Využívání systému SiP s mobilním připojením a funkcí GPS k rychlé implementaci sledování majetku v zemědělství a chytrých městech

Vývojáři internetu věcí (IoT) a zařízení a systémů ke sledování majetku v oblasti průmyslu, zemědělství a chytrých měst potřebují způsob, jak komunikovat na velkou vzdálenost s minimální spotřebou energie po delší časová období. V řešeních sledování majetku se široce využívají bezdrátové technologie, jako jsou čipy RFID a technologie Bluetooth a Wi-Fi, ale všechny mají omezený dosah a spotřebovávají příliš mnoho energie. Je potřeba kombinace systému GPS a přizpůsobení infrastruktury, jako jsou mobilní sítě, které jsou již široce využívány a jsou určeny ke komunikaci s delším dosahem, než mají technologie Wi-Fi a Bluetooth.

Mobilní sítě založené na technologii LTE byly původně navrženy k širokopásmové bezdrátové konektivitě mobilních produktů a zařízení. Aplikace IoT mohou na druhou stranu pracovat s využíváním mobilních technologií s užším pásmem a nižší spotřebou, jako je strojová komunikace dlouhodobé evoluce (LTE-M) a úzkopásmová síť internetu věcí (NB-IoT). RF a bezdrátové provedení je stále velmi náročné a vývojáři, kteří postrádají rozsáhlejší zkušenosti v oblasti mobilních technologií, čelí velkým obtížím při implementování funkčního designu, který optimalizuje bezdrátový výkon a spotřebu energie, přičemž však musí stále splňovat i mezinárodní zákonné předpisy jak pro služby mobilních sítí, tak pro polohové systémy GPS i požadavky konkrétních operátorů.

V tomto článku jsou popsány trendy a požadavky na design v oblasti sledování majetku. Poté je představeno řešení SiP (system-in-package) se systémem GPS a mobilním úzkým pásmem od společnosti Nordic Semiconductor. Ukážeme zde, jak lze s jeho pomocí výrazně zjednodušit implementaci zařízení s mobilním připojením s povolenou funkcí GPS pro sledování majetku a jiné použití IoT v zemědělství a chytrých městech.

Vzrůstající důležitost sledování majetku

Pro obchod je zásadní možnost efektivně odesílat produkty. Jen samotná společnost Amazon odeslala v roce 2019 odhadem asi 5 miliard balíků. Přepravní náklady ji stály téměř 38 miliard dolarů a jednalo se o 37% nárůst oproti roku 2018. Pro jakoukoli přepravní společnost dochází vlivem zpoždění, poškození a krádeží k významnému tlaku na výrobce, distributory a zákazníky. Společnosti Amazon se vrátila téměř čtvrtina balíků zpět, 21 % kvůli tomu, že zákazníkovi dorazilo poškozené balení.

A společnost Amazon není v žádném případě jediná, která musí vynakládat významnou část svého rozpočtu na přepravu. Podle zprávy o stavu logistiky z roku 2020 od rady profesionálů řízení dodavatelského řetězce („Council of Supply Chain Management Professionals“, CSCMP) vynaložily společnosti na dopravu v roce 2019 téměř 1,7 biliónu dolarů. Takové výdaje tvoří 7,6 % hrubého národního produktu (HDP) USA. S takovýmito výdaji by možnost sledování balíků, identifikace zpoždění a případů poškození mohla poskytovat dodavatelům a kupujícím významnou výhodu a problémy s dopravou by se mohly zlepšit.

Kromě sledování balíků v dodavatelském řetězci by většina podnikatelů potřebovala lepší způsoby sledování jejich majetku a vyhledávání nesprávně umístěných položek. Polovina firem ještě stále eviduje majetek ručně a z tohoto počtu jich mnoho při hledání chybějícího majetku ve skladech, výrobních závodech a fyzických místech spoléhá na zaměstnance.

Srovnání technologií konektivity při sledování majetku

Přestože vznikla řada řešení, která pomáhají sledování majetku automatizovat, základní technologie nabízejí omezenou oblast pokrytí, vysoké náklady na danou jednotku anebo mají velké požadavky na spotřebu energie. Poslední zmíněný faktor má pro sledování majetku zásadní důležitost, protože zařízení IoT na dálku jsou napájená bateriemi.

