E-Innováció – 2. rész

„We make your device smart” – az okoshűtőszekrény

A múlt havi számmal kezdődően a Magyar Elektronika hasábjain egy új cikksorozatot indítottunk az Endrich Bauelemente Vetriebs GmbH legújabb innovációiról, amelyekkel a hazai és nemzetközi kiállításokon és konferenciákon találkozhatnak az érdeklődő szakemberek az év folyamán. Az első részben az idei év kiemelt területével az IoT környezetvédelmi felhasználásával foglalkoztunk, és bemutattuk a cityBox levegőminőség-ellenőrző állomást. A következő terület a hagyományos eszközök „okosítása”, ahol szlogenünk a „We Make Your Device Smart”, és az Endrich új, hűtőszekrények paramétereit figyelő telemetriai egységeiről és az ezek alkotta ökoszisztémáról fogunk ennek kapcsán beszélni, amely az EmbeddedWorld 2023 kiállításon a cég standjának központi eleme volt.

1. ábra Az E-IoT ökoszisztéma alkalmazása okoshűtőszekrényekhez

Az okoshűtő

A korszerű hűtőszekrények gyártói reklámanyagaikban és marketing kommunikációjukban gyakran használják az „okoshűtő” kifejezést, amellyel olyan funkciók integrálását hirdetik készülékeikben, mint az automatikus leolvasztás (NO-FROST), az inverteres kompresszor vagy a speciális szigetelőanyagok és változtatható elrendezésű polcrendszerek alkalmazása. Mi azonban mérnöki és nem marketinges szemmel vizsgáljuk a készülékeket, és okosfunkciókról elsősorban a hálózatba (Internetre) kapcsolt berendezések esetén beszélünk. Természetesen ma már egy sor neves gyártó ad lehetőséget arra, hogy mobilalkalmazáson keresztül tudjuk figyelemmel kísérni hűtőnk paramétereit, az esetleges beavatkozáshoz, vagy a hűtőszekrényben tárolt ételekről is kaphatunk áttekintést. Az IoT segítségével lehetőség van a hagyományos készülékek „felokosítására” is, olyan egyszerű funkciók integrálásával, mint a hűtőtér hőmérsékletének és páratartalmának monitorozása, az ajtó ál­lapotának, a belső lámpa fényerejének figyelésével. Az esetleges idegen zajok, nagyfokú rezgés esetleges jelenléte, és az áramfelvételben beálló anomáliák figyelésével a megelőző karbantartás segíthető, míg az ajtónyitások gyakoriságának és ezek idejének, vagy éppen a nyitott állapot hosszának regisztrálásával üzleti környezetben használt készülékekből marketing vagy kereskedelmi célú adatok is könnyen kinyerhetők.
A legmodernebb elektronika segítségével, a fentebb említett célok gyorsan és hatékonyan elérhetők, nemcsak eleve ilyen funkciókkal tervezett készülékek esetében, hanem hagyományos hűtőkbe utólagosan szerelt IoT eszközök alkalmazásával is. Az ilyen telemetriai egységgel szembeni elvárások általában a kis méret, a könnyű felszerelhetőség, az elektromos és a vezetékes kommunikációs hálózattól való függetlenség és a könnyű üzembe helyezés lehetősége. Ha az IoT-modul telepes táplálású és valamilyen vezetékmentes kommunikációs technológiát használ a szenzorok adatainak továbbítására, valamint a szükséges érzékelők magában a készülékben helyezkednek el, akkor a telepítés utólagosan szakember bevonása nélkül is könnyen kivitelezhető. A méréseket az ilyen modul ideálisan másodpercenként, percenként vagy óránként rögzíti – a nap 24 órájában –, és továbbítja a megfelelő felhőszolgáltatásba adatelemzés céljából a modern, megbízható és olcsó Narrow Band / LTE-M technológiával vagy tartalékként a 2G GSM hálózat segítségével.

2. ábra Az E-IoT ökoszisztéma szolgáltatásai kiválóan alkalmazhatók hagyományos eszközök, például hűtőszekrény okosítására

