Syswin Solutions promovează aplicații Smart City pe baza tehnologiei LoRa

SysTraffic
Luat în considerare într-un sens mai larg, obiectul poate fi o intersecţie, iar dacă senzorul este sensibil la perturbarea liniilor de câmp magnetic terestru, se poate efectua monitorizarea traficului rutier.
Creșterea populației și a numărului de mașini în mediul urban necesită gestionarea traficului pentru a reduce pierderile de combustibil, emisiile de gaze de eșapament, pentru a elimina blocajele consumatoare de timp, cu alte cuvinte, pentru a spori calitatea vieții. Au fost dezvoltate mai multe metode de detectare bazate pe diferite tipuri de senzori (ultrasonici, infraroșu, piezoelectric, arie acustică pasivă etc.) sau dispozitive (radar cu microunde, procesare de imagini de la camere video, bucla de inducție). Unii dintre senzori sunt îngropați sub covorul de rulare, care este îndepărtat și restaurat periodic; aceste operații îi pot deteriora, cum ar fi cei piezoelectrici sau buclele inductive. Deși senzorul de câmp magnetic este și el îngropat, probabilitatea de a fi afectat este foarte mică datorită capabilității lui de a funcționa la adâncimi mai mari decât cea necesară decopertării pentru efectuarea operațiilor de întreținere a carosabilului. Dispozitivul produs de Syswin Solutions conținând senzorul magnetic se plasează la o adâncime de minimum 15 cm. Instalarea dispozitivului este mult mai ușoară față de alte tipuri de senzori, deoarece necesită doar o decarotare cu un diametru de circa 11 cm datorită dimensiunilor sale reduse: 75 × 75 × 40 mm. Nu sunt necesare fire pentru interconectare sau pentru alimentare, deoarece, pe de o parte datele de la senzor sunt transmise prin comunicație fără fir, iar pe de altă parte, dispozitivul are înglobată o baterie care îi asigură o durată de funcționare de minimum 10 ani. Atunci când s-a demarat proiectarea dispo­zitivului s-a avut în vedere optimizarea consumului energetic. Aceasta s-a realizat pe două căi: selec­tarea componentelor cu cel mai mic consum și crea­rea unui algoritm de alternare eficientă a modurilor de lucru activ/standby pentru circuitele active, mai exact al perioadelor de accesare a senzorului, res­pectiv de transmitere a informațiilor la distanță.

În privința senzorului de câmp magnetic, au fost luate în considerare trei oferte: MAG3110 (NXP), HMC5883L (Honeywell Aerospace) și LIS3MDL (ST). Deoarece distribuitorul ne-a informat ca NXP va întrerupe fabricarea circuitului Xtrinsic MAG3110 three-axis digital magnetometer, iar pe site-ul Digikey.com circuitul de la Honeywell apărea ca “obsolete”, a fost aleasă soluția de la ST.

În etapa de testare în condiții reale efectuată într-o intersecție bucureșteană în paralel cu o buclă inductivă s-a constatat o mai bună contorizare a vehiculelor de către senzorul de câmp magnetic. Confruntând cu numărătoarea efectivă făcută de un observator uman timp de mai multe perioade, bucla inductivă pierdea sistematic din numărul vehiculelor. Senzorul magnetic oferă transmisie fără fir de la o adâncime de până la 30cm, nefiind afectat de lucrările de modernizare desfășurate la nivelul stratului de uzură al asfaltului și fiind insensibil la fenomenele atmosferice (ceață, ploaie, zăpadă), lumină ambientală. Soluția completă SysTraffic permite integrarea rapidă în sistemele de gestionare a traficului cu ajutorul gateway-ului LoRa, la o frecvență de transmisie sub-1GHz.

