Utilizați o soluție SiP cu conectivitate celulară și GPS pentru a implementa rapid evaluarea resurselor pentru agricultură și orașe inteligente

Dezvoltatorii Internetului obiectelor (IoT) și ai dispozitivelor și sistemelor de urmărire a activelor pentru industrie, agricultură și orașe inteligente au nevoie de o modalitate de a realiza comunicarea pe distanțe mari cu un consum minim de energie, pentru perioade lungi de timp. Tehnologiile wireless, cum ar fi etichetele RFID, Bluetooth și Wi-Fi, sunt utilizate deja pe scară largă pentru soluțiile de urmărire a activelor, dar au o autonomie limitată și consumă prea multă energie. Lucrul de care este nevoie este o combinație dintre GPS și o adaptare a infrastructurii, cum ar fi rețelele celulare care sunt implementate deja pe scară largă și sunt proiectate pentru comunicațiile la distanțe mai mari decât cele cu Wi-Fi sau Bluetooth disponibile.

Rețelele celulare bazate pe LTE au fost inițial concepute pentru conectivitatea wireless în lățime de bandă largă pentru produsele și dispozitivele mobile. Aplicațiile IoT, pe de altă parte, se pot descurca utilizând tehnologii celulare în bandă îngustă de putere mai joasă, cum ar fi în tehnologiile Long Term Evolution for Machines (LTE-M) și Narrowband IoT (NB-IoT). Totuși, proiectarea RF/wireless este dificilă, iar dezvoltatorii cu o experiență mai puțin vastă, în special în ceea ce privește tehnologiile celulare, se confruntă cu mari dificultăți în implementarea unui design funcțional care să optimizeze performanța wireless și consumul de energie, îndeplinind, în același timp, cerințele orientărilor de reglementare internaționale, atât pentru serviciile de localizare celulară, cât și GPS, precum și cerințele specifice ale operatorului.

Acest articol descrie tendințele și cerințele de proiectare ale urmăririi activelor. Apoi introduce o soluție System-in-Package (SiP) de bandă îngustă celulară și GPS oferită de Nordic Semiconductor și arată cum poate simplifica foarte mult implementarea dispozitivelor celulare cu GPS pentru urmărirea activelor și alte aplicații IoT pentru agricultură și orașe inteligente.

De ce urmărirea activelor este din ce în ce mai importantă

Capacitatea de a livra produse în mod eficient este vitală pentru comerț: doar Amazon a expediat aproximativ cinci miliarde de pachete în 2019, cheltuind aproape 38 de miliarde de dolari cu costurile de expediere – o creștere de 37% comparativ cu 2018. Pentru orice companie de transport maritim, întârzierile, avariile și furturile pun o presiune semnificativă asupra producătorilor, distribuitorilor și clienților. În cazul companiei Amazon, aproape un sfert din pachetele expediate au fost returnate, 21 la sută deoarece clientul primise un pachet deteriorat.

Amazon nu este, în niciun caz, singura companie care alocă o parte semnificativă din bugetul său expedierilor. Conform raportului din 2020 privind statutul logisticii al Consiliului profesioniștilor în gestionarea lanțului de aprovizionare (CSCMP), companiile au cheltuit aproape 1,7 trilioane de dolari pe costurile de expediere în 2019 – o cheltuială care reprezintă 7,6% din produsul național brut (PIB) al SUA. La aceste niveluri, capacitatea de a urmări coletele, de a identifica întârzierile și situațiile în care există daune poate oferi avantaje semnificative furnizorilor și cumpărătorilor pentru corectarea problemelor legate de expediere.

În afara urmăririi pachetelor prin lanțul de aprovizionare, majoritatea întreprinderilor au nevoie de metode îmbunătățite pentru a-și urmări propriile active și pentru a localiza articolele pierdute. Cu toate acestea, jumătate din numărul total de companii încă înregistrează manual activele, iar dintre acestea, multe se bazează pe angajați, care caută prin depozite, fabrici și locații fizice pentru a găsi activele lipsă.