Tradiční metody sledování založené na technologii pasivní radiofrekvenční identifikace (RFID) nemohou poskytovat aktuální data v pohybu a vyžadují, aby balíky procházely nějakým fyzickým kontrolním bodem, který detekuje čip RFID připevněný na balíku. Aktivní čipy RFID na baterie mohou poskytovat údaje o poloze v reálném čase, ale vyžadují dodatečnou infrastrukturu a mají stále jen omezené pokrytí.

Ve srovnání s čipy RFID mají technologie BLE („Bluetooth low energy“) a Wi-Fi výrazně větší dosah v oblasti pokrytí vybavené pevnými lokátory jednotlivých technologií. Technologie BLE a Wi-Fi postavené na bohatém ekosystému zařízení a softwaru se již používají v aplikacích založených na poloze, jako je trasování kontaktů COVID-19 a v konvenční službě lokalizace v reálném čase (RTLS). Díky dostupnosti funkcí určení směru ve standardu Bluetooth 5.1 lze vypočítat přesné umístění čipu na základě dat měření úhlu dopadu signálu („angle-of-arrival“, AoA) a úhlu odchozího signálu („angle-of-departure“, AoD) (obrázek 1).

Obrázek 1: Pokročilé funkce zjišťování směru při přesném určování polohy čipu s podporou Bluetooth v třírozměrném prostoru (Zdroj obrázku: Nordic Semiconductor)

Zatímco používání technologie BLE zůstává omezeno na aplikace s krátkým dosahem, síť Wi-Fi lze díky většímu dosahu použít v aplikacích sledování majetku v rámci skladu nebo areálu firmy. Čipy Wi-Fi RTLS jsou nicméně obvykle drahá zařízení s takovými požadavky na napájení, se kterými je použití baterií téměř nemožné. Jejich použití je proto omezeno na sledování větších a drahých majetků. Zároveň jsou nasazení některé z těchto technologií ve velkém měřítku náchylná na vzrůstající šum ve své šířce pásma příjmu, což vede ke ztrátě nebo poškození paketů a degradaci schopnosti detekce polohy.

Navzdory svému potenciálnímu využití k místnímu sledování majetku nejsou schopny technologie RFID, BLE ani Wi-Fi poskytovat takový rozsah pokrytí, který je nutný ke snadnému sledování majetku, jakmile opustí sklad nebo hranice areálu firmy. Schopnost sledování balíku nebo nějakého kusu vybavení v regionu nebo dokonce po celé zeměkouli závisí na dostupnost bezdrátové technologie a její možnosti dosahovat jak provozu na delší vzdálenost, tak s nízkou spotřebou energie.

Významného dosahu mohou dosahovat alternativy, jako jsou ultraširokopásmové technologie s nízkou spotřebou energie (UWB), ale síťové pokrytí zůstává v jejich případě omezené. Ve skutečnosti může jen několik alternativ nabídnout globální pokrytí, které je již dostupné v řešeních mobilního připojení nízkoenergetických sítí pro rozsáhlá území („Low Power Wide Area Network“, LPWAN) definovaných třetí generací Partnerského projektu (3GPP) – mezinárodního konsorcia, které definuje mobilní komunikační standardy.

Globální dosah s konektivitou mobilních sítí

Ze standardů 3GPP jsou k poskytování relativně nenáročného protokolu mobilního připojení dobře odpovídajícího požadavkům IoT na datovou rychlost, šířku pásma a spotřebu energie určeny konkrétně standardy založené na technologiích LTE-M a NB-IoT.

V dohodě 3GPP Vydání 13 je definována technologie LTE Cat M1 jako standard LTE-M, který podporuje přenos příchozího i odchozího připojení rychlostí 1 Mbit/s s latencí 10 až 15 ms a šířkou pásma 1,4 MHz. A i technologie Cat-NB1 je definována v dohodě 3GPP Vydání 13, a to jako standard NB-IoT nabízející rychlost příchozího připojení 26 kbits/s a odchozího připojení 66 kbits/s s latencí 1,6 až 10 s a šířkou pásma 180 kHz. V dohodě 3GPP Vydání 14 je definován další standard NB-IoT – technologie Cat-NB2 nabízející vyšší datovou rychlost 127 kbit/s příchozího připojení a 159 kbit/s odchozího připojení.

