Usar un celular y un GPS SiP para implementar rápidamente el rastreo de activos para la agricultura y las ciudades inteligentes

Los desarrolladores de la Internet de las Cosas (IO) y de los dispositivos y sistemas de rastreo de activos para la industria, la agricultura y las ciudades inteligentes necesitan una forma de comunicarse a través de largas distancias con un mínimo de energía durante largos períodos de tiempo. Las tecnologías inalámbricas como las etiquetas RFID, Bluetooth y Wi-Fi ya se utilizan ampliamente para soluciones de seguimiento de activos, pero tienen un alcance limitado y consumen demasiada energía. Lo que se requiere es una combinación de GPS y una adaptación de la infraestructura, como las redes celulares que ya están ampliamente desplegadas y están diseñadas para comunicaciones a mayores distancias que las disponibles con Wi-Fi o Bluetooth.

Las redes celulares basadas en LTE fueron diseñadas originalmente para la conectividad inalámbrica de banda ancha para productos y dispositivos móviles. Las aplicaciones de IoT, por otra parte, pueden conseguirse utilizando tecnologías celulares de banda estrecha y menor potencia, como la evolución a largo plazo para máquinas (LTE-M) y la IoT de banda estrecha (NB-IoT). No obstante, el diseño de radiofrecuencias e inalámbricos es difícil, y los desarrolladores que carecen de una amplia experiencia, en particular con respecto a la telefonía celular, se enfrentan a grandes dificultades para aplicar un diseño funcional que optimice el rendimiento inalámbrico y el consumo de energía, y que al mismo tiempo cumpla con las directrices reglamentarias internacionales para los servicios de localización tanto celulares como de GPS, así como con los requisitos específicos de los operadores.

En este artículo se describen las tendencias y los requisitos de diseño del rastreo de activos. A continuación, presenta una solución de sistema en paquete de banda estrecha celular y GPS de Nordic Semiconductor y muestra cómo puede simplificar enormemente la aplicación de dispositivos celulares con GPS para el seguimiento de activos y otras aplicaciones de agricultura y de IoT en ciudades inteligentes.

Por qué el seguimiento de activos es cada vez más importante

La capacidad de enviar productos de manera eficiente es vital para el comercio: Sólo Amazon envió unos cinco mil millones de paquetes en 2019, gastando casi 38 mil millones de dólares en gastos de envío, un 37% más que en 2018^[1,2]. Para cualquier compañía de transporte, los retrasos, los daños y los robos suponen una carga importante para los fabricantes, distribuidores y clientes. Para Amazon, casi un cuarto de los paquetes enviados fueron devueltos, 21 por ciento porque el cliente recibió un paquete dañado^[3].

Amazon no es de ninguna manera la única que asigna una parte significativa de su presupuesto al transporte. Según el informe "Estado de la Logística 2020" del Consejo de Profesionales de la Gestión de la Cadena de Suministros (CSCMP), las empresas gastaron casi 1,7 billones de dólares en gastos de envío en 2019, un gasto que representa el 7,6% del producto nacional bruto (PNB) de los Estados Unidos^[]. A esos niveles, la capacidad de rastrear los paquetes, identificar las demoras y los casos de daños puede proporcionar un beneficio significativo a los proveedores y compradores para corregir los problemas de los envíos.

Además de seguir los paquetes a través de la cadena de suministro, la mayoría de las empresas necesitan métodos mejorados para rastrear sus propios activos y localizar los artículos extraviados. Sin embargo, la mitad de las empresas siguen registrando manualmente los activos, y de ellas, muchas dependen de los empleados para buscar en los almacenes, plantas y lugares físicos para encontrar los activos desaparecidos^[5].

Comparación de las tecnologías de conectividad para el seguimiento de activos

Aunque han surgido varias soluciones para ayudar a automatizar el rastreo de activos, las tecnologías subyacentes tienen un área de cobertura limitada, son costosas por unidad de costo o tienen altos requerimientos de energía. Esto último es crítico ya que el rastreo de activos y los dispositivos de IoT remotos son dispositivos alimentados por baterías.

