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バッテリーレス無線センサー技術でわくわくドキドキ!
EnOcean Alliance +IoT ALGYAN
IoT ALGYAN 運営委員
デバイスドライバー開発者向け教育 ドライバー開発
EnOcean IoT開発
【オンライン】ALGYAN5周年IoT祭2020
『リモート×計測・制御・AI』
→ALGYAN
→ALGYAN
マスコット
キャラクター
は イルカ
1. 通信の基礎
EnOcean
• 省電力・極小データ 特化
ID
EnOcean ID
各チップユニークな
MAC Address
製造時 埋め込み済
大量データ通信と
コネクション通信は想定外
(厚さ10mm 鉄板を通過)
• 通信速度:125 kbps(100ms毎に中断あり)
• 電波仕様は、実はファームウェアである程度設定変更可能
868 MHz: EU
315 MHz : 旧版
902 MHz: 北米
928 MHz: 日本
...
FROM アドレス
TO アドレス
デフォルト=FFFF FFFF
通常30バイト程度、可変長
• PTM
• STM
• TCM
EnOcean
• battery-less = no battery
= Self-power(ed) = Ultra-low-power
• line-power(ed)
autarkic =英・独 自給自足
アウタキック
Dolphin Core
EnOcean
温度、湿度、設定値、赤外線、圧力、
照度、ガス濃度 など
PTM, STM
環境エネルギー
エネルギー
変換機
エネルギー
マネージメント センサー
マイクロ
コントローラ
無線
トランシーバー
無線
トランシーバー
マイクロ
...
EnOcean
温度、湿度、設定値、赤外線、圧力、
照度、ガス濃度 など
PTM, STM
環境エネルギー
エネルギー
変換機
エネルギー
マネージメント センサー
マイクロ
コントローラ
無線
トランシーバー
無線
トランシーバー
マイクロ
...
現在のバージョン
ESP 3.0
ERP 1.0 and ERP 2.0
Host
EnOcean
Gateway
(TCM)
無線送信
無線受信
送信データ
受信データ
制御コマンド
特殊な通信
結果・通知・状態
シリアル通信(UART)
E...
(機能追加などの歴史的な経緯で拡張)
• TCM ハードウェア+ファームウェアで実装
• EnOcean FROM ID
• 実運用環境では必須
1:00pm
22°C
窓開放中!
+-
SET
2nd sub-telegram:
センサー パラメータの更新
(例:設定値ゼロクリア, 時間同期,
窓の開閉情報 など)
1st sub-telegram: 測定値
(例: 温度, 湿度)
E...
2. プロファイルとTeach-In
Teach-In
• Teach-In LEARN ボタン
LEARN ボタン
• EEP
GP
• EEP
EEP
EnOcean 技術セミナー
EEP「A5-02-14」の例
• -20°~+60℃の温度センサー
• データフィールド2バイト目
8ビットに0~255のAD値で通知
EnOcean GP (Generic Profile) プロファイル 機
能• あらゆるセンサー, デバイスを規定 する汎用フォーマット定
義
• 事前定義済の約30種類の測定対象(表示単位、英語名称付)
• 事前定義済のデータ性質(現在値、...
3. セキュリティ
OFF
ON
セキュリティON がデフォルト
• セキュリティ対応は別製品
• セキュリティはデフォルト対応
• ホスト・プログラムで対応
PUBLIC KEY
RLC
AES128
ENC
DATA
DATA_ENC
PRIVATE KEY
XOR
XOR
PUBLIC KEY
RLC
...
この文書と実機、DolphinView があれば
受信側の解読プログラムが開発可能
4. 開発ツール
入手先 https://www.enocean.com/en/support/download/
ツールは
これで十分
EOP350
STM400J
STM431J
USB400J
ECO200
PTM430J
PTM210J
EDK400J で出来ること
本日の
賞品別売 学習用CD
デバイスドライバーズ提供
① EnOcean 一般システム実験
USB+ S...