Přestože konkrétní vlastnosti těchto dvou širokých tříd technologie LPWAN jsou dalece mimo možnosti tohoto stručného článku, obě mohou efektivně sloužit pro typické aplikace sledování majetku. Řešení sledování majetku kombinované se senzory a funkcemi globálního systému určování polohy (GPS) v kompaktním balíčku a založené na technologii LTE-M nebo technologii NB-IoT sítě LPWAN mobilních operátorů mohou podporovat takový druh funkcí, který je pro správu majetku a end-to-end logistiku požadován.

Vezmeme-li v úvahu potenciál sítě LPWAN při dosahování větší účinnosti a úspory nákladů, síť LPWAN mobilních operátorů hraje v logistice stále větší a větší roli. Díky dostupnosti systému SiP nRF9160 společnosti Nordic Semiconductor mohou vývojáři rychleji a snadně uspokojit rostoucí poptávku po zařízeních založených na síti LPWAN potřebných k efektivnějšímu sledování majetku nebo k jiným aplikacím IoT.

Sestavení miniaturního řešení sledování majetku pomocí zařízení SiP

Zařízení SiP nRF9160 společnosti Nordic Semiconductor s nízkou spotřebou energie kombinuje zařízení se systémem na čipu (SoC) s podpůrným obvodem, které umožňuje získat kompletní řešení konektivity LPWAN v jednom pouzdře LGA („Land Grid Array“) o rozměrech 10 × 16 × 1,04 mm. Různé varianty produktu nRF91 SoC s mikrokontrolérem založeným na jádru Arm® Cortex®-M33 v sobě integrují modem LTE-M v řešení NRF9160-SIAA SiP, modem NB-IoT v řešení NRF9160-SIBA SiP a oba modemy LTE-M a NB-IoT i technologii GPS v řešení NRF9160-SICA SiP. Zařízení nRF9160 SiP je navíc předem certifikováno, aby splňovalo globální i regionální i požadavky operátorů mobilních sítí, což vývojářům umožňuje rychle implementovat řešení mobilní konektivity bez zpoždění, která jsou s testováním dodržení předpisů obvykle spojena.

Všechny verze SiP kombinují aplikační procesor založený na mikrokontroléru a modem s rozsáhlou sadou periferií, včetně 12bitového analogově-digitálního převodníku (ADC), který je často v provedeních senzorů nutný. Další provedení SiP, zařízení SoC s RF front-endem, integrovaným obvodem řízení spotřeby energie (PMIC) a dalšími součástkami vytvářejí miniaturní řešení pro konektivitu LPWAN (obrázek 2).

Obrázek 2: Systém nRF9160 SiP společnosti Nordic Semiconductor kombinuje systém SoC s aplikačním procesorem a modemem LTE s dalšími součástkami potřebnými k implementaci kompaktního provedení s mobilním připojením s nízkou spotřebou energie ke sledování majetku nebo k jiným použitím IoT. (Zdroj obrázku: Nordic Semiconductor)

Mikrokontrolér SoC slouží jako hostitelský procesor a integruje řadu bezpečnostních funkcí určených ke splnění rostoucí poptávky na zabezpečení v připojených zařízeních, včetně zařízení IoT a systémů sledování majetku. Mikrokontrolér vystavěný na architektuře Arm TrustZone v sobě zahrnuje bezpečnostní blok Arm Cryptocell, který kombinuje kryptografický akcelerátor veřejného klíče s mechanismem určeným k ochraně citlivých dat. Navíc jednotka zabezpečovacího klíče (KMU) poskytuje zabezpečené úložiště pro několik typů tajných dat včetně párů klíčů, symetrických klíčů, hodnot hash a soukromých dat. Samostatná jednotka ochrany systému (SPU) poskytuje také zabezpečený přístup k pamětem, periferiím, pinům zařízení a dalším zdrojům.