SysParking
Un alt “obiect” din spațiul urban îl poate constitui locul de parcare. SysParking este o soluție inovatoare concepută pentru zone nerezidențiale și rezidențiale care monitorizează un număr nelimitat de locuri de parcare și generează alerte și notificări în caz de ocupare neautorizată a unuia sau mai multor locuri de parcare rezervate sau interzise. Dispozitivul conținând senzorul de detecție a vehiculului este practic același cu cel pentru SysTraffic, dar software-ul embedded este diferit, deoarece nu mai trebuie numărate trecerile mașinilor, ci doar sesizată prezența/absența ei. Senzorii sunt plasați în locuri de parcare rezervate sau în zonele unde există interdicție de parcare (de exemplu: zone de acces pentru aprovizionare, stații de taxiuri), pentru a trimite o alertă în timp real ori de câte ori unul sau mai multe locuri de parcare sunt ocupate. Starea parcării este afișată pe un tablou de bord accesibil de la orice tip de dispozitiv mobil (laptop, tabletă, smartphone) și poate fi utilizat de un dispecerat central sau de o echipă de securitate.

Testarea în condiții reale a fost efectuată în mai multe zone din Alba Iulia timp de un an, atât pentru managementul parcării, cât și pentru detectarea parcării ilegale. De asemenea, a fost testat în cadrul mai amplu al Proiectului Pilot “Alba Iulia Smart City 2018”, primul de acest gen din România, care a mai inclus și monitorizarea parametrilor de calitate a aerului într-una dintre intersecțiile foarte circulate din oraș. Deoarece stația de monitorizare a calității aerului este instalată în aceeași intersecție cu sistemul de măsurare a volumului de trafic, se poate face și corelarea informaţiilor cu scopul de a determina impactul volumului de trafic asupra calităţii aerului.

KappaCSmart
De astă dată, un obiect palpabil: capacul de canalizare. Soluția Kappa CSmart a apărut în urma necesității monitorizării accesului la incintele de canalizare ce găzduiesc într-o oarecare măsură rețeaua de comunicație (fibră optică, conectică de telefonie etc.).
Monitorizarea a fost gândită în jurul capacelor care oferă acel acces, iar cerințele au fost: detecția deschiderii/închiderii unui capac; semnalarea, dacă este posibil, a cazurilor în care capacul este demontat neautorizat sau chiar furat; monitorizarea temperaturii din interiorul incintei în vederea detectării incendiilor sau chiar în scopul determinării apariţiei evenimentelor enumerate mai înainte. Sistemul proiectat pentru îndeplinirea acestor cerințe se bazează pe un dispozitiv de dimensiuni reduse conținând senzorul, uşor integrabil şi ataşabil obiectului monitorizat, construit dintr-o carcasă metalică antivandal (vezi detaliul din imagine), solidar cu capacul de canalizare şi care constituie nodul de rețea, precum şi pe un gateway pentru transferarea informaţiilor către o unitate centrală care constituie componenta de stocare şi interfaţare a datelor (bază de date, server etc.). În cazul aplicaţiei KappaCSmart, sunt folosiţi doi senzori: pe lângă cel esenţial detectării acţiunii de deschidere/închidere a capacului, un traductor de tip accelerometru tri-axial, ADXL345 low-power (Analog Devices), mai conţine şi un senzor de temperatură.

Numitorul comun
Intenţionat nu s-a menţionat în cadrul prezentării aplicaţiilor tipul de comunicaţie deoarece el constituie un element comun.