EnOcean Link
https://www.enocean.com/en/products/enocean-software/enocean-link/
ゲートウェイ開発用
有償ソースコード販売
EnOcean機器の設定を
EnOcean 通信で実現す
るUnix RPC 的 方式
REST+JSON にEnOcean
通信をマッピング
規格化が遅く未普及
EnOcean Alliance ロゴ
規取得に必須
自前でテスト、申請
STM Ultra-low-power Sensor の典型的な動作
long-term
capacitor
typ. 0.25F
Dolphin Chip サポート
短時間で蓄積
長時間継続供給
低抵抗・低放電
ロングタームキャパシタ
なぜ、...
消費電力
Transmit mode: typ. 22mA
Deep Sleep: typ. 100nA
センサー消費分は含まれず
送信の100~10,000倍を消費
88 msec
温度、湿度、設定値、赤外線、圧力、
照度、ガス濃度 など
PTM, STM
環境エネルギー
エネルギー
変換機
エネルギー
マネージメント センサー
マイクロ
コントローラ
無線
トランシーバー
無線
トランシーバー
マイクロ
コントローラ
環...
ECO 200
ECT 310
ECS 200
STM3xy,STM4xy
搭載 PAS614L
太陽誘電製
大容量リチウムイオンキャパシタ
PTM210J
スイッチ
PTM430J
スイッチ用
チップ
STM400J
センサー用
チップ
STM429J
マグネット
センサー
STM431J
温度センサー
http://www.enocean.com/jp/enocean_modul...
• 安定動作、コンパイラ不要、使い易い機能とデフォルト
• 名称:Universal Sensor (USN)
• 名称: Temperature Sensor (STMTRH)
• 名称: Magnet Sensor (STMMAG)
要コンパイラ、要マイコン開発、苦労有り
• NOTE:USNとSTMTRH以外のソースコードは公開されていないため
標準ファームウェアの改造を前提とする場合は注意
• EnOcean は魔法ではない
EnOcean を使うと
×間違い:エネルギーが湧いてくる
◎正解:エネルギーを有効活用可能
温度、湿度、設定値、赤外線、圧力、
照度、ガス濃度 など
PTM, STM
環境エネルギー
エネルギー
変換機
エネルギー
マネージメント センサー
マイクロ
コントローラ
無線
トランシーバー
無線
トランシーバー
マイクロ
コントローラ
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製品化済の
コネクティビティ
EnOcean Alliance Japan
Micro
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Local
Sensor
TCM インターフェース / ESP3
Local
Actuator
Remote Management TX
Response
Remot...
ID 管理ESP ドライバー
受信キュー 送信キュー EEP 管理
セキュリティー
キー 管理
GP 管理
EnOcean 通信管理
UI, Localアクティビティ管理 Broker, Network 通信管理
GUI, CUI, GPIO
...
• テレグラムフィルター無し
→ 受信したIDを登録
• テレグラムフィルター付き
Host システム
データポイント登録時の動作例
Azure Broker program
IoT-Edge では
LEARN ボタン
OPTEX社製 人感センサーの
例
ゲートウェイ
搭載機能の例
Smart EnOcean Gateway E-Kit EnOcean Gateway
EnOcean EEP 対応済 対応済
EnOcean GP 対応済 対応済
uPnPゲートウェイ探索 対応済 対応済
ファーム...
特長・新機能
• 蓄電統合型太陽電池搭載
• 多機能・5種類のセンサー
• (温度、湿度、加速度、照度、開閉)
• 新世代チップ(V5)
• NFC コンフィグレーション
• CR1632 ボタン電池対応
• 安価 ケース付製品有り
STM550J の
LEARN ボタン
設定可能な EEP
PC+NFC Writer
または
Android, iPhone
• EnOcean Alliance
• IoT ALGYAN
10月
開発者向けにOSS ライブラリを提供
http://www.enocean.com/en/knowledge-base/
https://www.enocean-alliance.org/specifications/
• http://www.enocean.com/en/technology/
• http://www.enocean-alliance.org/
• http://perpetuum.enocean.com/
日本語
• http://ww...