Při provozu slouží mikrokontrolér systému SoC jako hostitel, který spouští aplikační software a spouští a zastavuje modem. Modem kromě odpovídání na příkazy spuštění a zastavení od hostitele zpracovává také své vlastní operace pomocí svých značných doplňků integrovaných bloků včetně vyhrazeného procesoru, transceiveru RF a základního pásma modemu. Modem spouštějící svůj vestavěný firmware plně podporuje technologie Cat-M1 a Cat-NB1 definované v dohodě 3GPP LTE Vydání 13. Hardware podporuje i technologii Cat-NB2 definovanou v dohodě Vydání 14, ale ke spuštění vyžaduje dodatečný firmware.

Dosahování mobilní konektivity s nízkou spotřebou pomocí systému nRF9160 SiP

Řešení nRF9160 SiP v sobě kombinuje rozsáhlé hardwarové funkce s kompletní sadou funkcí řízení spotřeby energie. Obsažený obvod PMIC je podporován jednotkou řízení spotřeby energie (PMU), která monitoruje využívání energie a automaticky spouští a zastavuje hodiny a přívodní regulátory, aby se dosáhlo co možná nejnižší spotřeby energie (obrázek 3).

Obrázek 3: Systém nRF9160 SiP zahrnuje jednotku PMU, která automaticky řídí hodiny a přívodní regulátory, a optimalizuje tak spotřebu energie. (Zdroj obrázku: Nordic Semiconductor)

Spolu s režimem napájení vypnutého systému, který zachovává napájení pouze pro ty obvody, které potřebují budit zařízení, podporuje jednotka PMU také dva podrežimy napájení zapnutého systému. Po resetu při zapnutí (POR) přejde zařízení do podrežimu nízké spotřeby energie, který uvede funkční bloky včetně aplikačního procesoru, modelu a periferií do stavu nečinnosti. V tomto stavu jednotka PMU automaticky spouští a zastavuje hodiny a regulátory napětí pro různé bloky podle potřeby.

Vývojáři mohou výchozí podrežim nízké spotřeby energie přepsat tak, aby se přepínal do podrežimu konstantní latence. V podrežimu konstantní latence zachovává jednotka PMU napájení některých zdrojů výměnou přírůstkového růstu spotřeby energie za možnost poskytovat předvídatelnou latenci odpovědi. Pomocí externího pinu povolení mohou vývojáři využít třetí režim napájení, který vypne celý systém. Tato možnost se typicky využívá v designech systému s použitím systému nRF9160 SiP jako komunikačního koprocesoru řízeného hlavním procesorem hostitelského systému.

Tyto funkce optimalizace napájení umožnily systému SiP dosáhnout takového chodu s nízkou spotřebou, který je nutný k zajištění delší výdrže baterie v zařízeních ke sledování majetku. Například s mikrokontrolérem ve stavu nečinnosti a s vypnutým modemem spotřebovává systém SiP s aktivním čítačem reálného času pouze 2,2 μA. S vypnutým mikrokontrolérem i modemem a napájením přiváděným pouze k budicímu obvodu založenému na univerzálním vstupním/výstupním pinu (GPIO) spotřebovává systém SiP pouze 1,4 μA.

Systém SiP dosahuje provozu s nízkou spotřebou energie i nadále, během zpracovávání různých zatížení. Například spuštění srovnávacího testu CoreMark s 64MHz hodinami vyžaduje pouze 2,2 mA. Čím více je povoleno periferií, tím více samozřejmě roste spotřeba energie. Přesto může mnoho monitorovacích aplikací využívajících senzory fungovat efektivně i při nižších provozních rychlostech, které pomáhají zachovat provoz s nízkou spotřebou energie. Například spotřeba proudu u integrovaného diferenciálního A/D převodníku s postupnou aproximací (SAR) spadne při vzorkování v jakémkoli scénáři s 16 tisíci vzorky za sekundu při přepnutí z hodin s vysokou přesností na hodiny s nižší přesností z 1288 mA na méně než 298 mA.