Los métodos de rastreo convencionales basados en la identificación pasiva por radiofrecuencia (RFID) no pueden proporcionar datos en vivo en tránsito y requieren que los paquetes pasen por algún punto de control físico para detectar la etiqueta de RFID adherida a un paquete. Las etiquetas RFID activas alimentadas por batería pueden proporcionar datos de localización en tiempo real, pero requieren una infraestructura adicional y su cobertura sigue siendo limitada.

En comparación con las etiquetas RFID, el Bluetooth de baja energía (BLE) y el Wi-Fi ofrecen un alcance progresivamente mayor dentro de un área de cobertura equipada con localizadores fijos para cada tecnología. Basándose en un rico ecosistema de dispositivos y programas informáticos, el BLE y el Wi-Fi ya se aplican en aplicaciones basadas en la localización, como el rastreo de contactos COVID-19 y los servicios convencionales de localización en tiempo real (RTLS), respectivamente. Con la disponibilidad de las funciones de radiogoniometría de Bluetooth 5.1, la ubicación de una etiqueta puede calcularse con precisión basándose en los datos del ángulo de llegada (AoA) y del ángulo de salida (AoD) (Figura 1).

Figura 1: Las capacidades avanzadas de búsqueda de direcciones en el Bluetooth permiten la localización precisa de una etiqueta en el espacio tridimensional. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Mientras que las aplicaciones BLE siguen estando limitadas a aplicaciones de corto alcance, el mayor alcance del Wi-Fi puede hacer que sea eficaz para su uso en aplicaciones de seguimiento de activos dentro de un almacén o un campus empresarial. Sin embargo, las etiquetas RTLS Wi-Fi son generalmente dispositivos caros con requerimientos de energía que hacen que las baterías no sean prácticas, limitando así su uso al seguimiento de activos más grandes y costosos. Al mismo tiempo, los despliegues a gran escala que utilizan cualquiera de estas tecnologías pueden sufrir un aumento del ruido en su ancho de banda de recepción, lo que provoca la pérdida o la corrupción de los paquetes y la degradación de las capacidades de detección de la ubicación.

A pesar de su posible uso para el seguimiento de activos a nivel local, ni la RFID, ni el BLE ni la Wi-Fi pueden proporcionar el rango de cobertura necesario para rastrear fácilmente un activo una vez que sale del almacén o del campus de la empresa. La capacidad de rastrear un paquete o un equipo a nivel regional o incluso mundial depende de la disponibilidad de una tecnología inalámbrica capaz de lograr tanto un alcance extendido como un funcionamiento de baja potencia.

Las alternativas basadas en tecnologías de banda ultraancha (UWB) de baja potencia pueden lograr un alcance significativo, pero la cobertura de la red sigue siendo limitada. De hecho, pocas alternativas pueden proporcionar el tipo de cobertura mundial ya disponible con soluciones celulares de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) basadas en las normas de la tecnología LPWAN definidas por el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP), el consorcio internacional que define las normas de las comunicaciones móviles.

Alcanzar el alcance mundial con la conectividad celular

Entre las normas del 3GPP, las que se basan en las tecnologías LTE-M y NB-IoT están diseñadas específicamente para proporcionar un protocolo celular relativamente ligero que se ajuste bien a los requisitos de la IO para la velocidad de datos, el ancho de banda y el consumo de energía.

