Utilizzare un SiP cellulare e GPS per implementare rapidamente la tracciabilità delle risorse per l'agricoltura e le città intelligenti

Gli sviluppatori di Internet delle cose (IoT) e di dispositivi e sistemi di tracciabilità delle risorse per l'industria, l'agricoltura e le città intelligenti hanno bisogno di un modo per comunicare su lunghe distanze con un consumo minimo per lunghi periodi di tempo. Le tecnologie wireless come i tag RFID, Bluetooth e Wi-Fi sono già ampiamente utilizzate per le soluzioni di tracciabilità delle risorse, ma hanno una portata limitata e consumano troppa energia. Ciò che serve è una combinazione di GPS e un adattamento dell'infrastruttura come le reti cellulari già ampiamente diffuse e progettate per comunicazioni a distanze superiori rispetto a quelle disponibili con Wi-Fi o Bluetooth.

Le reti cellulari basate su LTE sono state progettate in origine per la connettività wireless ad ampia larghezza di banda per prodotti e dispositivi mobili. Le applicazioni IoT, invece, se la possono cavare utilizzando tecnologie cellulari a banda stretta a bassa potenza, come l'evoluzione a lungo termine per le macchine (LTE-M) e l'IoT a banda stretta (NB-IoT). Tuttavia, la progettazione RF/wireless è difficile, e gli sviluppatori privi di esperienza soprattutto in ambito cellulare, incontrano grandi difficoltà nell'implementare un progetto funzionante che ottimizzi le prestazioni wireless e il consumo energetico, soddisfacendo al contempo le linee guida normative internazionali per i servizi di localizzazione cellulari e GPS, nonché i requisiti specifici degli operatori.

Questo articolo descrive le tendenze e i requisiti di progettazione per la tracciabilità delle risorse. Presenta poi una soluzione System-in-Package (SiP) GPS e cellulare a banda stretta di Nordic Semiconductor e mostra come può semplificare notevolmente l'implementazione di dispositivi cellulari abilitati al GPS per la tracciabilità delle risorse e altre applicazioni IoT per l'agricoltura e le città intelligenti.

Perché la tracciabilità delle risorse è sempre più importante

La capacità di spedire i prodotti in modo efficiente è vitale per il commercio: Amazon ha spedito circa cinque miliardi di pacchi nel 2019, spendendo quasi 38 miliardi di dollari in costi di spedizione - un aumento del 37% rispetto al 2018. Per qualsiasi spedizioniere, ritardi, danni e furti mettono a dura prova produttori, distributori e clienti. Per Amazon, quasi un quarto dei pacchi spediti è stato restituito, il 21% perché il cliente ha ricevuto un pacco danneggiato.

Amazon non è affatto la sola a destinare una parte significativa del proprio budget alle spedizioni. Secondo il rapporto sullo stato della logistica del 2020 del Council of Supply Chain Management Professionals (CSCMP), le aziende hanno speso quasi 1,7 trilioni di dollari nelle spedizioni nel 2019 - una spesa che rappresenta il 7,6% del prodotto nazionale lordo (PIL) degli Stati Uniti. A questi livelli, la capacità di tracciare i colli, identificare ritardi e casi di danno può essere un vantaggio significativo per i fornitori e gli acquirenti per correggere i problemi di spedizione.

Oltre a seguire i pacchi lungo la supply chain, la maggior parte delle imprese ha bisogno di metodi migliori per rintracciare i propri beni e localizzare gli articoli smarriti. Eppure, la metà di tutte le aziende registra ancora manualmente i beni, e di queste, molte si affidano ai dipendenti per cercare i beni mancanti in magazzini, stabilimenti e sedi fisiche.