Zařízení využívá své funkce optimalizace energie také pro své ostatní funkční bloky včetně GPS. V normálním provozním režimu spotřebovává nepřetržité sledování pomocí GPS kolem 44,9 mA. Povolíte-li režim úspory energie GPS, spadne spotřeba proudu při nepřetržitém sledování na 9,6 mA. Snížením vzorkovací rychlosti GPS z nepřetržité na každé dvě minuty nebo podobnou rychlost mohou vývojáři významně snížit spotřebu energie. Zjišťuje-li například GPS polohu fixně každé dvě minuty, spotřebovává pouze 2,5 mA.

Podpora zařízení ohledně dalších provozních režimů úspory energie je rozšířena i na modem systému nRF9160 SiP. Vývojáři mohou s tímto zařízení povolit funkce modemu podporující speciální mobilní protokoly, určené přímo ke snížení spotřeby energie v připojených zařízeních napájených bateriemi.

Využití mobilních protokolů s nízkou spotřebou energie

Jako u jakéhokoli jiného bezdrátového zařízení spotřebovává kromě hostitelského procesoru nejvíc energie obvykle rádiový subsystém. Konvenční mobilní rádiové subsystémy využívají výhod protokolů úspory energie, které jsou obsaženy ve standardu mobilní technologie. Chytré telefony a jiná mobilní zařízení obvykle používají funkci nazvanou diskontinuální příjem (DRX), který zařízení umožňuje vypnout jeho rádiový přijímač po určitou dobu, kterou podporuje síťový operátor.

Podobně i protokol rozšířeného diskontinuálního příjmu (eDRX) umožňuje zařízením s nízkou spotřebou energie, jako jsou zařízení ke sledování majetku na baterie nebo jiná zařízení IoT, specifikovat, jak dlouho budou v režimu spánku, než se přihlásí zpět do sítě. Při povolení režimu eDRX může zařízení LTE-M spát po dobu až 43 minut a zařízení NB-IoT až 174 minut, čímž se dramaticky prodlouží výdrž baterie (obrázek 4).

Obrázek 4: Modem systému nRF9160 SiP podporuje rozšířený diskontinuální příjem, který umožňuje dosáhnout dramatické úspory energie uvedením do režimu spánku na dobu danou mobilní sítí. (Zdroj obrázku: Nordic Semiconductor)

Další provozní režim mobilních zařízení, nazývaný režim úspory energie („power save mode“, PSM), zařízením umožňuje, aby zůstala v mobilní síti registrována i během režimu spánku a síťové nedostupnosti. Pokud není normálně mobilní síť schopná se se zařízením během určité doby spojit, ukončí se zařízením spojení a vyžaduje, aby zařízení spustilo postup opětovného připojení, který spotřebovává větší množství energie. V dlouhodobém provozu zařízení na baterie mohou tyto opakované malé spotřeby energie vyčerpat baterii nebo významně snížit úroveň nabití baterie.

Zařízení s povoleným režimem úspory energie PSM funguje tak, že síti poskytne sadu hodnot časovače, které budou indikovat, kdy bude zařízení periodicky dostupné a po jak dlouhou dobu zůstane dostupné, než se opět vrátí k režimu spánku (obrázek 5).

Obrázek 5: Protokol režimu úspory energie mobilního připojení umožňuje zařízením využívat režimů spánku s nízkou spotřebou energie, aniž by se zvyšovaly náklady za energii při opětovném připojení, tím, že udává konkrétní období, kdy nejsou zařízení dostupná. (Zdroj obrázku: Nordic Semiconductor)

Vzhledem k definování režimu úspory energie operátor zařízení neodpojuje. Zařízení se vlastně může kdykoli probudit a pokračovat v komunikaci. Výhodou je, že se režim spánku s nízkou spotřebou energie využije v případě, že není nic ke komunikaci, aniž by byla jakkoli omezena možnost se podle potřeby probudit a okamžitě komunikovat.

