GPS monitoring je riešením pre monitorovanie polohy objektov. Môže ísť o autá, stroje, ale aj o polohu osobných vecí, či zvierat. LoRa ako prenosová technológia môže byť vhodná pre GPS, ak nie je potrebná real-time poloha a tiež, ak v blízkosti nie je pripojenie k internetu (alebo sa vzhľadom na polohu môže použiť iba mobilné pripojenie, čo je nákladné). Prenos skrz LoRu je aj energeticky efektívny a je ho možné realizovať na stovky metrov, až kilometre. Technológia je určená na prenos malých objemov dát. Interval periodického posielania dát závisí od celkového objemu prenášaných dát, ale aj zvolených parametrov, ktoré ovplyvňujú celkový čas vysielania (airtime), ktorý musí spĺňať zákonnú normu, resp. v iných systémoch aj FUP (Fair user policy).

Zariadenia využívajúce LoRu komunikujú buď medzi sebou (Point-to-Point), alebo s bránou (gateway), ktorá má štandardne aj konektivitu a okrem získavania dát môže fungovať aj ako aplikačný server (štandardne už softvérové riešenie), ktorý vie dáta aj ďalej odoslať v podporovanom formáte, napríklad JSON do platformy ThingsBoard dostupným prenosovým protokolom a to buď priamo, alebo skrz predvytvorený endpoint integrácie, čo sa hodí najmä ak sú dáta spracovávané od väčšieho množstva snímačov, ktoré využívajú rovnaký formát dát a zároveň obsahujú aj určitý identifikátor pre filtrovanie dát, čím je možné určiť, ktoré dáta sú od ktorého zariadenia.

Platforma ThingsBoard umožňuje vytvárať prehľadné dashboardy, sledovať pohyb objektov na mape s dynamickou zmenou polohy pri prijatí aktuálnej telemetrie, nastavovať notifikácie pri opustení určených zón (tzv. geofencing), čo sa hodí najmä pre zvieratá, dobytok. Rovnako tak platforma môže analyzovať aj denné dáta a vyhodnocovať, či sa niečo zmenilo voči bežnému priemeru. Vďaka tomu sa dá jednoducho vybudovať kompletný IoT systém pre sledovanie majetku, alebo dobytka – a to bez potreby mobilného internetu v mieste GPS monitoringu.

Medzi hlavné výhody riešenia patria:

• 🔋 Nízka spotreba energie – zariadenia môžu fungovať mesiace až roky na batériu.

• 🌍 Veľký dosah signálu – LoRa pokrytie umožňuje prenos dát aj z odľahlých oblastí.

• 📊 Jednoduchá vizualizácia a správa dát – ThingsBoard poskytuje otvorené API, dashboardy a alarmy, aplikáciu pre smartfóny / web rozhranie

• 💰 Nízke prevádzkové náklady – bez potreby SIM kariet a mesačných poplatkov za dáta.

Takéto riešenie je ideálne pre monitorovanie vozidiel, poľnohospodárskej techniky, zvierat a ďalších komodít. V kombinácii s ThingsBoard platformou získava používateľ prehľadný systém pre správu a analýzu lokalizačných dát v reálnom čase, spolu s možnosťou vzdialeného ovládania zariadení skrz LoRa downlink, ak sa to vzhľadom na aplikáciu vyžaduje. Rovnako tak IoT platforma ThingsBoard umožňuje aj FOTA update firmvéru pre zariadenia, ak majú technológiu na priame pripojenie ku platforme, napríklad skrz WiFi (nie pri prevádzke, len pri údržbe) a firmvér tak môže byť distribuovaný rôznymi protokolmi - HTTP(S), MQTT(S), CoAP, LwM2M (Open Mobile Alliance).

Okrem samotnej polohy umožňujú bežné GPS prijímače získanie aj ďalších užitočných dát, medzi ktoré môže patriť rýchlosť, smer pohybu, presný čas z atómových hodín, kvalita signálu, presnosť polohy, či pre debug účely aj efemeridy satelitu, počet satelitov určujúcich polohu, výšku nad morom, SNR pomer a ďalšie... Tieto dáta môže zariadenie taktiež odosielať, avšak viac dát znamená v priamej úmere dlhšie intervaly aktualizácie polohy, teda vysielania.

Ukážkový dashboard:
Ako sme si popísali v predchádzajúcom článku, pri použití integrácie môžeme umožniť vytváranie nových zariadení. Aplikačný server LoRa brány bude pri zápise dát do platformy ThingsBoard využívať aj identifikátor zariadenia (MAC adresa / hard-coded UID). Samotný ThingsBoard poskytuje radi integrácii z hotových IoT LoRaWAN platforiem ako The Things Stack, The Things Industries, ktoré sú štandardne pre verejné LoRaWAN brány, ale integrácia ponúka aj využitie ChirpStack aplikačného servera na privátnej LoRaWAN sieti.