Compararea tehnologiilor de conectivitate pentru urmărirea activelor

Deși au apărut o serie de soluții care ajută la automatizarea urmăririi activelor, tehnologiile subiacente au o suprafață de acoperire limitată, sunt costisitoare din punct de vedere al costului unitar sau au un necesar mare de energie. Acesta din urmă este esențial, deoarece dispozitivele de urmărire a activelor și dispozitivele IoT la distanță sunt dispozitive alimentate pe baterii.

Metodele de urmărire convenționale bazate pe identificarea pasivă a frecvenței radio (RFID) nu pot furniza date în timp real din tranzit și necesită trecerea pachetelor printr-un punct de control fizic în scopul detectării etichetei RFID aplicate pe un pachet. Etichetele RFID active alimentate pe baterii sunt capabile să furnizeze date despre localizare în timp real, dar necesită infrastructură suplimentară și continuă să aibă o acoperire limitată.

Comparativ cu etichetele RFID, tehnologiile Bluetooth cu consum redus de energie (BLE) și Wi-Fi oferă o autonomie progresiv mai mare într-o zonă de acoperire dotată cu localizatoare fixe pentru fiecare tehnologie. Bazându-se pe un ecosistem bogat de dispozitive și software-uri, tehnologiile BLE și Wi-Fi sunt deja aplicate în aplicații bazate pe locație, cum ar fi urmărirea contactelor COVID-19 și, respectiv, serviciile convenționale de localizare în timp real (RTLS). Cu disponibilitatea funcțiilor de găsire a direcției în Bluetooth 5.1, locația unei etichete poate fi calculată cu precizie pe baza datelor unghiului de sosire (AoA) și unghiului de plecare (AoD) (Figura 1).

Figura 1: Capabilitățile avansate de găsire a direcției în Bluetooth acceptă localizarea precisă a unei etichete în spațiul tridimensional. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)

În timp ce aplicațiile BLE rămân limitate la aplicațiile cu rază scurtă de acțiune, gama mai mare a tehnologiei Wi-Fi o poate face eficientă pentru utilizarea în aplicații de urmărire a activelor dintr-un depozit sau din campusul unei întreprinderi. Cu toate acestea, etichetele RTLS Wi-Fi sunt, de obicei, dispozitive scumpe, cu cerințe de alimentare care fac bateriile impracticabile, limitându-și astfel utilizarea doar la procesul de urmărire a activelor mai mari și mai scumpe. În același timp, implementările pe scară largă care utilizează oricare dintre aceste tehnologii pot suferi din cauza zgomotului crescut în lățimea de bandă a recepției, ducând la pachete pierdute sau corupte și la degradarea capacităților de detectare a locației.

În ciuda utilizării lor potențiale pentru urmărirea activelor la nivel local, nici RFID, BLE și nici Wi-Fi nu pot oferi gama de acoperire necesară pentru urmărirea cu ușurință a unui activ după ce acesta părăsește depozitul sau campusul întreprinderii. Capacitatea de a urmări un pachet sau o piesă de echipament la nivel regional sau chiar global depinde de disponibilitatea unei tehnologii wireless capabile să realizeze atât o acoperire extinsă, cât și o funcționare cu consum redus de energie.

Alternativele bazate pe tehnologii de bandă ultra-largă de joasă putere (UWB) pot atinge o autonomie semnificativă, dar acoperirea rețelei rămâne limitată. De fapt, puține alternative pot oferi tipul de acoperire globală deja disponibilă cu soluțiile celulare de rețele WAN de joasă putere (LPWAN) bazate pe standardele tehnologiei LPWAN definite de 3rd Generation Partnership Project (3GPP) – consorțiul internațional care definește standardele pentru comunicațiile mobile.

Obținerea acoperirii globale prin conectivitate celulară

Printre standardele 3GPP, cele bazate pe tehnologiile LTE-M și NB-IoT sunt concepute special pentru a oferi un protocol celular relativ ușor, potrivit cu cerințele IoT pentru rata de date, lățimea de bandă și consumul de energie.

Definit în versiunea 13 a 3GPP, LTE Cat M1 este un standard LTE-M care acceptă 1 megabit pe secundă (Mbit/s) atât pentru transferul în legătură descendentă, cât și pentru cel în legătură ascendentă, cu o latență de 10 până la 15 milisecunde (ms) și o lățime de bandă de 1,4 megaherți (MHz). Definit tot în versiunea 13 a 3GPP, Cat-NB1 este un standard NB-IoT care oferă 26 kilobiți pe secundă (Kbiți/s) în legătură descendentă și 66 Kbiți/s în legătură ascendentă, cu latență de 1,6 până la 10 s și lățime de bandă de 180 kiloherți (kHz). Definit în versiunea 14 a 3GPP, un alt standard NB-IoT, Cat-NB2, oferă rate de date mai mari la 127 Kbiți/s în legătură descendentă și 159 Kbiți/s în legătură ascendentă.

Deși caracteristicile specifice acestor două mari clase ale tehnologiei LPWAN depășesc cu mult aria de acoperire a acestui scurt articol, ambele pot deservi în mod eficient aplicațiile tipice de urmărire a activelor. Combinate cu senzori și capabilități de poziționare globală prin satelit (GPS) în pachete compacte, soluțiile de urmărire a activelor bazate pe LPWAN-uri celulare bazate pe LTE-M sau NB-IoT pot sprijini tipul de capabilități necesare pentru gestionarea activelor și a întregului proces de logistică.

Având în vedere potențialul LPWAN de a obține o eficiență mai mare și economii de costuri, LPWAN celulară continuă să joace un rol mai mare în logistică. Odată cu disponibilitatea soluției SiP nRF9160 de la Nordic Semiconductor, dezvoltatorii pot răspunde mai rapid și mai ușor cererii tot mai mari de dispozitive bazate pe LPWAN necesare pentru urmărirea mai eficientă a activelor, sau de alte aplicații IoT.

Cum poate furniza un dispozitiv cu soluția SiP poate furniza o soluție cu montare directă de urmărire a activelor

Dispozitivul cu soluția SiP nRF9160 de joasă putere de la Nordic Semiconductor combină un dispozitiv nRF91 de tip sistem pe un cip (SoC) de la Nordic Semiconductor cu circuitele de suport pentru a oferi o soluție completă de conectivitate LPWAN într-un singur pachet Land Grid Array (LGA) de 10 x 16 x 1,04 milimetri (mm). Împreună cu un microcontroler bazat pe Arm® Cortex®-M33 dedicat procesării aplicațiilor, variantele SoC nRF91 integrează un modem LTE-M în soluția SiP NRF9160-SIAA, modemul NB-IoT în soluția SiP NRF9160-SIBA și atât LTE-M, cât și NB-IoT, precum și GPS în soluția SiP NRF9160-SICA. Mai mult, soluția SiP nRF9160 este pre-certificată pentru a îndeplini cerințele celulare globale, regionale și de transport, permițându-le dezvoltatorilor să implementeze rapid soluții de conectivitate celulară, fără întârzierile asociate în mod obișnuit cu testarea conformității.

Toate versiunile soluției SiP combină procesorul de aplicații bazat pe microcontroler și modemul cu un set extins de periferice, inclusiv un convertor analogic-digital pe 12 biți (ADC), adesea necesar în proiectarea senzorilor. Protocolul SiP împachetează, în plus, sistemul SoC cu un circuit integrat de gestionare a energiei (PMIC) frontal RF și componente suplimentare pentru a crea o soluție cu montare directă pentru conectivitatea LPWAN (Figura 2).

Figura 2: Soluția SiP nRF9160 de la Nordic Semiconductor combină un sistem SoC cu procesorul de aplicație și modemul LTE cu alte componente necesare pentru implementarea unui design compact bazat pe conectivitate celulară, de joasă putere, pentru urmărirea activelor sau pentru alte aplicații IoT. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)

Funcționând ca un procesor gazdă, microcontrolerul SoC integrează o serie de capabilități de securitate concepute pentru a satisface cererea tot mai mare de securitate a dispozitivelor conectate, inclusiv a dispozitivelor IoT și a sistemelor de urmărire a activelor. Bazându-se pe arhitectura Arm TrustZone, microcontrolerul încorporează un bloc de securitate Arm Cryptocell, care combină un accelerator de criptografie cu cheie publică, cu mecanisme concepute pentru protejarea datelor sensibile. În plus, o unitate securizată de gestionare a cheilor (KMU) oferă stocare sigură pentru mai multe tipuri de date secretizate, inclusiv perechi de chei, chei simetrice, coduri hash și date private. Totodată, o unitate separată de protecție a sistemului (SPU) oferă accesul sigur la memorii, la periferice, la pinii dispozitivului și la alte resurse.

În timpul funcționării, microcontrolerul SoC servește drept gazdă, executând software-ul aplicației, precum și pornirea și oprirea modemului. În afară de răspunsul la comenzile de pornire și oprire venite de la gazdă, modemul își gestionează propriile operațiuni folosind completarea substanțială de blocuri integrate, inclusiv un procesor dedicat, un emițător-receptor de RF și o bandă de bază a modemului. Executând firmware-ul său încorporat, modemul acceptă în întregime versiunea 13 a 3GPP LTE Cat-M1 și Cat-NB1. Versiunea 14 a Cat-NB2 este acceptată în hardware, dar necesită firmware suplimentar pentru a funcționa.

Cum obține soluția SiP nRF9160 o conectivitate celulară cu consum redus de energie

Soluția SiP nRF9160 combină funcționalitatea hardware extinsă cu un set complet de funcții de gestionare a energiei. Circuitul său PMIC inclus este susținut de o unitate de gestionare a energiei (PMU) care monitorizează consumul de energie și pornește și oprește automat ceasurile și regulatoarele de alimentare pentru a obține cel mai mic consum de energie posibil (Figura 3).

Figura 3: Soluția SiP nRF9160 include un PMU ce controlează automat ceasurile și alimentează regulatoarele pentru a optimiza consumul de energie. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)

Împreună cu un mod de alimentare cu oprirea sistemului, care menține alimentarea cu energie electrică numai a circuitelor necesare pentru activarea dispozitivului, PMU acceptă o pereche de sub-moduri de alimentare cu pornirea sistemului. După resetare la pornirea alimentării (POR), dispozitivul revine în modul secundar de joasă putere, care plasează blocurile funcționale, inclusiv procesorul aplicației, modemul și perifericele într-o stare inactivă. În această stare, PMU pornește și oprește automat ceasurile și regulatoarele de tensiune pentru diferite blocuri, în funcție de cum este necesar.

Dezvoltatorii pot înlocui sub-modul implicit de joasă putere, trecând în schimb la un sub-mod cu latență constantă. În sub-modul cu latență constantă, PMU menține alimentarea anumitor resurse, schimbând o creștere incrementală a consumului de energie cu capacitatea de a oferi o latență de răspuns previzibilă. Dezvoltatorii pot invoca un al treilea mod de alimentare folosind pinul de activare extern, care oprește întregul sistem. Această capabilitate este utilizată,de obicei, în cadrul unui design de sistem care utilizează soluția SiP nRF9160 drept coprocesor de comunicații controlat de procesorul principal al sistemului gazdă.

Aceste caracteristici de optimizare a energiei îi permit soluției SiP să obțină tipul de funcționare cu consum redus necesar pentru a asigura o durată de viață extinsă a bateriei într-un dispozitiv de urmărire a activelor. De exemplu, cu microcontrolerul în stare de repaus și cu modemul oprit, soluția SiP consumă doar 2,2 microamperi (μA) cu contorul pentru timp real activ. Cu microcontrolerul și modemul oprite și cu alimentarea menținută numai pentru circuitele de activare bazate pe intrare/ieșire (GPIO) de uz universal, soluția SiP consumă doar 1,4 μA.