Systém nRF9160 SiP podporuje jak režim eDRX, tak režim úspory energie PSM, a umožňuje tak zařízení zůstat v provozu s minimální spotřebou energie. Je-li zařízení v rámci režimu úspory energie PSM v nedostupném stavu, spotřebovává pouze 2,7 μA. Režim eDRX využívá jen o něco více proudu. Při použití cyklu 82,91 s se spotřebovává s technologií Cat-M1 18 μA a s technologií Cat-NB1 pak 37 μA.

Vývoj řešení ke sledování majetku s nízkou spotřebou energie

Implementace hardwarového provedení zařízení ke sledování majetku založeného na systému nRF9160 SiP vyžaduje kromě rozpojovacích součástek, antén a součástek potřebných pro jednotlivé odpovídající sítě antén GPS a LTE i několik dalších dílů (obrázek 6).

Obrázek 6: Při použití systému nRF9160 SiP společnosti Nordic Semiconductor potřebují vývojáři k implementaci hardwarového provedení kompletního zařízení ke sledování majetku s mobilním připojením nebo jiného zařízení IoT několik dalších součástek. (Zdroj obrázku: Nordic Semiconductor)

Vývojáři mohou systém nRF9160 SiP snadno zkombinovat se zařízením Bluetooth, jako je bezdrátový mikrokontrolér Bluetooth a senzory NRF52840 společnosti Nordic Semiconductor. Vytvoří tak sofistikované zařízení ke sledování majetku s mobilním připojením a funkcí GPS založené na senzorech, které uživatelům poskytne přístup k datům prostřednictvím chytrých telefonů a jiných mobilních zařízení s funkcí Bluetooth.

Prostřednictvím dvou vývojových souprav pomáhá společnost Nordic Semiconductor vývojářům začít vyhodnocovat provedení založená na mobilních připojeních ještě rychleji. K rychlému prototypování aplikací sledování majetku založených na senzorech poskytuje vývojová souprava s mobilním připojením IoT THINGY:91 NRF6943 společnosti Nordic Semiconductor kompletní systém senzorů na baterie, který spáruje systém nRF9160 SiP se zařízením Bluetooth NRF52840, několika senzory, základními komponentami uživatelského rozhraní, 1400mAh nabíjecí baterií a SIM kartou, která umožňuje připojení k mobilní síti ihned po vybalení (obrázek 7).

Obrázek 7: Vývojová souprava s mobilním připojením IoT NRF6943 THINGY:91 společnosti Nordic Semiconductor poskytuje kompletní platformu pro rychlé prototypování aplikací založených na senzorech s mobilní konektivitou i konektivitou Bluetooth. (Zdroj obrázku: Nordic Semiconductor)

Souprava NRF9160-DK společnosti Nordic Semiconductor slouží při vlastním vývoji jako okamžitá vývojová platforma a reference pro nová provedení. Přestože souprava NRF9160-DK neobsahuje senzory jako souprava THINGY:91, kombinuje systém nRF9160 SiP se zařízením Bluetooth NRF52840 a zahrnuje kartu SIM spolu s několika konektory včetně rozhraní debuggeru SEGGER J-Link (obrázek 8).

Obrázek 8: Souprava NRF9160-DK společnosti Nordic Semiconductor nabízí komplexní vývojovou platformu pro implementaci vlastních aplikací ke sledování majetku s mobilním připojením a dalších řešení IoT. (Zdroj obrázku: Nordic Semiconductor)

K vývoji softwaru aplikace ke sledování majetku nabízí společnost Nordic kompletní aplikaci ke sledování majetku nRF9160 pomocí vývojové soupravy softwaru nRF Connect (SDK). Sada SDK kombinuje softwarovou knihovnu nrfxlib společnosti Nordic pro její systémy SoC, fork operačního systému Zephyr v reálném čase (RTOS) pro zařízení s omezenými zdroji a fork společnosti Nordic zabezpečeného spouštěcího zavaděče projektu MCUboot.

Soupravy THINGY:91 a NRF9160-DK se dodávají s předem nahranou aplikací ke sledování majetku určenou ke spojení s platformou IoT nRF Cloud, vlastní platformou společnosti Nordic. Pomocí předkonfigurovaných nastavení obou souprav mohou vývojáři začít okamžitě vyhodnocovat své vlastní aplikace ke sledování majetku s mobilním připojením a prototypování svých vlastních aplikací.