A hűtőszekrény adatainak gyűjtése

A hagyományos hűtőszekrényt interneteléréssel ellátva alkalmassá tehetjük működési paramétereinek egy alkalmas felhőalapú adatbázisba való beküldésére, és azok rendszerezett tárolására, feldolgozására vagy kijelzésére. Ehhez megfelelő érzékelőkkel, és kommunikációs csatornával kell ellátnunk, amihez az E-IoT koncepció hadverelemeit és szoftverszolgáltatásait hívhatjuk segítségül. Az adatokat felhasználhatjuk az optimális működési feltételek biztosítására, folyamatosan figyelhetjük a hűtőtér hőmérsékletének és páratartalmának alakulását, megbizonyosodhatunk arról, hogy nem felejtettük nyitva az ajtót, és korai figyelmeztetést kapunk az esetleges áramszünet okozta leolvadásról. Az alkalmazott telemetriai egység támogatja a megelőző karbantartást is, hiszen képes az olyan anomáliák figyelésére és ezek alapján való riasztásra, mint például a szokatlanul nagy áramfelvétel, a normálistól eltérő zajszint, vagy rezgés megjelenése. A biztonság kérdése egyrészt a működtetés alapvető feltételeinek megléte, másrészt pedig az anyagi biztonság kapcsán merül fel. Az előbbihez egy esetleges áramszünet esetén a növekvő hűtőtéri hőmérséklet monitorozása, vagy az ajtó véletlen nyitva hagyásából eredő leolvadást megelőző riasztás hívható segítségül, az utóbbihoz pedig a készülék mozgatása esetén történő riasztás és a GPS-alapú eszközkövetés használható. A gazdaságos működtetéshez a hűtőtér hőmérsékletének kontrollja és az energiafogyasztás figyelése járul hozzá. Az ajtó nyitásának figyelése nemcsak az előbbi funkciók támogatásához használható, hanem – itt elsősorban üzleti célú hűtőszekrényekre, pl. boltokban, benzinkutaknál kihelyezett italhűtőkre gondolunk – marketing célú adatgyűjtésre is alkalmas. Az ajtónyitások naplózása annak gyakoriságáról, a nyitva tartás hosszáról ad képet, ami a vásárlási szokások feltérképezésében és az eladott mennyiségek kalkulálásában segíti az üzemeltetőt.
Ami az alkalmazott hardvereszközöket illeti, az Endrich okoshűtőszekrény-koncepciójában kétféle megoldás létezik. Az egyik modul az alkalmazott szenzorokkal felszerelt könnyen telepíthető egység, ami az adatokat a mobiltelefonos hálózaton keresztük direktben juttatja az Endrich felhőszoláltatásába. A hőmérsékletet és páratartalmat, valamint a látható fény erősségét mérő érzékelők a mechanikai szenzorokkal (gyorsulásszenzor és MEMS mikrofon) együtt a magas IP védelemmel rendelkező dobozon belül kaptak helyet. Az ajtónyitás érzékelésére mágneses szenzor alkalmazható, amelyet vagy az ajtómágnes, vagy pedig egy erre a célra kialakított tartón elhelyezett állandó mágnes aktivál. Az egység vezetékmentesen tölthető akkumulátorral van ellátva, amiről az adatküldés frekvenciájától függően nagyon hosszú ideig képes ez a kis­fogyasztású eszköz működni. Erről a speciális NB-IoT/LTE-M modem gondoskodik, amelyről korábbi írásainkban részletes ismertetőanyagot osztottunk meg. Az LPWA technológia és az alkalmazott kisfogyasztású ARM-M0+ mikrokontroller arra lett kifejlesztve, hogy kis mennyiségű adatot, viszonylag ritkán, rendkívül kis energia felhasználásával legyen képes a felhőbe juttatni. Mindez nagyon alacsony telekommunikációs költségek mellett lehetséges, hiszen az előre fizetett (prepaid) SIM kártya 10 évre 10 EUR-ba kerül 500 MB adatmennyiség-forgalmazása mellett.

3. ábra A szenzor-felhő direkt kapcsolatot megvalósító GSM hálózaton kommunikáló E-IoT telemetriai egység

 
A második megoldás főként olyan helyeken jöhet szóba, ahol egy épületen belül sok készülék helyezkedik el, ezeken különféle paramétereket akarunk monitorozni, de nem szeretnénk az összes telemetriai egységet SIM kártyával ellátni. Ekkor ezeket az egységeket módunkban áll hálózatba kapcsolni, és egy átjárón keresztül kilépni az Internetre. Az alkalmazott rádiómodulok sub-GHz frekvencián, a 868 MHz-s ISM (szabad felhasználású) sávban működnek, ami biztosítja az így kialakított mesh hálózat üzembiztos működését beltéren és a falakon keresztül is. Természetesen ezek a modulok is a megszokott formatényezőben (4 × 6 × 0,8 cm) és a megszokott vezetékmentesen tölthető kivitelben valósíthatók meg.

4. ábra A mesh hálózatban működő telemetriai egységek

 
A fenti ábrákon látható, hogy a rádiós egységgel ellátott telemetriai eszközök a hűtőn belüli viszonyokat a gép elektronikájának megbontása nélkül, utólagosan beszerelve képesek figyelni, és az adatgyűjtést, valamint a továbbítást is elvégezni. A figyelmes olvasó bizonyára hiányolja egy nagyon fontos jellemző, az elektromos fogyasztás mérésének részletezését. A teljesítmény méréséhez a feszültség és az áram egyidejű mérésére van szükség, azonban a készülék működésében beálló anomáliák észlelésére elegendő csak a felvett váltakozó áramot mérni, hiszen a hálózati feszültség állandónak feltételezhető, arra a készülék esetleges meghibásodása nincs hatással. Ilyen esetben elegendő egy bontás nélkül a tápvezeték köré helyezhető áramváltó (Rogowski tekercs) használata, amelynek kimeneti feszültségjelét a fenti telemetriai modulok egyik analóg bemenete képes értelmezni, a jeltovábbításról pedig a szokásos módon gondoskodhatunk.

5. ábra A „We make your device Smart” koncepció a nürnbergi EmbeddedWorld’23 kiállításon az Endrich standján

Ez a megoldás azzal az előnnyel jár, hogy a hűtő egyéb paramétereinek érzékelőitől független eszközzel a hűtőn kívüli környezeti jellemzőket is mérhetjük. Amennyiben az energiafelhasználás ennél pontosabb mérésére van szükség, akkor pedig egy későbbi cikkünkben bemutatásra kerülő, NB-IoT rádiómodullal kiegészitett RS485 ModBus kimenetű E-IoT okosmérőt használhatunk.

Szerző: Kiss Zoltán, Export Igazgató – Head of R&D – Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH

Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH
Sales Office Budapest
1188 Budapest, Kölcsey u. 102/A
Tel.: + 36 1 297 4191
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.endrich.com

E–Innováció – 1. rész 

E–Innováció – 3. rész 

E–Innováció – 4. rész