[Из песочницы] Разработка датчиков с радиоинтерфейсом Bluetooth low energy

Введение

Использование радиосвязи стандартов Bluetooth и WiFi для сопряжения различной аппаратуры с вычислительной мощностью и пользовательским интерфейсом смартфонов позволяет снизить стоимость продукта и повысить его привлекательность для потребителя. Но у новой технологии Bluetooth low energy есть и еще одна черта, которая открывает возможность ее использования в малогабаритных автономных датчиках.



Главным отличием ядра Bluetooth 4.0 от предшествующих спецификаций является сверхнизкое энергопотребление. Эта особенность позволяет устройствам с батарейным питанием функционировать на протяжении нескольких лет без замены батарей, а также уменьшает размер конечного устройства для удобного использования в областях здравоохранения, физкультуры и спорта, охранных систем и домашних развлечений.

Беспроводная технология Bluetooth с низким энергопотреблением появилась относительно недавно в составе смартфонов и планшетных компьютеров. Первым производителем, реализовавшим в своих устройствах соответствующее аппаратное и программное обеспечение, стала компания Apple. Поддержку Bluetooth low energy получили смартфоны, начиная с iPhone 4S и планшеты, начиная с iPad 3. В данный момент технологию поддерживают и Google, начиная с Android 4.3, и Microsoft, начиная с Windows Phone 8.1.

Оценив ассортимент производимых беспроводных датчиков, я убедился в широком распространении низкопотребляющих радиоканалов различных стандартов и в бытовой сфере, и в промышленности, но для технологии Bluetooth 4.0 не обнаружилось заслуженного количества реализаций и я поставил себе задачу вывести на рынок линейку устройств, использующих преимущества нового стека Bluetooth, выбрав три направления для разработки:

1. Ультразвуковой уровнемер;


2. Система измерения давления в шинах;


3. Датчики для регистрации перемещений.

Ультразвуковой уровнемер

Существующие системы измерения уровня в ёмкостях имеют высокие цены, а монтаж и настройка может вызывать сложности, требующие привлечения квалифицированных специалистов.

В моей разработке недостатки, присущие существующим уровнемерам, исключены благодаря сочетанию следующих особенностей:

1. Измерение расстояния производится при помощи ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя. Используется недорогой датчик герметичного исполнения, не чувствительный к загрязнениям излучающей поверхности.


2. Данные о дистанции между датчиком и поверхностью среды передаются посредством радиоканала Bluetooth low energy на смартфон или планшет, на дисплее которого отображается степень заполнения ёмкости в интуитивно понятной графической форме. Не требуется дополнительного устройства индикации, что снижает стоимость системы.


3. Пьезоэлектрический преобразователь, радиомодуль Bluetooth и литиевый элемент питания типоразмера CR2032 объединены в малогабаритный герметичный пластиковый корпус, конструкция которого разработана с учетом особенностей установки на большинство типов ёмкостей. Трудозатраты по установке и настройке минимальны, не требуется прокладка проводов. Устройство соответствует классу пылевлагозащиты IP67. Дополнительной защиты не требуется.


4. Расчетная длительность непрерывной работы датчика от одного элемента питания CR2032 при частоте измерений 10 раз в сутки — не менее 3-х лет. Частота мероприятий по обслуживанию датчика сведена к минимуму, хотя конструкция корпуса и адаптирована для быстрой замены элементов питания.

Радиус действия радиоканала Bluetooth достаточен для получения данных о степени заполнения, находясь на удалении от ёмкостей, исключив опасности и дискомфорт при проведении измерений.



Мною изготовлены прототипы двух модификаций датчиков, в большом объеме проведены полевые испытания устройств и размещено соответствующее приложение в App Store.

Система измерения давления в шинах

Надо ли перечислять, сколькими неприятностями чревата эксплуатация транспортных средств при значениях давления в шинах, существенно отличающихся от рекомендованного производителем? Визуально или по поведению автомобиля давление в колесе определить с достаточной точностью не представляется возможным, и именно поэтому во многих странах существуют законы об обязательном оснащении всех новых автомобилей системами TPMS. Но если автомобиль не оснащен штатной системой и есть объективная необходимость в ней, то остается выход – устанавливать систему TPMS стороннего производителя.

Таких систем на рынке множество, но не существует ни одной TPMS, где информация с датчиков передается непосредственно на смартфон пользователя. Дополнительные устройства индикации или ретранслятор датчики-Bluetooth увеличивают стоимость системы, загромождают панель приборов или занимают гнездо прикуривателя, внося в интерьер автомобиля элемент «колхозности».

Я предлагаю применять датчики с радиоканалом Bluetooth low energy, что позволит избавиться от перечисленных недостатков существующих систем TPMS.

Датчики для регистрации перемещений

Следующее применение технологии Bluetooth low energy заключается в построении системы безопасности или системы для сбора статистической информации, масштабируемой в широких пределах, на основе миниатюрных автономных датчиков ускорения.



В системах безопасности следующие преимущества таких датчиков перед широко известными инфракрасными датчиками движения и проводными датчиками контроля доступа позволяют упростить процедуру установки на контролируемый предмет, сделать ее незаметной для возможных злоумышленников:

1. Нет необходимости в прямой видимости между поверхностью устройства и окружающим пространством. Датчики могут быть установлены внутрь контролируемых предметов, быть скрытыми под радиопрозрачными поверхностями.


2. Беспроводное считывание событий перемещений позволяет избавиться от демаскирующего влияния проводов.


3. Не требуется построение системы охранной сигнализации. Все имеющиеся на объекте охраны датчики могут быть дистанционно опрошены с обычного смартфона или планшета.

Кроме систем безопасности, датчики перемещения могут быть применены для обнаружения аварийных уровней вибрации машин и механизмов, а также для сбора специфической статистической информации, когда использование средств видеофиксации неэтично или незаконно.

Приложение, установленное на смартфоне или планшете, анализирует собранную с датчиков информацию и отображает ее пользователю в виде графической диаграммы.



В данный момент созданы прототипы датчиков перемещения, отлажены все алгоритмы и проведены длительные испытания устройств. Ведется разработка приложения для операционной системы iOS.

Заключение

Причиной публикации данного материала на «Хабрахабр» является необходимость профессиональной оценки моих разработок людьми, занятыми в индустрии высоких технологий.

Возможно, кто-то уже ведет разработку подобных устройств. В таком случае будет интересно узнать, какими путями были решены многочисленные задачи проектирования. Я также охотно поделюсь своим опытом.

Остается открытым вопрос выбора устройства, способного объединить датчики на основе Bluetooth low energy в единую систему. Мне представляется некий встраиваемый одноплатный компьютер под управлением открытой операционной системы и имеющий аппаратные средства Bluetooth low energy на борту. Его задача – собрать данные с датчиков и отправить их на сервер. У компьютера также должен быть аварийный GSM канал передачи данных пользователю на случай проблем с основным способом информирования.

This entry passed through the Full-Text RSS service — if this is your content and you're reading it on someone else's site, please read the FAQ at http://ift.tt/jcXqJW.