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Eine durch Spresense betriebene intelligente Sicherheitsvorrichtung bauen, Teil 1: Einführung

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In dieser Beitragsreihe wird erläutert, wie die erweiterten Funktionen der Sony Spresense bei der Erstellung einer stromsparenden Sicherheitsvorrichtung zur Anlagenüberwachung und -verfolgung eingesetzt werden können.

Der Sony CXD5602 im Herzen der Spresense bietet eine einzigartige Kombination aus einer flexiblen Sensorschnittstelle, die von der energiesparenden digitalen Signalverarbeitung profitiert, sowie einem integrierten GNSS und einem leistungsstarken 6-Core-Prozessor. Daher ist er der perfekte Kandidat für batteriebetriebene, standortbezogene IoT-Anwendungen, die vieles auf kleinem Raum unterbringen müssen.

In dieser Beitragsreihe dokumentieren wir den Prototyp einer Lösung auf der Grundlage der Spresense-Platine, von der Festlegung der Anforderungen über die Auswahl der erforderlichen zusätzlichen Komponenten bis hin zum Testen einzelner Subsysteme, dem Zusammenbauen des Prototyps und der Veröffentlichung des Quellcodes.

Sehen wir uns zunächst unsere Anwendung an.

Anwendungsfall

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Netzwerkanalysator ZVA40 von Rhode & Schwarz, , CC BY 3.0.

Es kommt sehr häufig vor, dass hochwertige Maschinen und Anlagen auf Mietbasis zur Verfügung gestellt werden, da ein direkter Kauf für viele Benutzer unter Umständen nicht möglich oder sogar nicht geeignet ist. Zu den einschlägigen Beispielen gehören Mietwagen, Nutzfahrzeuge und Anlagenausrüstung. Auch andere Geräte gehören dazu, einschließlich kostspieliger Messeinrichtungen wie Netzwerkanalysatoren und Oszilloskope mit hoher Bandbreite.

Eine besondere Herausforderung bei der Bereitstellung solcher Dienste ist der Nachweis, wer im Schadensfall haftet. Möglicherweise wurden die Geräte vor dem Ausbuchen unsachgemäß gehandhabt. Ansonsten könnte während des Mietzeitraums ein Fehler aufgetreten sein, nicht jedoch aufgrund von unsachgemäßer Handhabung oder Verschulden seitens des Mieters.

Welche Informationen können dabei helfen, zu ermitteln, wer die Haftung für Schäden übernimmt? Ein guter Anfang wäre:

  • Ereignis ist aufgetreten

    • Uhrzeit des Ereignisses

    • Ort des Ereignisses

Die Art der Ereignisse, an denen wir möglicherweise interessiert sind, hängt von den betreffenden Anlagen oder Maschinen ab, doch meist handelt es sich dabei um eine bestimmte Art von Bewegung, z. B. ein kraftvoller Stoß durch Erschütterung oder Umfallen/Herunterfallen oder durch Neigen über einen bestimmten Winkel hinaus.

Hinsichtlich der zusätzlichen Anforderungen wäre für die Lösung Folgendes von Vorteil:

  • Kompaktheit, so dass sie leicht an Geräten/Maschinen befestigt werden kann
  • Eigenständigkeit, so dass sie keine weiteren Module, Verkabelungen usw. erfordert
  • Geringe Leistungsaufnahme und Batteriebetrieb über lange Zeiträume

Unser Prototyp wird aus mehr als einer Platine aufgebaut und wir werden die Leistungsaufnahme nicht vollständig optimieren. Es wird jedoch klar sein, wie er auf eine viel kleinere Einplatinenlösung reduziert werden kann. Abschließend werden wir kurz untersuchen, wie eine weitere Energieeffizienzsteigerung erzielt werden kann.

High-Level-Architektur

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Oben sehen wir das CXD5602-Blockdiagramm. Als Nächstes sehen wir uns die wichtigsten Funktionen an, die wir nutzen werden, angefangen bei der Sensorschnittstelle und der anfänglichen Verarbeitung.

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Die Sensorsteuerungseinheit (Sensor Control Unit, SCU) kann verwendet werden, um Daten von Peripheriegeräten zu empfangen, die über SPI und I2C verbunden sind. Sie wurde entwickelt, um die Prozessorlast und die Leistungsaufnahme zu reduzieren. Dies wird durch Dezimierung – „Downsampling“ zur Reduzierung der Abtastrate – Filterung und Ereigniserkennung über spezielle Hardware mit geringer Leistungsaufnahme und konfigurierbaren Betriebsparametern erzielt.

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Der integrierte GNSS-Receiver kann sowohl mit GPS- als auch mit GLONASS-Konstellationen verwendet werden. Wenn ein Ereignis eintritt, können wir feststellen, wann und wo es stattgefunden hat.

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Schließlich verfügen wir über die Speicher-/Konnektivitätsfunktion des Mikrocontrollers, die es uns ermöglicht, eine Schnittstelle zum Flash-Speicher herzustellen, um Ereignisdetails zu protokollieren.

Weitere Schritte

Im nächsten Beitrag werden wir die SCU etwas genauer untersuchen, einige Beispiele ausführen und uns ansehen, wie die digitalen Signalverarbeitungsfunktionen (Digital Signal Processing, DSP) innerhalb der Anwendungen genutzt werden.

Andrew Back

Open source (hardware and software!) advocate, Treasurer and Director of the Free and Open Source Silicon Foundation, organiser of Wuthering Bytes technology festival and founder of the Open Source Hardware User Group.
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