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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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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1 Motivacion

2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion

5 Ensayos y resultados

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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Contenido

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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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2 Objetivos

3 Introduccion

4 Implementacion

5 Ensayos y resultados

6 Conclusiones

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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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