Confronto delle tecnologie di connettività per la tracciabilità delle risorse

Sebbene siano emerse diverse soluzioni per aiutare ad automatizzare la tracciabilità delle risorse, le tecnologie sottostanti hanno un'area di copertura limitata, sono costose per unità di costo o hanno un elevato fabbisogno di energia. Quest'ultimo aspetto è fondamentale, in quanto i dispositivi di tracciabilità delle risorse e IoT remoti sono alimentati a batteria.

I metodi di tracciabilità convenzionali basati sull'identificazione passiva a radiofrequenza (RFID) non possono fornire dati in tempo reale sul transito e richiedono che i pacchi passino attraverso qualche punto di controllo fisico per rilevare l'etichetta RFID affissa al pacco. I tag RFID attivi alimentati a batteria sono in grado di fornire dati di localizzazione in tempo reale, ma richiedono un'infrastruttura aggiuntiva e rimangono a copertura limitata.

Rispetto ai tag RFID, Bluetooth Low Energy (BLE) e Wi-Fi offrono una portata progressivamente maggiore all'interno di un'area di copertura dotata di localizzatori fissi. Basandosi su un ricco ecosistema di dispositivi e software, BLE e Wi-Fi sono già applicati rispettivamente in applicazioni basate sulla localizzazione, come il tracciamento dei contatti COVID-19 e i tradizionali servizi di localizzazione in tempo reale (RTLS). Con la disponibilità di funzioni di radiogoniometria in Bluetooth 5.1, la posizione di un tag può essere accuratamente calcolata in base ai dati dell'angolo di arrivo (AoA) e dell'angolo di partenza (AoD) (Figura 1).

Figura 1: Le funzionalità avanzate di radiogoniometria Bluetooth supportano la localizzazione di precisione di un tag nello spazio tridimensionale. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Mentre le applicazioni BLE rimangono limitate a quelle a corto raggio, la maggiore portata del Wi-Fi può renderlo efficace per l'utilizzo in applicazioni di tracciabilità delle risorse all'interno di un magazzino o di un campus aziendale. Tuttavia, i tag RTLS Wi-Fi sono in genere dispositivi costosi con requisiti di alimentazione che rendono le batterie poco pratiche, limitandone così l'uso alla tracciabilità di beni grandi e costosi. Allo stesso tempo, le distribuzioni su larga scala che utilizzano una di queste tecnologie possono soffrire di un aumento del rumore nella larghezza di banda di ricezione, con conseguente perdita o danneggiamento dei pacchetti e degrado delle capacità di rilevamento della posizione.

Nonostante il loro potenziale utilizzo per la tracciabilità delle risorse a livello locale, né l'RFID, né BLE, né il Wi-Fi sono in grado di fornire la copertura necessaria per tracciare facilmente una risorsa una volta che lascia il magazzino o il campus aziendale. La capacità di tracciare un pacco o un'apparecchiatura a livello regionale o addirittura globale dipende dalla disponibilità di una tecnologia wireless capace di una portata estesa e di un funzionamento a bassa potenza.

Le alternative basate su tecnologie a bassa potenza a banda ultralarga (UWB) possono raggiungere una portata significativa, ma la copertura di rete rimane limitata. Infatti, poche alternative possono fornire il tipo di copertura globale già disponibile con le soluzioni cellulari per reti WAN a bassa potenza (LPWAN) basate sugli standard tecnologici LPWAN definiti dal 3rd Generation Partnership Project (3GPP), il consorzio internazionale che definisce gli standard di comunicazione mobile.

Portata globale e connettività cellulare

Tra gli standard 3GPP, quelli basati sulle tecnologie LTE-M e NB-IoT sono progettati specificamente per fornire un protocollo cellulare relativamente snello e ben adattato ai requisiti IoT in termini di velocità dati, larghezza di banda e consumo energetico.

Definito nella release 13 del 3GPP, LTE Cat M1 è uno standard LTE-M che supporta 1 Mbit/s per trasferimenti sia in downlink che in uplink con latenza da 10 a 15 ms e larghezza di banda di 1,4 MHz. Definito anche nella release 13 del 3GPP, Cat-NB1 è uno standard NB-IoT che offre 26 kbit/s in downlink e 66 kbit/s in uplink con latenza da 1,6 a 10 s e larghezza di banda di 180 kHz. Definito nella release 14 del 3GPP, un altro standard NB-IoT, Cat-NB2 offre velocità dati più elevate di 127 kbit/s in downlink e 159 kbit/s in uplink.

Sebbene le caratteristiche specifiche di queste due ampie classi di tecnologia LPWAN vadano ben oltre lo scopo di questo breve articolo, entrambe possono servire efficacemente per le tipiche applicazioni di tracciabilità delle risorse. In combinazione con sensori e capacità di posizionamento globale via satellite (GPS) in contenitori compatti, le soluzioni di tracciabilità delle risorse basate su LPWAN cellulari basati su LTE-M o NB-IoT possono supportare le capacità necessarie per la gestione delle risorse e la logistica end-to-end.

Considerato che LPWAN ha il potenziale di raggiungere una maggiore efficienza e di risparmiare sui costi, LPWAN cellulare svolge un ruolo sempre più prominente nella logistica. Con la disponibilità del SiP nRF9160 di Nordic Semiconductor, gli sviluppatori possono soddisfare più rapidamente e facilmente la crescente domanda di dispositivi basati su LPWAN necessari per una più efficace tracciabilità delle risorse o altre applicazioni IoT.

Un dispositivo SiP può fornire una soluzione di tracciabilità delle risorse drop-in

Il dispositivo SiP a bassa potenza nRF9160 di Nordic Semiconductor combina un dispositivo System-on-Chip (SoC) nRF91 di Nordic Semiconductor con circuiti di supporto per fornire una soluzione di connettività LPWAN completa in un unico contenitore LGA (Land Grid Array) di 10 x 16 x 1,04 mm. Insieme a un microcontroller basato su Arm® Cortex®-M33 dedicato all'elaborazione delle applicazioni, le varianti SoC nRF91 integrano un modem LTE-M nel SiP NRF9160-SIAA, un modem NB-IoT nel SiP NRF9160-SIBA e sia LTE-M e NB-IoT che GPS nel SiP NRF9160-SICA. Inoltre, il SiP nRF9160 è precertificato per soddisfare i requisiti cellulari globali, regionali e degli operatori, consentendo agli sviluppatori di implementare rapidamente soluzioni di connettività cellulare senza i ritardi tipicamente associati ai test di conformità.

Tutte le versioni SiP combinano il processore e il modem applicativo basato su microcontroller con un'ampia serie di periferiche, compreso un convertitore analogico/digitale (ADC) a 12 bit, spesso necessario nei progetti di sensori. Il SiP confeziona il SoC con un front-end RF, un circuito integrato di gestione della potenza (PMIC) e componenti aggiuntivi per creare una soluzione drop-in per la connettività LPWAN (Figura 2).

Figura 2: Il SiP nRF9160 di Nordic Semiconductor combina un SoC con un processore applicativo e un modem LTE e altri componenti necessari per implementare un progetto compatto basato su celle a bassa potenza per la tracciabilità delle risorse o altre applicazioni IoT. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

In qualità di processore host, il microcontroller del SoC integra una serie di funzionalità di sicurezza progettate per soddisfare la crescente domanda di sicurezza nei dispositivi connessi, compresi i dispositivi IoT e i sistemi di tracciabilità delle risorse. Basato sull'architettura Arm TrustZone, il microcontroller incorpora un blocco di sicurezza Arm Cryptocell, che combina un acceleratore crittografico a chiave pubblica con meccanismi progettati per proteggere i dati sensibili. Inoltre, un'unità di gestione sicura delle chiavi (KMU) fornisce l'archiviazione sicura di diversi tipi di dati segreti, tra cui coppie di chiavi, chiavi simmetriche, hash e dati privati. Un'unità di protezione del sistema (SPU) separata fornisce anche l'accesso sicuro alle memorie, alle periferiche, ai pin dei dispositivi e ad altre risorse.

Durante il funzionamento, il microcontroller del SoC funge da host, eseguendo il software applicativo e avviando e arrestando il modem. Oltre a rispondere ai comandi di avvio e di arresto da parte dell'host, il modem gestisce le operazioni utilizzando la sua sostanziale dotazione di blocchi integrati che includono un processore dedicato, un transceiver RF e un modem in banda base. Eseguendo il firmware integrato, il modem supporta pienamente la release 13 di 3GPP LTE Cat-M1 e Cat-NB1. La release 14 di Cat-NB2 è supportata in hardware ma richiede un firmware aggiuntivo per funzionare.

La connettività cellulare a bassa potenza nel SiP nRF9160

Il SiP nRF9160 combina ampie funzionalità hardware con una serie completa di funzioni di gestione della potenza. Il PMIC incluso è supportato da un'unità di gestione della potenza (PMU) che controlla il consumo energetico e avvia e arresta automaticamente i clock e i regolatori di alimentazione per il minor consumo possibile (Figura 3).

Figura 3: Il SiP nRF9160 include una PMU che controlla automaticamente i clock e i regolatori di alimentazione per ottimizzare il consumo energetico. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Insieme a una modalità di alimentazione System OFF, che assicura l'alimentazione ai soli circuiti necessari per la riattivazione del dispositivo, la PMU supporta una coppia di sottomodalità di alimentazione System ON. Dopo il reset all'accensione (POR), il dispositivo si trova in modalità a basso consumo, che porta in stato inattivo i blocchi funzionali, compreso il processore dell'applicazione, il modem e le periferiche. In questo stato, la PMU avvia e arresta automaticamente i clock e i regolatori di tensione per i diversi blocchi a seconda delle necessità.

Gli sviluppatori possono sovrascrivere la sottomodalità predefinita a bassa potenza, passando invece a una sottomodalità a latenza costante. In modalità a latenza costante, la PMU mantiene alimentate alcune risorse, scambiando un aumento incrementale del consumo energetico con la capacità di fornire una latenza di risposta prevedibile. Gli sviluppatori possono invocare una terza modalità di alimentazione utilizzando il pin di abilitazione esterno, che spegne l'intero sistema. Questa capacità sarebbe tipicamente utilizzata in un progetto di sistema che utilizza il SiP nRF9160 come coprocessore di comunicazione controllato dal processore principale del sistema host.

Queste caratteristiche di ottimizzazione della potenza consentono al SiP di manifestare il tipo di funzionamento a bassa potenza necessario per garantire una maggiore durata della batteria in un dispositivo di tracciabilità delle risorse. Ad esempio, con il microcontroller in stato di sospensione e il modem spento, il SiP consuma solo 2,2 μA con il contatore in tempo reale attivo. Con il microcontroller e il modem entrambi spenti e l'alimentazione al solo circuito di riattivazione basato sul circuito di ingresso/uscita per uso generale (GPIO), il SiP consuma solo 1,4 μA.

Il SiP continua a funzionare a bassa potenza durante l'esecuzione di vari carichi di elaborazione. Ad esempio, l'esecuzione del benchmark CoreMark con un clock a 64 MHz richiede solo circa 2,2 mA. Naturalmente, con l'attivazione di più periferiche, il consumo energetico aumenta di conseguenza. Tuttavia, molte applicazioni di monitoraggio basate su sensori possono spesso funzionare efficacemente a velocità ridotte che aiutano a mantenere il funzionamento a bassa potenza. Ad esempio, il consumo di corrente per L'ADC di registro ad approssimazioni successive (SAR) differenziale integrato scende da 1288 mA a meno di 298 mA quando si passa da un clock ad alta precisione a uno a bassa precisione per il campionamento in entrambi gli scenari a 16 ksps.

Il dispositivo utilizza anche altre funzioni di ottimizzazione della potenza per i suoi altri blocchi funzionali, tra cui il GPS. In modalità di funzionamento normale, il rilevamento continuo con il GPS consuma circa 44,9 mA. Abilitando la modalità di risparmio energetico del GPS, il consumo di corrente per l'inseguimento continuo scende a 9,6 mA. Riducendo la frequenza di campionamento GPS da continuo a ogni due minuti circa, gli sviluppatori possono ridurre significativamente il consumo. Ad esempio, il modulo GPS consuma solo 2,5 mA quando è in modalità fissa impulsiva ogni due minuti.

Il supporto del dispositivo per altre modalità operative di risparmio energetico si estende anche al modem del SiP nRF9160. Con questo dispositivo, gli sviluppatori possono abilitare le funzionalità del modem che supportano speciali protocolli cellulari progettati specificamente per ridurre l'energia nei dispositivi collegati e alimentati a batteria.

Utilizzo di protocolli cellulari a bassa potenza

Come per qualsiasi dispositivo wireless, il maggior contributo al consumo energetico, oltre al processore host, è tipicamente il sottosistema radio. I sottosistemi radio cellulari convenzionali sfruttano i protocolli di risparmio energetico integrati nello standard cellulare. Gli smartphone e altri dispositivi mobili utilizzano tipicamente una capacità chiamata ricezione discontinua (DRX), che permette al dispositivo di spegnere il ricevitore radio per un periodo di tempo supportato dalla rete portante.

Allo stesso modo, il protocollo di ricezione discontinua estesa (eDRX) consente ai dispositivi a bassa potenza, come i dispositivi di monitoraggio delle risorse a batteria o altri dispositivi IoT, di specificare per quanto tempo intendono rimanere inattivi prima di fare un nuovo controllo in rete. Abilitando il funzionamento eDRX, un dispositivo LTE-M può rimanere sospeso fino a circa 43 minuti mentre un dispositivo NB-IoT fino a circa 174 minuti, allungando drasticamente la durata della batteria (Figura 4).

Figura 4: Il modem del SiP nRF9160 supporta la ricezione discontinua estesa che consente ai dispositivi risparmiare energia per un periodo di tempo negoziato con la rete cellulare. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Un'altra modalità di funzionamento cellulare, chiamata modalità di risparmio energetico (PSM), consente ai dispositivi di rimanere registrati nella rete cellulare anche quando sono in modalità di sospensione e non sono raggiungibili dalla rete. Normalmente, se una rete cellulare non è in grado di raggiungere un dispositivo entro un certo periodo di tempo, interrompe la connessione con il dispositivo e richiede al dispositivo di eseguire una procedura di riattacco che consuma una quantità incrementale di energia. Durante il funzionamento a lungo termine di un dispositivo alimentato a batteria, questo ripetuto piccolo consumo energetico può esaurire o ridurre significativamente la carica della batteria.

Un dispositivo abilita PSM fornendo alla rete una serie di valori temporali che indicano quando sarà periodicamente disponibile e per quanto tempo rimarrà raggiungibile prima di tornare in modalità di sospensione (Figura 5).

Figura 5: Il protocollo PSM cellulare consente ai dispositivi di sfruttare le modalità di sospensione a bassa potenza senza incorrere nei consumi di riattacco, negoziando specifici periodi in cui non sono raggiungibili. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

A causa della negoziazione PSM, la rete portante non stacca il dispositivo. Infatti, il dispositivo può riattivarsi in qualsiasi momento e riprendere le comunicazioni. Il vantaggio è che utilizza la modalità di sospensione a basso consumo quando non ha nulla da comunicare senza perdere la capacità di riattivarsi al bisogno e di comunicare istantaneamente.

Il SiP nRF9160 supporta sia eDRX che PSM, che consentono al dispositivo di mantenersi operativo con il minimo consumo energetico. Quando è in fase irraggiungibile con PSM, il dispositivo consuma solo 2,7 μA. eDRX utilizza solo una corrente leggermente superiore, 18 μA nel funzionamento Cat-M1 o 37 μA nel funzionamento Cat-NB1 con cicli di 82,91 secondi.

Sviluppo di soluzioni di tracciabilità delle risorse a bassa potenza

L'implementazione di un progetto hardware per un dispositivo di tracciabilità delle risorse basato sul SiP nRF9160 richiede pochi componenti aggiuntivi oltre a quelli di disaccoppiamento, le antenne e quelli necessari per le reti separate corrispondenti per le antenne GPS e LTE (Figura 6).

Figura 6: Utilizzando il SiP nRF9160 di Nordic Semiconductor, gli sviluppatori hanno bisogno di pochi componenti aggiuntivi per implementare il progetto hardware per un dispositivo di monitoraggio delle risorse completo cellulare o un altro dispositivo IoT. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Gli sviluppatori possono facilmente combinare il SiP nRF9160 con un dispositivo Bluetooth, come il microcontroller e i sensori wireless Bluetooth NRF52840 di Nordic Semiconductor, per implementare un sofisticato localizzatore di risorse cellulare basato su sensori GPS che fornisce accesso ai dati attraverso smartphone e altri dispositivi mobili abilitati al Bluetooth.

Nordic Semiconductor aiuta inoltre gli sviluppatori a iniziare rapidamente a valutare i progetti a base cellulare con un paio di kit di sviluppo. Per la prototipazione rapida di applicazioni di tracciabilità delle risorse basate su sensori, il kit di sviluppo IoT cellulare NRF6943 THINGY:91 di Nordic Semiconductor è un sistema completo di sensori a batteria che abbina il SiP nRF9160 con un dispositivo Bluetooth NRF52840, sensori multipli, componenti di base dell'interfaccia utente, una batteria ricaricabile da 1400 mAh e una scheda SIM per la connettività cellulare immediata (Figura 7).

Figura 7: Il kit di sviluppo IoT cellulare NRF6943 THINGY:91 di Nordic Semiconductor è una piattaforma completa per la prototipazione rapida di applicazioni basate su sensori con connettività cellulare e Bluetooth. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Per lo sviluppo personalizzato, il kit NRF9160-DK di Nordic Semiconductor funge da piattaforma di sviluppo immediato e da riferimento per i nuovi progetti. Anche se non include sensori come THINGY:91, il kit NRF9160-DK combina un SiP nRF9160 con un dispositivo Bluetooth NRF52840 e include una scheda SIM e connettori multipli tra cui un'interfaccia debugger SEGGER J-Link (Figura 8).

Figura 8: Il kit NRF9160-DK Nordic Semiconductor è una piattaforma di sviluppo completa per l'implementazione di applicazioni personalizzate basate su cellulare per la tracciabilità delle risorse e altre soluzioni IoT. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Per lo sviluppo software di un'applicazione di tracciabilità delle risorse, Nordic include un'applicazione completa nRF9160 con il suo kit di sviluppo software (SDK) nRF Connect. L'SDK combina la libreria software nrfxlib di Nordic per i suoi SoC, un fork del sistema operativo in tempo reale (RTOS) di Zephyr Project per dispositivi con vincoli di risorse e un fork del bootloader sicuro del progetto MCUboot.

I kit THINGY:91 e NRF9160-DK sono precaricati con l'applicazione di tracciabilità delle risorse progettata per connettersi alla piattaforma IoT nRF Cloud di Nordic Semiconductor. Con le impostazioni preconfigurate in uno dei due kit, gli sviluppatori possono iniziare immediatamente a valutare il tracciabilità delle risorse basata su cellulare e la prototipazione delle proprie applicazioni.