Tehnologia de comunicație folosită este LoRa, deja bine-cunoscută pentru capabilitatea de transmisie a datelor la distanțe foarte mari, consumul extrem redus și a unui semnal foarte robust. Se asigură astfel un transfer de date de la modulele cu senzori montate sub capace la nivelul carosabilului sau îngropate sub asfalt la un dispozitiv gateway plasat pe un stâlp din apropierea intersecției. Utilizarea benzii nelicențiate ISM oferă și ea avantajul redu­cerii costurilor pentru comunicație. Transmisia LoRa a fost soluția preferată și pentru abilitatea de a penetra anumite medii (în cazul nostru, asfaltul), chiar dacă, pe de altă parte, diverse obstacole pot să perturbe comunicația. Necesitatea de a exista linie directă între emițător și receptor în condițiile reliefului urban reduc teoretic distanța de comunicație la circa 2 -3 km, dar suficienți pentru aplicațiile noastre. La nivelul unui oraș multitudinea de noduri poate forma o rețea LoRaWAN cu toate canalele reglate la aceleași frecvențe deoarece este mai bine să existe o singură rețea care operează într-o singură zonă pentru a evita proble­mele de coliziune. Securitatea a fost întotdeauna un aspect important pentru orice tehnologie fără fir. LoRaWAN utilizează două niveluri de securitate: unul pentru rețea și unul pentru aplicație. Securitatea rețelei asigură autenticitatea nodului în rețea, în timp ce securitatea la nivelul aplicației asigură ca operatorul de rețea să nu aibă acces la datele aplicației utilizatorului final. Se utilizează criptarea bazată pe standardul de criptare avansat simetric, AES. În plus, semnalele de putere redusă ale spectrului de frecvențe Chirp Spread sunt foarte greu de detectat și interceptat.

De departe cel mai mare consumator de energie, modulul de comunicație LoRa a necesitat un studiu mai aprofundat de piață. Există destul de mulți producători în Europa (Italia, Germania, Elveția), Statele Unite ale Americii și, evident, în China, parte din ei figurând și în tabelul de mai sus.
Criteriile de selecție au inclus performanțele tehnice (frecvența, consumul maxim în modurile de transmisie, recepție, power down, sensibilitatea s.a.) disponibilitatea pe piața locală, prețul de achiziție, iar nu în ultimul rând, ușurința programării. Din intersecția acestor considerente a fost aleasă ultima opțiune, aceasta ducând și la obținerea unui preț de vânzare competitiv.

Conectarea la sistemele de management
Conectarea rețelei de senzori SysTraffic la sistemul de management se face prin intermediul unui gateway LoRa dedicat, produs de Syswin Solutions, care are o interfață pentru automatul de semaforizare. Alimentarea gateway-ului se face direct de la rețeaua publică de curent alternativ 230V/50Hz.

Soluția SysParking utilizează un concentrator LoRa, SmartGWay, produs tot de Syswin Solutions, care este un dispozitiv hardware tip gateway ce permite transmiterea de date din rețeaua de senzori SysParking spre centrul de gestionare a parcării. Dispunând de 16 canale, concentratorul poate deservi practic un număr nelimitat de noduri (teoretic 60.000), limitarea fiind dată de condiția de vizibilitate directă. Dispozitivul face trecerea de la rețeaua LoRa 433 MHz, la GPRS sau LAN. SmartGWay poate fi integrat în orice sistem de gestionare a traficului.

Tensiunea de alimen- tare poate fi 12Vcc (când se utilizează o sursă externă conec­tată la rețeaua pu­blică de curent alter- nativ) sau 24Vcc (când se utilizează panouri fotovoltaice).
Același dispozitiv SmartGWay se utilizează și în cazul soluției KappaCSmart pentru transmiterea datelor la serverul de aplicație.

Pe scurt
Opțiunea pentru tehnologia LoRa conferă fimei Syswin Solutions oportunitatea obținerii unor aplicații într-un domeniu emergent cum este Smart City: SysTraffic, SysParking, KappaCSmart. Acestea sunt bazate pe comunicațiile sigure, bidirecționale, cu putere redusă, pe distanțe lungi, oferite de o tehnologie atractivă atât prin servicii de rețea gratuite, cât și prin plăți. Semnalele sale wireless pot penetra solul și pot ajunge la distanțe mari, furnizând pachete mici de date către și de la mai multe dispozitive noduri de joasă putere.
Acestea nu sunt singurele aplicații dezvoltate de Syswin Solutions pe baza tehnologiei LoRa, una dintre ele fiind tangențial amintită mai sus; le vom prezenta pe fiecare în viitoarele ediții ale revistei Electronica Azi.

Autori: Adrian Zărnescu, Răzvan Ungurelu, Gaudenţiu Vărzaru

Syswin Solutions
www.syswinsolutions.com