Un univers de capteurs sur une plateforme sans fil tout-en-un

Un univers de capteurs sur une plateforme sans fil tout-en-un

La dernière version de Swarmy-V2 peut ajuster son angle d’attaque pour capturer les bonnes données de capteur. Crédit : Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la microintégration IZM

Fabrication intelligente, logistique intelligente ou agriculture intelligente : les réseaux distribués de capteurs travaillent dur pour nous chaque jour. Auparavant, chaque application avait besoin d’une solution personnalisée pour exécuter les capteurs et traiter les données. Les chercheurs de Fraunhofer IZM ont maintenant développé une plate-forme qui peut être facilement mélangée et adaptée à chaque objectif, ce qui permet d’économiser beaucoup d’efforts et de ressources en cours de route.

Les capteurs sans fil sont présents dans presque tous les appareils électroniques. Ils sont partout autour de nous : des stations météorologiques à la surveillance du climat intérieur, les systèmes de capteurs sont conçus pour suivre divers paramètres. Mais que se passerait-il si une seule plate-forme pouvait faire tout son travail et surveiller la température, la pression, l’humidité, la distance, la lumière et pratiquement tout le reste ?

Cette solution tout-en-un signifierait que la roue n’a pas besoin d’être réinventée pour chaque application, car il existe une solution universelle et économique pour de nombreux cas d’utilisation mentionnés ci-dessus.

Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la microintégration IZM ont consacré cinq ans de travail à cette mission ambitieuse : le résultat de leurs efforts est un écosystème matériel et logiciel complet pour une plate-forme capteur-actionneur qui facilite la surveillance d’état à usage industriel. et plus rapide que jamais.

Le secret du succès du groupe Sensor Nodes & Embedded Microsystems de Fraunhofer IZM ? De nombreux projets et développements distincts produits, par exemple au Centre de transformation numérique de Berlin en coopération avec d’autres instituts Fraunhofer, ont chacun ajouté de nouvelles idées et capacités et ont lentement fait de la plate-forme ce qu’elle est aujourd’hui. Il est temps de revenir sur l’évolution de la plate-forme de capteurs sans fil d’aujourd’hui.

Dans la première phase des travaux, en 2017 et 2018, les chercheurs se sont concentrés sur le développement d’une plateforme matérielle modulaire qui pourrait couvrir la plupart des cas d’utilisation identifiés. À Hannover Messe, ces capacités ont été présentées pour la première fois dans un cadre réel, avec le système installé sur un robot industriel pour suivre la température et l’accélération des opérations actives dans le cadre de la surveillance sans fil de l’état.

Samer Al-Magazachi, assistant de recherche à l’Université technique de Berlin et partenaire de coopération de Fraunhofer IZM, poursuit toujours ce domaine d’application après avoir initialement étudié dans sa thèse de maîtrise comment des capacités de localisation pourraient être ajoutées à la plate-forme en utilisant Bluetooth Low Energy. Cela a conduit à la deuxième incarnation de la plate-forme.

Une batterie rechargeable par USB a été intégrée pour alimenter la plate-forme pour une utilisation véritablement sans fil. Des capteurs supplémentaires ont été ajoutés pour mesurer par exemple l’intensité lumineuse ou la pression atmosphérique, et une horloge en temps réel incluse pour une capture de données encore plus précise.

L’équipe de Fraunhofer IZM a étudié les possibilités de fusionner les données du détecteur de mouvement avec les données du radar et du capteur de stress. À Productronica 2019, ils ont pu faire la démonstration du système dans une soufflerie pour montrer comment il pouvait détecter et signaler la déformation d’une machine ou d’une barre d’acier.

Ce sont des données comme celles-ci qui aideront les opérateurs à perfectionner le calendrier de leurs procédures de maintenance des machines ou à intervenir en temps utile et à remplacer les pièces concernées avant que des machines ou des lignes de production entières ne soient mises hors ligne. Outre le nouveau système de batterie et la connectivité USB, la technologie radio LoRa a été ajoutée, initialement dans le cadre d’un mémoire.

LoRa est une norme particulièrement économe en énergie qui peut transmettre des ensembles de données plus petits, comme les données des capteurs, sur de grandes distances. Une application de bureau pour Windows, macOS et Linux a été développée pour capturer, visualiser et stocker les données dans une interface graphique conviviale qui facilite le contrôle et la récupération des données du système.

Dans sa version la plus récente, appelée Swarmy, le démonstrateur est passé d’une conception de preuve de concept à une plate-forme complète de capteurs-actionneurs capable de contrôler les moteurs d’un système mobile. Les batteries de la plate-forme fonctionnent désormais avec la norme Qi pour la charge par induction sans fil, et plusieurs capteurs supplémentaires ont trouvé place sur la plate-forme, dont un tracker de temps de vol, un capteur d’intensité lumineuse, un capteur de gaz pour mesurer la qualité de l’air, un capteur de bruit -microphone de mesure, et un capteur de pression.

Grâce à sa conception modulaire et au choix d’interfaces, encore plus de capteurs externes pourraient être ajoutés, comme des capteurs chimiques pour analyser les liquides. Cela fait de Swarmy un excellent complément aux autres systèmes établis. Pour encore plus de facilité d’utilisation, l’application de bureau a été portée sur des téléphones ou des tablettes Android, qui peuvent se connecter au système par Bluetooth.

L’application Swarmy offre aux utilisateurs une interface simple pour récolter les données stockées sur l’appareil lui-même ou dans le cloud, par exemple pour une analyse plus approfondie par l’IA ou pour une utilisation immédiate dans d’autres applications. Le processus ne pourrait pas être plus simple : lancez l’application, sélectionnez un capteur et commencez à mesurer. Une interface logicielle pour les tests a été incluse pour permettre des tests automatiques de la plate-forme lorsqu’un système Swarmy est configuré et connecté à un PC pour vérifier qu’il est compatible avec le matériel cible.

La plate-forme capteur-actionneur permet une multitude d’utilisations et est un bon candidat pour les systèmes distribués dans de nombreux scénarios. Notre liste ne comprend que quelques utilisations sélectionnées parmi les nombreuses applications possibles.

Les chercheurs de Fraunhofer IZM ont depuis longtemps dépassé leurs objectifs ambitieux de 2017, mais ce n’est pas une raison pour eux d’arrêter leurs travaux. Leurs plans pour la phase de financement actuelle sont de rendre la plate-forme encore plus intelligente en intégrant des capacités de robotique en essaim, une perspective qui fait l’objet de la recherche doctorale de Samer Al-Magazachi. Le concept de système proposé rendrait les systèmes de capteurs connectés encore plus robustes et fiables, mais également plus polyvalents et flexibles pour différents cas d’utilisation. Il serait plus facile d’augmenter ou de réduire l’échelle et de promettre une plus grande sécurité, car cela enlève la cible facile d’un système central unique.


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Fourni par Fraunhofer-Gesellschaft

Citation: Un univers de capteurs sur une plateforme sans fil tout-en-un (11 octobre 2022) récupéré le 11 octobre 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-10-universe-sensors-all-in-one-wireless -platform.html

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