Ku každej integrácii sa vytvára Uplink data converter (niekedy aj downlink, ak sa to vyžaduje), ktorým je možné dáta spracovať a uložiť ako telemetriu, ktorú je možné pod daným zariadením, resp. celou skupinou zariadení vizualizovať v dashboarde na mapovom podklade. Integrácia po prijatí dát každé zariadenie vytvorí a môže ho tiež zaradiť do skupiny zariadení. Takéto filtrovanie zariadení do skupín je výhodné najmä, ak máte jeden ThingsBoard účet a monitorujete viacero projektov, ktoré vzájomne nesúvisia, pričom môžu používať aj totožnú telemetriu (GPS monitoring autodopravy, monitoring zvierat, prenajatého majetku a podobne...). 

Každé zariadenie (už existujúce, alebo aj čerstvo pridané integráciou) bude obsahovať telemetriu, ktorá bude okrem iného obsahovať aj zemepisnú dĺžku a šírku. Skrz tieto parametre vo formáte WGS84 je možné priamo vizualizovať polohu na mapovom podklade, ktoré natívne s WGS84 súradnicami pracujú. ThingsBoard umožňuje využiť v dashboarde hotový widget, ktorý využíva mapový podklad od Google Maps (len pre vývojárske účely), alebo aj OpenStreetMap s mnohými dostupnými vrstami. Dostupné sú aj alternatívne mapové podklady, napríklad čínsky Tenscent, holandský HERE...

V nastaveniach widgetu vyberieme preferovaný mapový podklad a následne zvolíte entitu skupiny zariadení, pričom navolíme aj data streamy obsahujúce telemetriu pre zemepisnú dĺžku a šírku pod záložkou Overlays. Štandardne môžete widget používať s tým, čo umožňuje, v tomto prípade defaultné markery. Keďže použijeme skupinu zariadení, ukážu sa nám všetky dostupné zariadenia a tiež aj nové, ktoré sa v budúcnosti pridajú bez potreby ich manuálneho nastavovania vo widgete a jeho vlastnostiach, či zdrojových entitách.

Ak vám prednastavená funkcionalita, markery nevyhovujú, môžete si vytvoriť samostatný widget podľa vlastného gusta. Budete potrebovať najmä znalosť markovacieho jazyka HTML, Javascriptu. Môžete si tak urobiť widget, ktorý bude využívať vami preferovaný mapový podklad, bude pracovať s konkrétnou skupinou zariadení natívne bez nutnosti niečo nastavovať. Môžete si zvoliť markery podľa typu zariadenia a podobne. Je tu neúrekom možností, čo môžete dosiahnuť s vlastnou šikovnosťou. Vzorové riešenie s vlastným widgetom navrhnutým v HTML môže vyzerať napríklad takto (OpenStreetMap s DarkMatter vrstvou). Ukážkovo sme si vizualizovali celkom 5 kusov techniky, ktorá bola monitorovaná LoRa zariadením.

Po rozkliknutí konkrétneho nodu (monitorovanej veci) skrz jeho ikonu môžete získať ďalšie doplnkové informácie v bubline (prompte), identifikátor, resp. názov, zaznamenaná rýchlosť v momente záznamu polohy zariadením. Rovnako tak aj ďalšie dáta, ak ich zariadenie posiela. Súčasťou vyskakovacieho promptu môže byť aj tlačidlo pre vykonanie akcie smerom do zariadenia, najmä ak LoRa zariadenie podporuje aj downlink, ktorým je možné korigovať / konfigurovať (zmena intervalu odosielaných dát, pridanie / ubratie metrík). 

 

Okrem ukázanej vizualizácie pre GPS monitoring poskytuje ThingsBoard aj analytické nástroje, ktoré umožňujú spracovanie historických dát. Pomocou time-series dát je možné sledovať trendy, detekovať anomálie..Takéto funkcie sú užitočné napríklad pre poľnohospodárov sledujúcich pohyb stád alebo pre firmy s flotilou vozidiel, ktoré chcú optimalizovať trasovanie a náklady na palivo. Tieto analytické kalkulácie nemusia byť iba presne nakódované, nakoľko ThingsBoard od verzie 4.2.X podporuje aj AI nástroje, ktoré je možné využiť napríklad v Rule Chain automatizáciách. V súčasnosti ThingsBoard podporuje viacero AI modelov, ktorých poskytovateľmi sú:

• Open AI
• Azure Open AI
• Google AI Gemini
• Google Vertex AI Gemini
• Mistral AI
• