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
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Motivacion
Desperdicio de informacion de variables.
Independencia de personas.
Reaccion inmediata.
Monitoreo inalambrico.
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6 Conclusiones
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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.
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2 Objetivos
3 Introduccion
4 Implementacion
5 Ensayos y resultados
6 Conclusiones
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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.
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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
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IoT (Internet of Things)
Seleccion de tecnologıas a usar
Sigfox y LoRa
Consideraciones
LPWAN.
Largo alcance.
Bajo consumo.
Bajo costo.
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¿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.
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Ciclo de vida de un mensaje en Sigfox
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¿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.
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¿Que es LoRA y LoRAWAN?
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¿Que es LoRA y LoRAWAN?
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4 Implementacion
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Implementacion
Diagrama del sistema
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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.
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Esquematico Jerarquıa
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Esquematico Lora
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Layout modulos
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Modelo 3D tarjeta modulo Sigfox y LoRaWAN
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Implementacion
Tarjeta principal en 3D
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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.
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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.
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Implementacion
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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
Estructura del firmware
Scheduler
tSigfox tLoRaenQueuePayload
tIdle
tFSM
tDispPayload
yes
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Uso del OS
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FSM
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Driver OOB (Object Oriented Programming)
No dependiente al hardware.
https://github.com/thejbte/DriverWisol
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Codificacion trama
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Hardware desarrollado
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Resultado sintonizacion y verificacion de la antena
Carta Smith
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Resultado sintonizacion y verificacion de la antena
Curva perdidas de retorno
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Consumo energetico
Modo Sigfox LoRaWAN
Normal 0.53 mA 6.71 mASleep 0.3 µA 6.4 µA
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Pruebas transmisiones a Sigfox y LoRaWAN
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Integracion con plataforma
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6 Conclusiones
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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.
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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.
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Agradecimentos
¡Muchas Gracias!
¿Preguntas?
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