Soluția SiP continuă să obțină o funcționare cu consum redus de energie în timp ce execută diverse sarcini de procesare. De exemplu, rularea testului de evaluare CoreMark cu un ceas de 64 MHz necesită numai aproximativ 2,2 miliamperi (mA). Desigur, pe măsură ce sunt activate mai multe periferice, consumul de energie crește în mod corespunzător. Cu toate acestea, multe aplicații de monitorizare bazate pe senzori pot funcționa adesea în mod eficient la rate de operare reduse, care ajută la menținerea unei funcționări cu consum redus de energie. De exemplu, consumul de curent pentru registrul de aproximare succesiv (SAR) al diferențialului integrat ADC scade de la 1288 mA la mai puțin de 298 mA când se trece de la un ceas cu precizie ridicată la un ceas cu precizie scăzută pentru eșantionarea în ambele scenarii la 16 kilo-eșantioane pe secundă (K-eșantioane/s).

Dispozitivul folosește și alte caracteristici de optimizare a puterii pentru celelalte blocuri funcționale, inclusiv GPS. În modul normal de funcționare, urmărirea continuă cu GPS consumă circa 44,9 mA. Activând un mod de economisire a energiei GPS, consumul de curent pentru urmărirea continuă scade la 9,6 mA. Prin reducerea ratei de eșantionare GPS de la continuă la aproximativ la fiecare două minute, dezvoltatorii pot reduce în mod semnificativ consumul de energie. De exemplu, modulul GPS consumă doar 2,5 mA atunci când efectuează o fixare a poziției GPS monoimpuls la fiecare două minute.

Suportul dispozitivului pentru alte moduri de operare pentru economisirea energiei se extinde și la modemul soluției SiP nRF9160. Cu acest dispozitiv, dezvoltatorii pot activa funcțiile modemului care acceptă protocoalele celulare speciale, concepute în mod specific pentru a reduce puterea în dispozitivele conectate alimentate pe baterii.

Utilizarea protocoalelor celulare de joasă putere

Ca în cazul oricărui dispozitiv wireless, cel mai mare factor care contribuie la consumul de energie, în afară de procesorul gazdă, este, de obicei, subsistemul radio. Subsistemele radio convenționale celulare profită de protocoalele de economisire a energiei încorporate în standardul celular. Smartphone-urile și alte dispozitive mobile utilizează, de obicei, o capacitate numită recepție discontinuă (DRX), care îi permite dispozitivului să oprească receptorul radio pentru o perioadă de timp acceptată de rețeaua operatorului.

În mod similar, protocolul de recepție discontinuă extinsă (eDRX) le permite dispozitivelor cu consum redus de energie, cum ar fi dispozitivele de urmărire a activelor acționate pe baterii sau alte dispozitive IoT, să specifice cât timp intenționează să stea în repaus înainte de a se reînregistra în rețea. Activând funcționarea eDRX, un dispozitiv LTE-M poate sta în repaus până la aproximativ 43 de minute, în timp ce un dispozitiv NB-IoT poate sta în repaus până la aproximativ 174 de minute, prelungind dramatic durata de viață a bateriei (Figura 4).

Figura 4: Modemul soluției SiP nRF9160 Nordic acceptă o recepție discontinuă extinsă, care le permite dispozitivelor să realizeze economii dramatice de energie rămânând în stare de repaus pentru o perioadă de timp negociată cu rețeaua celulară. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)

Un alt mod de operare celular, numit modul de economisire a energiei (PSM), le permite dispozitivelor să rămână înregistrate în rețeaua celulară chiar și în timp ce sunt în modul de repaus și neaccesabile prin rețea. În mod normal, dacă o rețea celulară nu poate accesa un dispozitiv într-o anumită perioadă de timp, va încheia conexiunea cu dispozitivul și îi va solicita dispozitivului să execute o procedură de reatașare, care consumă o cantitate incrementală de energie. În timpul funcționării pe termen lung a unui dispozitiv alimentat pe baterii, acest mic consum repetat de energie poate epuiza sau reduce în mod semnificativ nivelul de încărcare a bateriei.

