เรียกว่า Vesper ซึ่งทำให้ไมโครโฟนไม่มีพลังงานตลอดเวลา ด้วยวิธีนี้ไมโครโฟนจะแสดงรายการเสียงอย่างแข็งขันและเมื่อได้ยินเสียง chrip มันจะปลุกตัวควบคุม Cortex จากโหมดสลีปเพื่อถอดรหัสข้อมูล
6. อะไรคือช่วงการสื่อสารและน้ำหนักบรรทุกของ Chirp Communication?
ในแง่ของระยะทั้งหมดขึ้นอยู่กับความดังของสัญญาณที่ส่งมาจากลำโพง ระดับเสียงของการออกอากาศที่สูงขึ้นในช่วงที่ไกลออกไปนี่เป็นเพราะการรับข้อมูลไมโครโฟนจะต้องได้ยินก่อน เราสามารถควบคุมช่วงได้อย่างง่ายดายโดยการควบคุมระดับความดันเสียงของอุปกรณ์เปล่งเสียง ที่ปลายสุดคุณสามารถกระจายเสียงไปยังสนามกีฬาทั้งหมดที่ส่งข้อมูลของคุณไปไกลหลายร้อยเมตรหรือคุณสามารถลดระดับเสียงลำโพงของเราเพื่อส่งข้อมูลของคุณภายในห้อง
ในแง่ของอัตราข้อมูลช่องสัญญาณเสียงจะมีเสียงดังดังนั้นจึงไม่ใช่อัตราที่สามารถใช้แข่งขันกับบลูทู ธ หรือ Wi-Fi ได้ เรากำลังพูดถึงหลายร้อยบิตต่อวินาทีไม่ใช่เมกะบิต ซึ่งหมายความว่า Chirp แนะนำให้ใช้ในการส่งข้อมูลขนาดเล็กเช่นค่าโทเค็นเป็นต้นโปรโตคอลที่เร็วที่สุดของเราทำงานที่ 2.5kb / วินาที แต่ใช้สำหรับสถานการณ์รูปแบบ NFC ระยะสั้น ในช่วงที่ยาวมากอัตราข้อมูลจะเท่ากับ 10 บิตต่อวินาที
7. เนื่องจากมีการแลกเปลี่ยนข้อมูลโดยใช้คลื่นเสียงจะมีภูมิคุ้มกันต่อเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมได้อย่างไร?
เห็นได้ชัดว่าสภาพแวดล้อมรอบตัวเรามีเสียงดังอย่างไม่น่าเชื่อตั้งแต่ร้านอาหารไปจนถึงบรรยากาศในโรงงานอุตสาหกรรมมักมีเสียงรบกวนอยู่เสมอ เดิมทีเรามาจากงานวิจัยของมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอนห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ซึ่งมองหาปัญหาในการสื่อสารด้วยเสียงในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังเป็นหลัก และเรามีปริญญาเอกและอาจารย์หลายคนที่พยายามแก้ไขปัญหานี้ นี่คือจุดที่งานวิจัยจำนวนมากให้ความสำคัญและเราได้รับสิทธิบัตรหลายฉบับในพื้นที่นี้
จากข้อพิสูจน์นี้เราประสบความสำเร็จในการดำเนินงานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่นี่ในสหราชอาณาจักร เราถูกนำโดย บริษัท ที่เรียกว่า EDF energy เพื่อส่งน้ำหนักบรรทุกล้ำเสียงในช่วง 80 เมตรในสภาพแวดล้อมพื้นหลังที่ทำให้หูหนวกอย่างไม่น่าเชื่อถึง 100 เดซิเบลที่เราต้องสวมชุดป้องกัน ถึงกระนั้นเราก็สามารถบรรลุความสมบูรณ์ของข้อมูล 100% ในการทดสอบอุปกรณ์ 18 ชั่วโมง
8. Chirp รองรับแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์พลังงานต่ำอื่น ๆ อะไรบ้าง?
เรามี SDK ที่เสถียรสำหรับ ARM Cortex M4 และ M7 แล้วและต่อไปเรากำลังดำเนินการส่งเฉพาะ SDK สำหรับ ARM Cortex M0 ซึ่งเป็นหน่วยประมวลผลจุดคงที่ที่ไม่มีสถาปัตยกรรมจุดลอยตัว นอกจากนี้เรายังสนับสนุน ESP32 ผ่านแพลตฟอร์ม Arduino และได้เริ่มพิจารณาการสนับสนุน FPGA ด้วยเช่นกันสำหรับกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูง
9. ขณะนี้ chirp กำลังใช้งานอยู่ที่ไหนคุณช่วยยกตัวอย่างกรณีการใช้งานให้เราได้หรือไม่?
การตรวจจับความใกล้เคียงเป็นแอปพลิเคชั่นที่ดีมาก เนื่องจากมีเพียงคนที่อยู่ใกล้คุณเท่านั้นที่ได้ยินเสียงร้องของคุณจึงสามารถใช้เป็นฮิวริสติกเพื่อรู้ว่าใครอยู่รอบตัวคุณ Chirp ถูกใช้โดยแพลตฟอร์มเกมโซเชียลขนาดใหญ่ที่เรียกว่า Roblox เพื่อให้นักเล่นเกมรุ่นใหม่สามารถตรวจจับคนอื่น ๆ ที่อยู่ใกล้ ๆ พวกเขาได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้เสียงร้องล้ำเสียง ด้วยวิธีนี้ฉันสามารถดึงมือถือของฉันออกมาและมันจะทำหน้าที่เป็นสัญญาณอัลตร้าโซนิคที่ผู้เล่นคนอื่น ๆ ในห้องจะค้นพบเพื่อเริ่มเซสชันการเล่นเกม
นอกจากนี้เรากำลังจะเปิดตัวความร่วมมือกับ บริษัท ห้องประชุมรายใหญ่เพื่อช่วยเหลือพวกเขาในการนำทางภายในอาคารโดยใช้ Chirp ในขณะที่คุณเดินจากห้องหนึ่งไปอีกห้องหนึ่งในอาคารเป็นสิ่งสำคัญมากที่อุปกรณ์ของคุณจะต้องรู้ว่าคุณอยู่ในห้องไหนด้วยองค์กรนี้เราใช้เสียงร้องประสานเป็นวิธีที่แล็ปท็อปหรือมือถือของคุณเพื่อบอกว่าคุณอยู่ในห้องใดในปัจจุบันและ ช่วยให้คุณสามารถเชื่อมต่อกับห้องประชุมได้
10. เงื่อนไขการอนุญาตให้ใช้สิทธิ์สำหรับ Chirps SDK คืออะไร? เกี่ยวข้องกับความภักดีแบบใด?
สำหรับธุรกิจขนาดเล็กมือสมัครเล่นและผู้ผลิต DIY Chirp ให้บริการฟรีถึง 10,000 ผู้ใช้ที่ใช้งานต่อเดือน นี่เป็นเพราะเราต้องการเห็นผู้คนใช้เทคโนโลยีของเราและชุมชนนักพัฒนาซอฟต์แวร์ได้ทดลองใช้งานจริง นอกเหนือจากนั้นเรายังต้องการสนับสนุนธุรกิจขนาดเล็ก สำหรับองค์กรขนาดใหญ่และลูกค้าเรามักจะเรียกเก็บค่าธรรมเนียมรายปี