Definido en la versión 13 de 3GPP, LTE Cat M1 es un estándar LTE-M que soporta 1 megabit por segundo (Mbit/s) para transferencias de enlace descendente y ascendente con una latencia de 10 a 15 milisegundos (ms) y un ancho de banda de 1.4 megahercios (MHz). También definida en la versión 13 del 3GPP, la Cat-NB1 es una norma NB-IoT que ofrece un enlace descendente de 26 kilobits por segundo (Kbits/s) y un enlace ascendente de 66 Kbits/s con una latencia de 1.6 a 10 s y un ancho de banda de 180 kilohercios (kHz). Definido en la versión 14 de 3GPP, otro estándar NB-IoT, el Cat-NB2 ofrece tasas de fecha más altas a 127 Kbits/s de bajada y 159 Kbits/s de subida.

Aunque las características específicas de estas dos amplias clases de tecnología LPWAN están fuera del alcance de este breve artículo, ambas pueden servir eficazmente para las aplicaciones típicas de rastreo de activos. Combinadas con los sensores y las capacidades del satélite de posicionamiento global (GPS) en paquetes compactos, las soluciones de rastreo de activos basadas en las redes LPWAN celulares basadas en LTE-M o NB-IoT pueden respaldar el tipo de capacidades necesarias para la gestión de activos y la logística de extremo a extremo.

Dado el potencial de la LPWAN para lograr una mayor eficiencia y ahorro de costes, la LPWAN celular sigue desempeñando un papel más importante en la logística. Con la disponibilidad del nRF9160 SiP de Nordic Semiconductor, los desarrolladores pueden atender más rápida y fácilmente la creciente demanda de dispositivos basados en LPWAN necesarios para un seguimiento más eficaz de los activos u otras aplicaciones de IoT.

Cómo un dispositivo SiP puede ofrecer una solución de rastreo de activos de entrega inmediata

El dispositivo de SiP de baja potencia nRF9160 de Nordic Semiconductor combina un dispositivo de sistema en chip (SoC) nRF91 de Nordic Semiconductor con circuitos de soporte para proporcionar una solución de conectividad LPWAN completa en un único paquete de matriz de rejilla terrestre (LGA) de 10 x 16 x 1.04 milímetros (mm). Junto con un microcontrolador basado en Arm® Cortex®-M33 dedicado al procesamiento de aplicaciones, las variantes nRF91 SoC integran un módem LTE-M en el NRF9160-SIAA SiP, un módem NB-IoT en el NRF9160-SIBA SiP, y tanto LTE-M como NB-IoT así como GPS en el NRF9160-SICA SiP. Además, el SiP nRF9160 está precertificado para cumplir con los requisitos mundiales, regionales y de las empresas de telefonía móvil, lo que permite a los desarrolladores implementar rápidamente soluciones de conectividad celular sin las demoras generalmente asociadas a las pruebas de conformidad.

Todas las versiones de SiP combinan el procesador de aplicaciones basado en microcontrolador y el módem con un extenso conjunto de periféricos, incluyendo un convertidor analógico a digital (ADC) de 12 bits que a menudo se necesita en los diseños de los sensores. El SiP además empaqueta el SoC con un front-end de RF, un circuito integrado de gestión de energía (PMIC), y componentes adicionales para crear una solución de entrega inmediata para la conectividad LPWAN (Figura 2).

Figura 2: El SiP nRF9160 de Nordic Semiconductor combina un SoC con un procesador de aplicaciones y un módem LTE con otros componentes necesarios para implementar un diseño compacto de baja potencia basado en la telefonía celular para el seguimiento de activos u otras aplicaciones de IoT. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Al servir como procesador anfitrión, el microcontrolador del SoC integra una serie de capacidades de seguridad diseñadas para satisfacer la creciente demanda de seguridad en los dispositivos conectados, incluidos los dispositivos de IoT y los sistemas de seguimiento de activos. Basado en la arquitectura del Arm TrustZone, el microcontrolador incorpora un bloque de seguridad Arm Cryptocell, que combina un acelerador de criptografía de clave pública con mecanismos diseñados para proteger los datos sensibles. Además, una unidad de gestión de claves seguras (KMU) proporciona un almacenamiento seguro para múltiples tipos de datos secretos, incluyendo pares de claves, claves simétricas, hashes y datos privados. Una unidad de protección del sistema (SPU) separada también proporciona un acceso seguro a las memorias, los periféricos, las clavijas de los dispositivos y otros recursos.