Insieme al firmware precaricato, Nordic fornisce il codice sorgente completo per l'applicazione di tracciabilità delle risorse. Esaminando questo codice, gli sviluppatori possono approfondire la comprensione delle capacità del SiP NRF9160 e del suo utilizzo nel supporto della localizzazione GPS e della connettività LTE-M/NB-IoT in un'applicazione di tracciabilità delle risorse.

La routine principale di questo software campione illustra i modelli di progettazione di base per l'implementazione di un'applicazione personalizzata di tracciabilità delle risorse. Una volta avviata, la routine principale richiama una serie di routine di inizializzazione. Tra queste, una routine di inizializzazione configura il modem e stabilisce la connessione LTE inviando una serie di stringhe di attenzione (AT) per definire i parametri di connessione e invocare la funzionalità integrata del modem per connettersi alla rete portante. Un'altra routine di inizializzazione, work_init, inizializza una serie di code di lavoro Zephyr RTOS, comprese quelle per i pulsanti del sensore, del GPS e della scheda di sviluppo (Listato 1).

Copy
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 */
}

Listato 1: L'applicazione campione per il dispositivo di monitoraggio delle risorse di Nordic si basa sulle utilità Zephyr RTOS per la gestione delle code per creare una serie di code con relative routine di richiamo per la gestione di vari compiti come l'acquisizione dei dati dei sensori e la trasmissione al cloud. (Codice per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Durante questa fase di inizializzazione, le funzioni associate a ogni invocazione di inizializzazione della coda di lavoro svolgono le loro specifiche attività di inizializzazione, comprese quelle necessarie per eseguire gli eventuali aggiornamenti richiesti. Ad esempio, la funzione sensors_start_work_fn chiamata da work_init imposta un meccanismo di polling che può invocare periodicamente una funzione, env_data_send, che invia i dati dei sensori al cloud (Listato 2).

Copy
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]

Listato 2: L'applicazione campione per il dispositivo di monitoraggio delle risorse di Nordic dimostra il modello di base del progetto per la trasmissione dei dati, compresi i dati dei sensori, come mostra questo frammento di codice. (Codice per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Quando si esegue l'applicazione campione per il dispositivo di monitoraggio delle risorse sul kit di sviluppo dell'IoT cellulare NRF6943 THINGY:91 di Nordic Semiconductor, l'applicazione invia i dati effettivi dai sensori THINGY:91 su scheda. Quando funziona sul kit di sviluppo NRF9160-DK di Nordic Semiconductor, invia i dati simulati utilizzando una routine di simulazione del sensore inclusa nell'SDK. Gli sviluppatori possono facilmente estendere questo pacchetto software per implementare applicazioni personalizzate di tracciabilità delle risorse o utilizzare i suoi esempi di codice per implementare la propria architettura applicativa.

Conclusione

Utilizzando metodi convenzionali, la capacità di tracciare i pacchi di valore o di localizzare beni di alto valore in ambienti agricoli o di città intelligente è stata limitata alle tecnologie wireless come i tag RFID, Bluetooth e Wi-Fi. I progettisti hanno bisogno di una maggiore portata e di informazioni più accurate sulla localizzazione per periodi di tempo più lunghi. Gli standard cellulari LTE a bassa potenza come LTE-M o NB-IoT combinati con il GPS possono soddisfare questi requisiti, ma l'implementazione può essere impegnativa a causa della difficoltà e delle particolarità della progettazione RF.

Come mostrato, un SiP di Nordic Semiconductor è una soluzione quasi drop-in per la tracciabilità delle risorse a lungo raggio e a bassa potenza. Utilizzando questo SiP pre-certificato e i suoi kit di sviluppo, gli sviluppatori possono valutare rapidamente la connettività cellulare, prototipare applicazioni di tracciabilità delle risorse basate su GPS cellulari e costruire dispositivi di tracciabilità delle risorse personalizzati che sfruttano appieno la gamma estesa e i requisiti di bassa potenza della connettività cellulare LTE-M e NB-IoT.