→別資料をご参照下さい
ありがとうございました。
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  1. 1. バッテリーレス無線センサー技術でわくわくドキドキ! EnOcean Alliance +IoT ALGYAN
  2. 2. IoT ALGYAN 運営委員 デバイスドライバー開発者向け教育 ドライバー開発 EnOcean IoT開発
  3. 3. 【オンライン】ALGYAN5周年IoT祭2020 『リモート×計測・制御・AI』 →ALGYAN →ALGYAN
  4. 4. マスコット キャラクター は イルカ
  5. 5. 1. 通信の基礎
  6. 6. EnOcean • 省電力・極小データ 特化 ID EnOcean ID 各チップユニークな MAC Address 製造時 埋め込み済 大量データ通信と コネクション通信は想定外
  7. 7. (厚さ10mm 鉄板を通過) • 通信速度:125 kbps(100ms毎に中断あり) • 電波仕様は、実はファームウェアである程度設定変更可能 868 MHz: EU 315 MHz : 旧版 902 MHz: 北米 928 MHz: 日本 921 MHz: アジア(新) 2.4G: ZigBee 3.0 2.4G: BLE
  8. 8. FROM アドレス TO アドレス デフォルト=FFFF FFFF 通常30バイト程度、可変長
  9. 9. • PTM • STM • TCM
  10. 10. EnOcean • battery-less = no battery = Self-power(ed) = Ultra-low-power • line-power(ed) autarkic =英・独 自給自足 アウタキック
  11. 11. Dolphin Core
  12. 12. EnOcean 温度、湿度、設定値、赤外線、圧力、 照度、ガス濃度 など PTM, STM 環境エネルギー エネルギー 変換機 エネルギー マネージメント センサー マイクロ コントローラ 無線 トランシーバー 無線 トランシーバー マイクロ コントローラ アクチュエータ / リレー 状態変化通知・機器設定 基本はビル管理への応用 環境情報・設定情報・測定値 TCM DolphinChip (8051) 上でアプリが動作 アクチュエータ 直結入出力
  13. 13. EnOcean 温度、湿度、設定値、赤外線、圧力、 照度、ガス濃度 など PTM, STM 環境エネルギー エネルギー 変換機 エネルギー マネージメント センサー マイクロ コントローラ 無線 トランシーバー 無線 トランシーバー マイクロ コントローラ 環境情報・設定情報・測定値 TCM 基本はネットワーク・クラウド接続 Host システム 様々な IP Connectivity Linux マイコンボード, PC (Windows, Linux) 専用Hostシステム UART/シリアル接続 DolphinChip (8051) をモデムとして利用 様々なアプリが動作
  14. 14. 現在のバージョン ESP 3.0 ERP 1.0 and ERP 2.0 Host EnOcean Gateway (TCM) 無線送信 無線受信 送信データ 受信データ 制御コマンド 特殊な通信 結果・通知・状態 シリアル通信(UART) ESP EnOcean Serial Protocol EnOcean Sensors (PTM, STM) or TCM ERP EnOcean Radio Protocol 物理層・データリンク層を含む UART 上のHost インターフェース プロトコル (コマンド・レスポンス 規格)
  15. 15. (機能追加などの歴史的な経緯で拡張)
  16. 16. • TCM ハードウェア+ファームウェアで実装 • EnOcean FROM ID • 実運用環境では必須
  17. 17. 1:00pm 22°C 窓開放中! +- SET 2nd sub-telegram: センサー パラメータの更新 (例:設定値ゼロクリア, 時間同期, 窓の開閉情報 など) 1st sub-telegram: 測定値 (例: 温度, 湿度) EnOcean SMART ACK は: Ultra-low-powerデバイス が 測定データ送信後の一定時間にだけデータ受信 例:セルフパワー・ディスプレイ付無線センサーとの双方向データ通信を実現 ソーラーパワーHVAC (空調)センサー HVAC = Heating, Ventilation, Air Conditioning
  18. 18. 2. プロファイルとTeach-In
  19. 19. Teach-In • Teach-In LEARN ボタン
  20. 20. LEARN ボタン
  21. 21. • EEP GP • EEP
  22. 22. EEP EnOcean 技術セミナー EEP「A5-02-14」の例 • -20°~+60℃の温度センサー • データフィールド2バイト目 8ビットに0~255のAD値で通知