En funcionamiento, el microcontrolador del SoC sirve de anfitrión, ejecutando el software de aplicación, así como iniciando y deteniendo el módem. Además de responder a los comandos de inicio y parada del host, el módem maneja sus propias operaciones utilizando su importante complemento de bloques integrados que incluyen un procesador dedicado, un transceptor de RF y la banda base del módem. Al ejecutar el firmware integrado, el módem es totalmente compatible con la versión 13 de 3GPP LTE Cat-M1 y Cat-NB1. La versión 14 Cat-NB2 es compatible con el hardware, pero requiere un firmware adicional para funcionar.

Cómo el nRF9160 SiP logra la conectividad celular de baja potencia

El nRF9160 SiP combina su amplia funcionalidad de hardware con un completo conjunto de características de gestión de la energía. Su PMIC incluido cuenta con el apoyo de una unidad de gestión de la energía (PMU) que supervisa el uso de la energía y pone en marcha y detiene automáticamente los relojes y los reguladores de suministro para lograr el menor consumo de energía posible (Figura 3).

Figura 3: El SiP nRF9160 incluye un PMU que controla automáticamente los relojes y los reguladores de suministro para optimizar el consumo de energía. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Junto con un modo de alimentación de Sistema OFF, que mantiene la energía solo a los circuitos necesarios para despertar el dispositivo, el PMU soporta un par de sub-modos de alimentación de Sistema ON. Después del encendido y reinicio (POR), el dispositivo aparece en el submodo de baja potencia, que pone en estado de reposo los bloques funcionales, incluyendo el procesador de aplicaciones, el módem y los periféricos. En este estado, el PMU arranca y detiene automáticamente los relojes y reguladores de voltaje para diferentes bloques según sea necesario.

Los desarrolladores pueden anular el submodo de baja potencia predeterminado, cambiando en su lugar a un submodo de latencia constante. En el submodo de latencia constante, el PMU mantiene la energía de algunos recursos, intercambiando un incremento en el consumo de energía por la capacidad de proporcionar una latencia de respuesta predecible. Los desarrolladores pueden invocar un tercer modo de energía usando el pin de habilitación externa, que apaga todo el sistema. Esta capacidad se usaría generalmente en un diseño de sistema que utiliza el nRF9160 SiP como un coprocesador de comunicaciones controlado por el procesador principal del sistema anfitrión.

Estas características de optimización de la energía permiten al SiP lograr el tipo de funcionamiento de baja energía necesario para garantizar una mayor duración de la batería en un dispositivo de seguimiento de activos. Por ejemplo, con el microcontrolador en estado de reposo y el módem apagado, el SiP consume solo 2.2 microamperios (mA) con el contador de tiempo real activo. Con el microcontrolador y el módem apagados y la energía mantenida sólo a la salida de la entrada de propósito general (GPIO) basada en el circuito de activación, el SiP consume solo 1.4 mA.

El SiP continúa logrando un funcionamiento de baja potencia mientras ejecuta varias cargas de procesamiento. Por ejemplo, para ejecutar la prueba de referencia CoreMark con un reloj de 64 MHz solo se necesitan unos 2.2 miliamperios (mA). Por supuesto, a medida que se habilitan más periféricos, el consumo de energía aumenta en consecuencia. Aún así, muchas aplicaciones de monitoreo basadas en sensores pueden a menudo funcionar eficazmente a tasas de operación reducidas que ayudan a mantener un funcionamiento de baja potencia. Por ejemplo, el consumo de corriente para el registro de aproximación sucesiva diferencial integrado (SAR) ADC cae de 1288 mA a menos de 298 mA cuando se pasa de un reloj de alta precisión a uno de baja precisión para la toma de muestras en cualquiera de los dos escenarios a 16 kilos-muestras por segundo (Ksamples/s).

El dispositivo también utiliza otras características de optimización de la energía para sus otros bloques funcionales, incluyendo el GPS. En el modo de funcionamiento normal, el rastreo continuo con el GPS consume unos 44.9 mA. Al activar el modo de ahorro de energía del GPS, el consumo de corriente para el rastreo continuo cae a 9.6 mA. Al reducir la tasa de muestreo del GPS de continuo a cada dos minutos más o menos, los desarrolladores pueden reducir significativamente la potencia. Por ejemplo, el módulo GPS consume solo 2.5 mA cuando realiza un punto de GPS de un solo disparo cada dos minutos.

El soporte del dispositivo para otros modos operativos de ahorro de energía también se extiende al módem del nRF9160 SiP. Con este dispositivo, los desarrolladores pueden habilitar características de módem que soporten protocolos celulares especiales diseñados específicamente para reducir la energía de los dispositivos conectados que funcionan con baterías.

Utilizando protocolos celulares de baja potencia

Como con cualquier dispositivo inalámbrico, el mayor contribuyente al consumo de energía, además del procesador anfitrión, es típicamente el subsistema de radio. Los subsistemas convencionales de radio celular aprovechan los protocolos de ahorro de energía incorporados en el estándar celular. Los teléfonos inteligentes y otros dispositivos móviles suelen utilizar una capacidad denominada recepción discontinua (DRX), que permite al dispositivo apagar su receptor de radio durante un período de tiempo soportado por la red del operador.

De manera similar, el protocolo de recepción discontinua ampliada (eDRX) permite que los dispositivos de baja potencia, como los rastreadores de activos operados por batería u otros dispositivos de IoT, especifiquen cuánto tiempo piensan dormir antes de volver a conectarse a la red. Al permitir el funcionamiento del eDRX, un dispositivo LTE-M puede dormir hasta unos 43 minutos mientras que un dispositivo NB-IoT puede dormir hasta unos 174 minutos, lo que prolonga drásticamente la duración de la batería (Figura 4).

Figura 4: El módem del SiP nRF9160 soporta una recepción discontinua extendida, lo que permite a los dispositivos conseguir un ahorro drástico de energía al estar inactivo durante un período de tiempo negociado con la red celular. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Otro modo de funcionamiento celular, llamado modo de ahorro de energía (PSM), permite que los dispositivos permanezcan registrados en la red celular incluso cuando están en modo de suspensión y no son accesibles por la red. Normalmente, si una red celular no puede llegar a un dispositivo en algún período de tiempo, terminará la conexión con el dispositivo y requerirá que éste ejecute un procedimiento de reconexión que consuma una cantidad incremental de energía. Durante el funcionamiento a largo plazo de un dispositivo alimentado por pilas, este pequeño y repetido consumo de energía puede agotar o reducir significativamente la carga de las pilas.

Un dispositivo habilita el PSM proporcionando a la red un conjunto de valores de temporizador que indican cuándo estará disponible periódicamente y cuánto tiempo permanecerá accesible antes de volver al modo de suspensión (Figura 5).

Figura 5: El protocolo PSM celular permite que los dispositivos aprovechen los modos de suspensión de baja potencia sin incurrir en los costos de energía de la reconexión, negociando períodos específicos en los que no se pueden alcanzar. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Debido a la negociación del PSM, la red de operadores no se desprende del dispositivo. De hecho, el dispositivo puede despertarse en cualquier momento y reanudar las comunicaciones. El beneficio es que utiliza su modo de sueño de baja potencia cuando no tiene nada que comunicar sin perder su capacidad de despertarse cuando sea necesario y comunicarse instantáneamente.

El SiP nRF9160 es compatible con eDRX y PSM, lo que permite al dispositivo mantener el funcionamiento con un consumo mínimo de energía. Cuando está en su etapa inalcanzable con el PSM, el dispositivo consume solo 2.7 μA. eDRX utiliza solo un poco más de corriente, consumiendo 18 μA en la operación Cat-M1 o 37 μA en la operación Cat-NB1 mientras utiliza ciclos de 82.91 segundos.

Desarrollo de soluciones de rastreo de activos de baja potencia

La implementación del diseño de hardware para un dispositivo de rastreo de activos basado en el SiP nRF9160 requiere pocas partes adicionales más allá de desacoplar los componentes, las antenas y las necesarias para las redes de adaptación separadas para las antenas GPS y LTE (Figura 6).

Figura 6: Usando el SiP nRF9160 de Nordic Semiconductor, los desarrolladores necesitan pocos componentes adicionales para implementar el diseño de hardware para un rastreador de activos completo basado en celular u otro dispositivo de IoT. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Los desarrolladores pueden combinar fácilmente el SiP nRF9160 con un dispositivo Bluetooth, como el microcontrolador y sensores inalámbricos Bluetooth NRF52840 de Nordic Semiconductor, para implementar un sofisticado rastreador de activos celulares basado en sensores y habilitado por GPS que proporciona a los usuarios acceso a los datos a través de sus teléfonos inteligentes y otros dispositivos móviles habilitados para Bluetooth.

Nordic Semiconductor ayuda aún más a los desarrolladores a comenzar rápidamente a evaluar los diseños basados en la telefonía celular a través de un par de kits de desarrollo. Para la rápida creación de prototipos de aplicaciones de seguimiento de activos basadas en sensores, el kit de desarrollo de IoT celular NRF6943 THINGY:91 de Nordic Semiconductor proporciona un completo sistema de sensores alimentado por baterías que empareja el SiP nRF9160 con un dispositivo Bluetooth NRF52840, múltiples sensores, componentes básicos de interfaz de usuario, una batería recargable de 1400 miliamperios-hora (mAh) y una tarjeta SIM para permitir una conectividad celular inmediata (Figura 7).

Figura 7: El kit de desarrollo de IoT celular NRF6943 THINGY:91 de Nordic Semiconductor proporciona una plataforma completa para crear rápidamente prototipos de aplicaciones basadas en sensores con conectividad celular y Bluetooth. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Para el desarrollo personalizado, el kit NRF9160-DK de Nordic Semiconductor sirve como plataforma de desarrollo inmediato y como referencia para nuevos diseños. Aunque no incluye sensores como el THINGY:91, el kit NRF9160-DK combina un nRF9160 SiP con un dispositivo Bluetooth NRF52840, e incluye una tarjeta SIM junto con múltiples conectores incluyendo una interfaz de depuración SEGGER J-Link (Figura 8).

Figura 8: El kit NRF9160-DK de Nordic Semiconductor ofrece una plataforma de desarrollo integral para la implementación de aplicaciones personalizadas basadas en celulares para el rastreo de activos y otras soluciones de IoT. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Para el desarrollo de software de una aplicación de seguimiento de activos, Nordic incluye una aplicación completa de seguimiento de activos nRF9160 con su kit de desarrollo de software (SDK) nRF Connect. El SDK combina la biblioteca de software nrfxlib Nordic para sus SoC, una bifurcación de Nordic del sistema operativo en tiempo real (RTOS) del Proyecto Zephyr para dispositivos con recursos limitados, y una bifurcación de Nordic del cargador de arranque seguro del proyecto MCUboot.

Los kits THINGY:91 y NRF9160-DK vienen precargados con la aplicación de rastreo de activos diseñada para conectar con la propia plataforma IoT nRF Cloud de Nordic. Al usar los ajustes preconfigurados con cualquiera de los dos kits, los desarrolladores pueden comenzar inmediatamente a evaluar el seguimiento de los activos basados en las células y a crear prototipos de sus propias aplicaciones.

