Wyzwanie
Celem projektu było opracowanie detektora zaburzeń pola magnetycznego z komunikacją typu Narrow-Band w systemie LTE-Cat.M. Głównym założeniem, a jednocześnie wyzwaniem była duża autonomia detektora, pokładowe przetwarzanie sygnałów wielowymiarowych i wielodomenowych, zasilanie bateryjne (kilkuletnia praca) przy wykorzystaniu łączności do infrastruktury GSM w zmiennych warunkach środowiskowych. Fakt ten wymusił podejście do rozwiązania problemu zawierające szereg nietrywialnych rozwiązań algorytmicznych jak i związanych z energooszczędnością (na poziomie sprzętu i oprogramowania). Zastosowane zasilanie bateryjne miało docelowo wystarczyć na siedem lat nieprzerwanej pracy. Przy projektowaniu obudowy należało uwzględnić wszystkie warunki, w jakich może znaleźć się urządzenie – w tym nieustanne działanie wilgoci i mrozu. Czujniki znajdujące się w środku powinny również uwzględniać zmienne warunki środowiskowe, a także występowanie innego rodzaju utrudnień w pomiarze.
„Algorytm i kondycjonowanie sygnałów z części sensorycznej udało się relatywnie szybko i skutecznie opracować z pomocą kilku opracowań naukowych i doboru odpowiedniego czujnika pola magnetycznego. Najbardziej skomplikowana była komunikacja urządzenia z infrastrukturą GSM. Badania i testy budżetu energetycznego urządzenia prowadzone były we współpracy z Orange Polska, który udostępnił eksperymentalną łączność LTE-Cat.M. Pierwsze testy komunikacji radiowej były przeprowadzane w Laboratorium firmy Orange a testy i profilowanie poboru energii w laboratorium FastLogic z wykorzystaniem najnowszej aparatury Keithley. Część odpowiedzialną za łączność (wraz z budżetowaniem energetycznym) zakończono pełnym sukcesem, zaś oprogramowanie w zakresie przetwarzania sygnałów jest ciągle rozwijane.”
Piotr, Senior Software Engineer
W projekcie zastosowanie znalazły tryby PSM/eDRX, które zminimalizowały zużycie energii elektrycznej i zapewniły długotrwałą pracę na baterii. Dzięki zaawansowanej aparaturze znajdującej się w FastLogic udało się przeprowadzić dokładne testy, które potwierdziły budżetowanie energetyczne. W trakcie prac dodano także możliwość zdalnej aktualizacji oprogramowania (tzw. OTA – Over-The-Air) co pozwala na dostosowywanie algorytmu bez konieczności deinstalacji i rozbierania urządzenia.
Wyniki i Korzyści
Opracowane urządzenie wykorzystuje analizę sygnałów do identyfikacji zaburzeń pola magnetycznego. Jednym z zastosowań jest wykrywanie przemieszczania obiektów mechanicznych (np. pojazdów). Dane z czujników są przekazywane na serwer za pośrednictwem protokołu MQTT i mogą być w czasie rzeczywistym wyświetlane przez dowolne urządzenie podłączone do sieci Internet. Kluczowym osiągnięciem jest uruchomienie z sukcesem łączności LTE-Cat.M i potwierdzenie budżetu energetycznego umożliwiającego pracę urządzenia na baterii przez kilka lat. Część sensoryczna może być dowolnie modyfikowana umożliwiając implementację innych funkcjonalności.
Kluczowe Rozwiązania
- Realizacja łączności w standardzie LTE-Cat.M
- Unikalne, szyte na miarę rozwiązania algorytmiczne do przetwarzania sygnałów wielowymiarowych i wielodomenowych
- Nietrywialna implementacja protokołu MQTT i wymiana pakietów, których rozmiar przekracza ilość dostępnej pamięci operacyjnej
- Dynamiczne skalowanie szybkości zegarów taktujących na potrzeby zarządzania energią
- Zasilanie bateryjne umożliwiające kilkuletnią bezobsługową pracę (w tym OTA)
- Budowa modułowa i wysoka skala integracji dla minimalnych wymiarów urządzenia przy elastyczności części sensorycznej
Wolumen i zasięg
Produkt w fazie rozwojowej.
