Dispositivo logger IoT con tecnologías de...

Dispositivo logger IoT con tecnologıas decomunicacion Sigfox y Lora

Ing. Julian BustamanteDirector: Ing. Marcelo E. Romeo

Carrera de Especializacion en Sistemas EmbebidosFacultad de Ingenierıa

Universidad de Buenos Aires

26 de agosto de 2019

Bustamante, J. (UBA) Presentacion Final 26 de agosto de 2019 1 / 44

Contenido

1 Motivacion

2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion

5 Ensayos y resultados

6 Conclusiones


Contenido

1 Motivacion

2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion


6 Conclusiones


Motivacion

Desperdicio de informacion de variables.

Independencia de personas.

Reaccion inmediata.

Monitoreo inalambrico.


Contenido

1 Motivacion

2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion


6 Conclusiones


Objetivos

Objetivo General

Disenar e implementar un dispositivo de adquisicion dedatos con multiples entradas digitales y analogicas paraaplicaciones IoT en ambientes industriales, mediante latransmision de la informacion por medio de tecnologıas decomunicacion Sigfox o Lora.


Contenido

1 Motivacion

2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion


6 Conclusiones


Introduccion

¿Que es IoT?

Interconexion digital de dispositivos y objetos a traves de una red.

¿Que habilita un proyecto IoT?

Redes de comunicaciones: Permiten la comunicacion entre equipos adistancia.

Principales caracterısticas de una red IoT

Baja tasa de datos.

Bajo consumo de energıa.

Largo alcance de comunicacion.

Conexiones bidireccionales.

Servicios de localizacion.


IoT (Internet of Things)

¿Cuales son las tecnologıas de comunicacion?

Redes de comunicacion mas utilizadas para proyectos IoT

Tecnologıa Consumo Alcance Tasa de Datos

GSM/GPRS Muy alto 35 Km AltaSigFox Muy bajo 10 Km - 40 Km Muy bajaLora Muy bajo 5 Km- 20 Km Muy bajaWiFi Alto 50 m Muy altaBLE Muy bajo 10 -100 m BajaZigBee Medio 100 m BajaNB-IoT Muy bajo 1-10 Km Medio


IoT (Internet of Things)

Seleccion de tecnologıas a usar

Sigfox y LoRa

Consideraciones

LPWAN.

Largo alcance.

Bajo consumo.

Bajo costo.


¿Que es Sigfox?

Seleccion de tecnologıas a usar

Utiliza tecnologıa de radio UNB.

Frecuencias 868 MHz e ISM 902-928 MHz.

12 bytes ascendentes y 8 bytes descendentes.

Alcance 10 Km urbano y 40 Km Rural

Primer ano 10.5 USD anual.

Siguientes 3 anos 5.25 USD.


Ciclo de vida de un mensaje en Sigfox


¿Que es LoRA y LoRAWAN?

LoRa

Acronimo de ”Long Range”

Largo alcance, baja potencia y baja transferencia de datos.

Opera en las bandas de 433 MHz, 868 MHz o 915 MHz

La carga util de transmision esta entre 2 y 255 bytes.

LoRaWAN

Define el protocolo de comunicacion y la arquitectura de red.

Topologıa de red en estrella.


Contenido

1 Motivacion

2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion


6 Conclusiones


Implementacion

Diagrama del sistema


Caracterısticas del Hardware seleccionado

Microcontrolador

Ultra low power ARM Cortex R©-M4, SRAM 256 KB, Flash 1M

Radio Sigfox WISOL WSSFM11R2D

UART

3 USD / Miles

Stock en bodega de Tecrea SAS.

Radio LoRaWAN RN2903A

UART

12.05 USD / Miles

Stock en bodega de Tecrea SAS.


Esquematico Jerarquıa


Esquematico Lora


Layout modulos


Modelo 3D tarjeta modulo Sigfox y LoRaWAN


Implementacion

Tarjeta principal en 3D


Sintonizacion y/o ajuste

Antena

Estructura conductora en la que fluye una corriente electrica alternagenerando campos electricos y electro magneticos.

Colocar la antena a la frecuencia que se quiera transmitir.

Ajustar la antena con el mejor desempeno posible.


Implementacion

Pasos para realizar sintonizacion

Un sistema optimo de largo alcance y maximo desempeno en latransmision, la impedancia en la antena debe coincidir con la del sistema(50 ohm.)

Pasos para realizar sintonizacion

Abrir la linea entre el modulo RF y la antena.

Conectar la tarjeta a un VNA (Vector Network Analyzers).

Tener el dispositivo en el caso de uso.

Analizar carta de smith y perdidas de retorno .

Obtener los valores de los componentes.


Implementacion


Firmware

OS (Operating System) QuarkTS

Planificador con esquema orientado a eventos

FSM(Finite State Machine) vinculada a tareas.

Se uso task and co-routine

https://github.com/TECREA/QuarkTSBustamante, J. (UBA) Presentacion Final 26 de agosto de 2019 27 / 44

https://github.com/TECREA/QuarkTS

Estructura del firmware

Scheduler

tSigfox tLoRaenQueuePayload

tIdle

tFSM

tDispPayload

yes


Uso del OS


FSM


Driver OOB (Object Oriented Programming)

No dependiente al hardware.

https://github.com/thejbte/DriverWisol


https://github.com/thejbte/DriverWisol

Codificacion trama


Contenido

1 Motivacion

2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion


6 Conclusiones


Hardware desarrollado


Resultado sintonizacion y verificacion de la antena

Carta Smith


Resultado sintonizacion y verificacion de la antena

Curva perdidas de retorno


Consumo energetico

Modo Sigfox LoRaWAN

Normal 0.53 mA 6.71 mASleep 0.3 µA 6.4 µA


Pruebas transmisiones a Sigfox y LoRaWAN


Integracion con plataforma


Contenido

1 Motivacion

2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion


6 Conclusiones


Conclusiones

No es necesario realizar sintonizacion a la antena.

Menor consumo del modulo WSFM11R2 que RN2903A.

El 3.85 % de los mensajes trasmitidos con LoRaWAN llegaron alservidor.

Decision de cual tecnologıa usar depende del caso de uso y de laregion.


Proximos pasos

Se propone trabajar con las tecnologıas NB-IoT, CAT-M1.

El modulo BG96 de la marca Quectel que incorpora estas dostecnologıas 2G y GPS.

Sistema modular, facil acople de tarjetas por UART.


Agradecimentos

¡Muchas Gracias!

¿Preguntas?


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