Junto con el firmware precargado, Nordic proporciona el código fuente completo para la aplicación de seguimiento de activos. Al examinar este código, los desarrolladores pueden obtener una comprensión más profunda de las capacidades del SiP NRF9160, y su uso en apoyo de la localización GPS y la conectividad LTE-M/NB-IoT en una aplicación de rastreo de activos.

La rutina principal de este software de muestra ilustra las pautas básicas de diseño para implementar una aplicación de seguimiento de activos personalizada. Cuando se inicia, la rutina principal invoca una serie de rutinas de inicialización. Entre esas rutinas, una rutina de inicialización configura el módem y establece la conexión LTE enviando una serie de cadenas de atención (AT) para definir los parámetros de conexión e invocar la funcionalidad incorporada del módem para conectarse a la red de operadores. Otra rutina de inicialización, work_init, inicializa un conjunto de colas de trabajo de Zephyr RTOS, incluyendo las de los botones del sensor, del GPS y de la placa de desarrollo (Listado 1).

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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 */
}

Lista 1: La aplicación de muestra del rastreador de activos de Nordic se basa en las utilidades RTOS de Zephyr para la gestión de colas para crear una serie de colas con rutinas de devolución de llamada asociadas para manejar diversas tareas como la adquisición de datos de sensores y la transmisión a la nube. (Fuente del código: Nordic Semiconductor)

Durante esta fase de inicialización, las funciones asociadas a cada invocación de inicialización de la cola de trabajo realizan sus propias tareas específicas de inicialización, incluidas las necesarias para realizar las actualizaciones requeridas. Por ejemplo, la función sensors_start_work_fn llamada por work_init establece un mecanismo de sondeo que puede invocar periódicamente una función, env_data_send, que envía los datos del sensor a la nube (Lista 2).

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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]

Lista 2: La aplicación de muestra del rastreador de activos nórdicos demuestra el patrón de diseño básico para transmitir datos, incluidos los datos del sensor, como se muestra en este fragmento de código. (Fuente del código: Nordic Semiconductor)

Cuando se ejecuta la aplicación de muestra del rastreador de activos en el kit de desarrollo de IoT celular NRF6943 THINGY:91 de Nordic Semiconductor, la aplicación envía datos reales de los sensores integrados de THINGY:91. Cuando funciona con el kit de desarrollo NRF9160-DK de Nordic Semiconductor, envía datos simulados utilizando una rutina de simulador de sensores incluida en el SDK. Los desarrolladores pueden ampliar fácilmente este paquete de software para implementar sus propias aplicaciones de seguimiento de activos o utilizar sus ejemplos de código para implementar su propia arquitectura de aplicación.

Conclusión:

Al usar métodos convencionales, la capacidad de rastrear paquetes valiosos o localizar activos de alto valor en entornos agrícolas o de ciudades inteligentes se ha limitado a las tecnologías inalámbricas como las etiquetas RFID, Bluetooth y Wi-Fi. Los diseñadores necesitan un mayor alcance y una información de localización más precisa durante períodos de tiempo más largos. Los estándares celulares LTE de baja potencia, como LTE-M o NB-IoT, combinados con el GPS pueden cumplir estos requisitos, pero la implementación puede ser un reto debido a la dificultad y los matices del diseño de la radiofrecuencia.

Como se muestra, un SiP de Nordic Semiconductor proporciona una solución casi inmediata para el rastreo de activos de largo alcance y bajo consumo de energía. Al usar este SiP precertificado y sus kits de desarrollo, los desarrolladores pueden evaluar rápidamente la conectividad celular, hacer un prototipo de aplicaciones de rastreo de activos basadas en el GPS, y construir dispositivos de rastreo de activos personalizados que aprovechen al máximo el amplio rango y los bajos requerimientos de energía de la conectividad celular LTE-M y NB-IoT.