Un dispozitiv activează modul PSM furnizând rețelei un set de valori ale temporizatorului care indică momentul în care va deveni disponibil periodic și cât timp va rămâne accesibil înainte de a reintra în modul de repaus (Figura 5).

Figura 5: Protocolul PSM celular le permite dispozitivelor să profite de modurile de repaus de joasă putere, fără a suporta costurile de alimentare ale reatașării prin negocierea unor perioade specifice în care acestea nu sunt accesibile. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)

Datorită negocierii PSM, rețeaua operatorului nu detașează dispozitivul. De fapt, dispozitivul se poate activa oricând și își poate relua comunicările. Avantajul este că își folosește modul de repaus cu consum redus de energie atunci când nu are nimic de comunicat, fără a-și pierde capacitatea de a se activa oricând este necesar și de a comunica instantaneu.

Soluția SiP nRF9160 acceptă atât eDRX, cât și PSM, permițându-i dispozitivului să mențină funcționarea cu un consum minim de energie. Când se află în stadiul inaccesibil cu PSM, dispozitivul consumă doar 2,7 μA. eDRX folosește doar puțin mai mult curent, consumând 18 μA în funcționarea Cat-M1 sau 37 μA în funcționarea Cat-NB1 în timp ce folosește cicluri de 82,91 secunde.

Dezvoltarea soluțiilor de urmărire a activelor cu consum redus de energie

Implementarea designului hardware pentru un dispozitiv de urmărire a activelor bazat pe soluția SiP nRF9160 necesită câteva componente suplimentare pe lângă componentele de decuplare, antene și componentele necesare rețelelor separate asemănătoare pentru antenele GPS și LTE (Figura 6).

Figura 6: Utilizând soluția SiP nRF9160 de la Nordic Semiconductor, dezvoltatorii au nevoie de puține componente suplimentare pentru a implementa designul hardware pentru un dispozitiv complet de urmărire a activelor care se bazează pe conectivitatea celulară sau alt dispozitiv IoT. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)

Dezvoltatorii pot combina cu ușurință soluția SiP nRF9160 cu un dispozitiv Bluetooth, cum ar fi senzorii și microcontrolerul wireless Bluetooth NRF52840 de la Nordic Semiconductor, pentru a implementa un dispozitiv sofisticat de urmărire a activelor prin conectivitate celulară, cu GPS activat, care se bazează pe senzori, ce oferă utilizatorilor acces la date prin intermediul smartphone-ului și al altor dispozitive mobile cu tehnologie Bluetooth.

Nordic Semiconductor ajută în continuare dezvoltatorii să înceapă rapid evaluarea proiectelor bazate pe conectivitatea celulară, printr-o pereche de kituri de dezvoltare. Pentru crearea rapidă de prototipuri ale aplicațiilor de urmărire a activelor bazate pe senzori, kitul de dezvoltare IoT celular NRF6943 THINGY:91 de la Nordic Semiconductor oferă un sistem complet de senzori, alimentat pe baterie, care împerechează soluția SiP nRF9160 cu un dispozitiv Bluetooth NRF52840, mai mulți senzori, componente de bază ale interfeței cu utilizatorul, un acumulator de 1400 miliamperi/oră (mAh) și o cartelă SIM pentru a permite conectivitatea celulară chiar din momentul livrării (Figura 7).