  23. 23. EnOcean GP (Generic Profile) プロファイル 機 能• あらゆるセンサー, デバイスを規定 する汎用フォーマット定 義 • 事前定義済の約30種類の測定対象(表示単位、英語名称付) • 事前定義済のデータ性質(現在値、設定値、平均値、相対値) • データポイント当たり 1~32bit の データ長 • 10-9~107 の範囲の値 • データ bit位置、 bit幅、最大値、最小値、粒度(精度)定義 • 1 デバイスノード当たり 最大100個のデータポイント • 全データ送受信 と 選択データ送受信 • 双方向送受信(センサーとアクチュエータの共存を想定) • 公開仕様、条件付きで自由に利用可能 温度、湿度、 圧力、照度、 時間、角度、 電圧、流量、 磁力、加速度…
  24. 24. 3. セキュリティ
  25. 25. OFF ON セキュリティON がデフォルト
  26. 26. • セキュリティ対応は別製品 • セキュリティはデフォルト対応 • ホスト・プログラムで対応 PUBLIC KEY RLC AES128 ENC DATA DATA_ENC PRIVATE KEY XOR XOR PUBLIC KEY RLC AES128 ENC DATA_ENC DATA PRIVATE KEY XOR XOR Encoding Decoding 今はこの辺
  27. 27. この文書と実機、DolphinView があれば 受信側の解読プログラムが開発可能
  28. 28. 4. 開発ツール
  29. 29. 入手先 https://www.enocean.com/en/support/download/
  30. 30. ツールは これで十分
  31. 31. EOP350 STM400J STM431J USB400J ECO200 PTM430J PTM210J EDK400J で出来ること 本日の 賞品別売 学習用CD デバイスドライバーズ提供 ① EnOcean 一般システム実験 USB+ STM+PTMx2+STM/TCM ② Subtelegram 解析 STM400JにSnifferファームをダウンロード ③ 各種チップファームウェア設定 ④ 各種チップファームウェア更新 ⑤ カスタムファームウェア開発 (要コンパイラ) ⑥ カスタムセンサー開発 (要キャパシタ+太陽電池回路) ⑦ カスタムハーベスター開発 ⑧ カスタムゲートウェイ開発 ⑨ ブレークアウトボードとして EOP350+STM400J(=TCM410J) / STM431J
  32. 32. EnOcean Link https://www.enocean.com/en/products/enocean-software/enocean-link/ ゲートウェイ開発用 有償ソースコード販売
  33. 33. EnOcean機器の設定を EnOcean 通信で実現す るUnix RPC 的 方式 REST+JSON にEnOcean 通信をマッピング 規格化が遅く未普及 EnOcean Alliance ロゴ 規取得に必須 自前でテスト、申請
  34. 34. STM Ultra-low-power Sensor の典型的な動作 long-term capacitor typ. 0.25F Dolphin Chip サポート 短時間で蓄積 長時間継続供給 低抵抗・低放電 ロングタームキャパシタ なぜ、すぐに動作し始めて、長時間 運用可能なシステムを実現できるか? • Short Term: 電解コンデンサ 直ぐに溜まる、直ぐに抜ける • Long Term: リチウムイオンキャパシタ 溜まり難い、抜けない、過充電禁止・過放電禁止 short-term capacitor typ. 470μF ショートターム キャパシタ
  35. 35. 消費電力 Transmit mode: typ. 22mA Deep Sleep: typ. 100nA センサー消費分は含まれず 送信の100~10,000倍を消費 88 msec
  36. 36. 温度、湿度、設定値、赤外線、圧力、 照度、ガス濃度 など PTM, STM 環境エネルギー エネルギー 変換機 エネルギー マネージメント センサー マイクロ コントローラ 無線 トランシーバー 無線 トランシーバー マイクロ コントローラ 環境情報・設定情報・測定値 TCM 基本はネットワーク・クラウド接続 Host システム 様々な IP Connectivity Linux マイコンボード, PC (Windows, Linux) 専用Hostシステム UART/シリアル接続 TCMをモデムとして利用
  37. 37. ECO 200 ECT 310 ECS 200 STM3xy,STM4xy 搭載 PAS614L 太陽誘電製 大容量リチウムイオンキャパシタ
  38. 38. PTM210J スイッチ PTM430J スイッチ用 チップ STM400J センサー用 チップ STM429J マグネット センサー STM431J 温度センサー http://www.enocean.com/jp/enocean_modules_928mhz/ 928MHz Ultra low powerセンサー用モジュール V5 系列の通信モジュールは未発売
  39. 39. • 安定動作、コンパイラ不要、使い易い機能とデフォルト • 名称:Universal Sensor (USN) • 名称: Temperature Sensor (STMTRH) • 名称: Magnet Sensor (STMMAG)