Spolu s přednahraným firmwarem poskytuje společnost Nordic i kompletní zdrojový kód pro aplikaci ke sledování majetku. Prozkoumají-li vývojáři tento kód, mohou lépe porozumět možnostem systému nRF9160 SiP, jeho podpoře zjišťování polohy GPS a konektivitě LTE-M/NB-IoT v aplikaci sledování majetku.

Hlavní rutina v tomto zdrojovém softwaru ilustruje základní vzory provedení k implementaci vlastní aplikace sledování majetku. Při spuštění vyvolá hlavní rutina sérii inicializačních rutin. Jedna inicializační rutina z těchto rutin nakonfiguruje modem a naváže připojení LTE odesláním řetězců upozornění (AT), aby se definovaly parametry připojení a vyvolala vestavěná funkce modemu k připojení k síti operátora. Další inicializační rutina, work_init, inicializuje sadu pracovních front Zephyr RTOS včetně front pro senzor, GPS a tlačítek vývojové desky (zápis 1).

Kopírovat
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 */
}

Zápis 1: Vzorová aplikace sledování majetku společnosti Nordic je postavena na pomůckách Zephyr RTOS pro správu front. Vytvoří se tak série front se souvisejícími rutinami zpětného volání ke zpracování různých úloh, jako je získávání dat senzoru a přenos do cloudu. (Zdroj kódu: společnost Nordic Semiconductor)

Během této inicializační fáze provádějí funkce související s vyvoláním inicializace jednotlivých pracovních front své vlastní inicializační úlohy, včetně úloh vyžadovaných k provedení případných nutných aktualizací. Například funkce sensors_start_work_fn volaná rutinou work_init nastavuje mechanismus dotazování, který může periodicky vyvolávat funkci env_data_send, která odesílá data senzoru do cloudu (zápis 2).

Kopírovat
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]

Zápis 2: Vzorová aplikace sledování majetku společnosti Nordic ukazuje vzor základního provedení pro přenos dat včetně dat senzorů, jak je uvedeno v tomto fragmentu kódu. (Zdroj kódu: společnost Nordic Semiconductor)

Při spuštění vzorové aplikace sledování majetku ve vývojové soupravě s mobilním připojením IoT NRF6943 THINGY:91 společnosti Nordic Semiconductor odesílá aplikace skutečná data z vestavěných senzorů soupravy THINGY:91. Při spuštění vývojové soupravy NRF9160-DK společnosti Nordic Semiconductor se odesílají simulovaná data pomocí rutiny simulátoru senzoru, obsažené v soupravě SDK. Vývojáři si mohou tento softwarový balíček snadno rozšířit k implementaci svých vlastních aplikací sledování majetku nebo mohou využít příklady kódu k implementaci své vlastní architektury aplikace.

Závěr

Při použití konvenčních metod je možnost sledování cenných balíků nebo vyhledání hodnotného majetku v zemědělství nebo v prostředí chytrých měst omezena na bezdrátové technologie, jako jsou čipy RFID a technologie Bluetooth a Wi-Fi. Vývojáři však potřebují delší dosah a přesnější informace o poloze po delší časová období. Tyto požadavky mohou splnit standardy mobilních připojení LTE s nízkou spotřebou energie, jako jsou LTE-M nebo NB-IoT, v kombinaci s funkcí GPS. Implementace však může být vzhledem k obtížnosti a nuancím provedení RF poměrně náročná.

Jak je uvedeno, systém SiP společnosti Nordic Semiconductor nabízí téměř miniaturní řešení pro sledování majetku s dlouhým dosahem a nízkou spotřebou energie. Využijí-li vývojáři tento předem certifikovaný systém SiP a jeho vývojové soupravy, mohou rychle vyhodnotit mobilní konektivitu, prototypovat aplikace sledování majetku založené na mobilním připojení s funkcí GPS a sestavit svá vlastní zařízení ke sledování majetku, která mohou plně využívat výhod delšího dosahu a nízké spotřeby energie mobilní konektivity LTE-M a NB-IoT.