Figura 7: Kitul de dezvoltare IoT celular NRF6943 THINGY:91 de la Nordic Semiconductor oferă o platformă completă pentru crearea rapidă de prototipuri ale aplicațiilor de urmărire a activelor bazate pe senzori cu conectivitate atât celulară, cât și prin Bluetooth. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)

Pentru dezvoltare personalizată, kitul NRF9160-DK de la Nordic Semiconductor servește drept platformă de dezvoltare imediată și ca referință pentru noi modele. Deși nu include senzori precum THINGY:91, kitul NRF9160-DK combină o soluție SiP nRF9160 cu un dispozitiv Bluetooth NRF52840 și include o cartelă SIM, alături de mai mulți conectori, inclusiv o interfață de depanare SEGGER J-Link (Figura 8).

Figura 8: Kitul NRF9160-DK de la Nordic Semiconductor oferă o platformă de dezvoltare cuprinzătoare pentru implementarea aplicațiilor personalizate bazate pe conectivitatea celulară pentru urmărirea activelor și alte soluții IoT. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)

Pentru dezvoltarea software a unei aplicații de urmărire a activelor, Nordic include o aplicație completă de urmărire a activelor nRF9160 cu kitul său de dezvoltare software (SDK) nRF Connect. SDK combină biblioteca de software nrfxlib a companiei Nordic pentru SoC-urile sale, o copie a unui depozit Nordic a sistemului de operare în timp real (RTOS) Zephyr Project pentru dispozitive cu resurse limitate și o copie a unui depozit Nordic a bootloader-ului securizat al proiectului MCUboot.

Kiturile THINGY:91 și NRF9160-DK sunt preîncărcate cu aplicația de urmărire a activelor concepută pentru a se conecta la propria platformă IoT nRF Cloud a companiei Nordic. Folosind setările preconfigurate cu oricare dintre kituri, dezvoltatorii pot începe imediat să evalueze urmărirea activelor bazată pe conectivitatea celulară și să creeze prototipuri pentru propriile aplicații.

Alături de firmware-ul preîncărcat, Nordic oferă codul sursă complet pentru aplicația de urmărire a activelor. Prin examinarea acestui cod, dezvoltatorii pot dobândi o înțelegere mai profundă a capabilităților soluției SiP NRF9160 și a utilizării acesteia în sprijinirea localizării GPS și a conectivității LTE-M/NB-IoT într-o aplicație de urmărire a activelor.

Rutina principală din acest exemplu de software ilustrează modelele de proiectare de bază pentru implementarea unei aplicații personalizate de urmărire a activelor. La început, rutina principală invocă o serie de rutine de inițializare. Printre aceste rutine, o rutină de inițializare configurează modemul și stabilește conexiunea LTE trimițând o serie de șiruri de atenție (AT) pentru a defini parametrii de conexiune și a invoca funcționalitatea încorporată a modemului în scopul de a se conecta la rețeaua operatorului. O altă rutină de inițializare, work_init, inițializează un set de cozi de lucru RTOS Zephyr, inclusiv cele pentru senzori, GPS și butoanele plăcii de dezvoltare (Lista 1).

Copie
static void work_init(void)
{
       k_work_init(&sensors_start_work, sensors_start_work_fn);
       k_work_init(&send_gps_data_work, send_gps_data_work_fn);
       k_work_init(&send_button_data_work, send_button_data_work_fn);
       k_work_init(&send_modem_at_cmd_work, send_modem_at_cmd_work_fn);
       k_delayed_work_init(&send_agps_request_work, send_agps_request);
       k_delayed_work_init(&long_press_button_work, long_press_handler);
       k_delayed_work_init(&cloud_reboot_work, cloud_reboot_handler);
       k_delayed_work_init(&cycle_cloud_connection_work,
                         cycle_cloud_connection);
       k_delayed_work_init(&device_config_work, device_config_send);
       k_delayed_work_init(&cloud_connect_work, cloud_connect_work_fn);
       k_work_init(&device_status_work, device_status_send);
       k_work_init(&motion_data_send_work, motion_data_send);
       k_work_init(&no_sim_go_offline_work, no_sim_go_offline);
#if CONFIG_MODEM_INFO
       k_delayed_work_init(&rsrp_work, modem_rsrp_data_send);
#endif /* CONFIG_MODEM_INFO */
}