  40. 40. 要コンパイラ、要マイコン開発、苦労有り • NOTE:USNとSTMTRH以外のソースコードは公開されていないため 標準ファームウェアの改造を前提とする場合は注意
  41. 41. • EnOcean は魔法ではない EnOcean を使うと ×間違い:エネルギーが湧いてくる ◎正解:エネルギーを有効活用可能
  42. 42. 温度、湿度、設定値、赤外線、圧力、 照度、ガス濃度 など PTM, STM 環境エネルギー エネルギー 変換機 エネルギー マネージメント センサー マイクロ コントローラ 無線 トランシーバー 無線 トランシーバー マイクロ コントローラ 環境情報・設定情報・測定値 TCM 基本はネットワーク・クラウド接続 Host システム 様々な IP Connectivity Linux マイコンボード, PC (Windows, Linux) 専用Hostシステム UART/シリアル接続 TCMをモデムとして利用
  43. 43. 製品化済の コネクティビティ
  44. 44. EnOcean Alliance Japan Micro Processor Local Sensor TCM インターフェース / ESP3 Local Actuator Remote Management TX Response Remote Management RX Data Transmit Data Receive Local Management (CO) Cloud • Multi Thread • Queue • Messaging • Synchronize • Semaphore • Priority やる事多い 結構大変
  45. 45. ID 管理ESP ドライバー 受信キュー 送信キュー EEP 管理 セキュリティー キー 管理 GP 管理 EnOcean 通信管理 UI, Localアクティビティ管理 Broker, Network 通信管理 GUI, CUI, GPIO Sensor, Actuator OS Interface Log, Watchdog, … 他方式通信 Web UI クラウド対応 Firmware更新, …
  46. 46. • テレグラムフィルター無し → 受信したIDを登録 • テレグラムフィルター付き Host システム
  47. 47. データポイント登録時の動作例 Azure Broker program IoT-Edge では LEARN ボタン OPTEX社製 人感センサーの 例
  48. 48. ゲートウェイ 搭載機能の例 Smart EnOcean Gateway E-Kit EnOcean Gateway EnOcean EEP 対応済 対応済 EnOcean GP 対応済 対応済 uPnPゲートウェイ探索 対応済 対応済 ファームウェア更新 対応済 対応済 EnOcean over IP 搭載済 - オンボードNode RED 搭載済 - IBM Watson IoT 搭載済 - Skkynet ETK - 搭載済 OPC UA サーバー - 搭載済 Microsoft Azure 有償オプション 搭載済 Apple Home Kit 有償オプション - Open Source - 対応 EnOcean Gateway
  49. 49. 特長・新機能 • 蓄電統合型太陽電池搭載 • 多機能・5種類のセンサー • (温度、湿度、加速度、照度、開閉) • 新世代チップ(V5) • NFC コンフィグレーション • CR1632 ボタン電池対応 • 安価 ケース付製品有り
  50. 50. STM550J の LEARN ボタン
  51. 51. 設定可能な EEP PC+NFC Writer または Android, iPhone
  52. 52. • EnOcean Alliance • IoT ALGYAN
  53. 53. 10月 開発者向けにOSS ライブラリを提供
  54. 54. http://www.enocean.com/en/knowledge-base/ https://www.enocean-alliance.org/specifications/
  55. 55. • http://www.enocean.com/en/technology/ • http://www.enocean-alliance.org/ • http://perpetuum.enocean.com/ 日本語 • http://www.enocean-alliance.org/ • http://www.enocean-alliance.org/en/forum/ • enocean.jp フォーラム(日本語) • http://enocean.jp/ • Facebook group – EnOcean Japan • https://www.facebook.com/groups/EnOceanJapan/
  56. 56. →別資料をご参照下さい
  57. 57. ありがとうございました。
  • KenichiNagai

    Jun. 16, 2020

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