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:
- Ультразвуковой уровнемер;
- Система измерения давления в шинах;
- 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:
- Измерение расстояния производится при помощи ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя. Используется недорогой датчик герметичного исполнения, не чувствительный к загрязнениям излучающей поверхности.
- 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.
- 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.
- 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:
- Нет необходимости в прямой видимости между поверхностью устройства и окружающим пространством. Датчики могут быть установлены внутрь контролируемых предметов, быть скрытыми под радиопрозрачными поверхностями.
- Беспроводное считывание событий перемещений позволяет избавиться от демаскирующего влияния проводов.
- 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.
Автор: aahazov