Lista 1: Aplicația eșantion pentru dispozitivul de urmărire a activelor de la Nordic se bazează pe utilitarele RTOS Zephyr pentru gestionarea cozii, pentru a crea o serie de cozi cu rutine de apel invers asociate pentru gestionarea diverselor sarcini, cum ar fi achiziția de date de la senzori și transmiterea lor în cloud. (Sursă cod: Nordic Semiconductor)

În timpul acestei faze de inițializare, funcțiile asociate fiecărei invocări a inițializării cozii de lucru își îndeplinesc propriile sarcini de inițializare specifice, inclusiv cele necesare pentru efectuarea oricăror actualizări necesare. De exemplu, funcția sensors_start_work_fn apelată de work_init setează un mecanism de interogare ciclică ce poate invoca periodic o funcție, env_data_send, care trimite datele de la senzor în cloud (Lista 2).

Copie
static void env_data_send(void)
{
[code deleted]
       if (env_sensors_get_temperature(&env_data) == 0) {
              if (cloud_is_send_allowed(CLOUD_CHANNEL_TEMP, env_data.value) &&
                  cloud_encode_env_sensors_data(&env_data, &msg) == 0) {
                     err = cloud_send(cloud_backend, &msg);
                     cloud_release_data(&msg);
                     if (err) {
                           goto error;
                     }
              }
       }
 
       if (env_sensors_get_humidity(&env_data) == 0) {
              if (cloud_is_send_allowed(CLOUD_CHANNEL_HUMID,
                                    env_data.value) &&
                  cloud_encode_env_sensors_data(&env_data, &msg) == 0) {
                     err = cloud_send(cloud_backend, &msg);
                     cloud_release_data(&msg);
                     if (err) {
                           goto error;
                     }
              }
       }
[code deleted]

Lista 2: Aplicația eșantion pentru dispozitivul de urmărire a activelor de la Nordic demonstrează modelul de proiectare de bază pentru transmiterea datelor, inclusiv datele de la senzori, după cum se arată în acest fragment de cod. (Sursă cod: Nordic Semiconductor)

Când aplicația eșantion pentru dispozitivul de urmărire a activelor rulează pe kitul de dezvoltare IoT celular NRF6943 THINGY:91 de la Nordic Semiconductor, aplicația trimite date reale de la senzorii de la bordul THINGY:91. Când rulează pe kitul de dezvoltare NRF9160-DK de la Nordic Semiconductor, aceasta trimite date simulate utilizând o rutină de simulare a senzorului inclusă în SDK. Dezvoltatorii pot extinde cu ușurință acest pachet software pentru a implementa propriile aplicații de urmărire a activelor sau pot folosi exemplele de cod pentru a implementa arhitectura propriilor lor aplicații.

Concluzie

Folosind metode convenționale, capacitatea de a urmări pachete valoroase sau de a localiza active de mare valoare în mediul agricol sau în orașele inteligente a fost limitată la tehnologiile wireless, cum ar fi etichetele RFID, Bluetooth și Wi-Fi. Proiectanții au nevoie de o gamă mai mare și de informații mai precise despre locație pe perioade mai lungi de timp. Standardele celulare LTE de joasă putere precum LTE-M sau NB-IoT combinate cu GPS pot îndeplini aceste cerințe, dar implementarea poate fi dificilă din cauza dificultății și nuanțelor designului RF.

După cum s-a arătat, SiP de la Nordic Semiconductor oferă o soluție cu montare relativ directă pentru urmărirea activelor cu rază lungă de acțiune, de joasă putere. Folosind această soluție SiP pre-certificată și kiturile sale de dezvoltare, dezvoltatorii pot evalua rapid conectivitatea celulară, crea prototipuri de aplicații de urmărire a activelor cu GPS activat, bazate pe conectivitatea celulară, și pot construi dispozitive personalizate de urmărire a activelor care profită din plin de gama extinsă și de cerințele de joasă putere ale conectivității celulare LTE-M și NB-IoT.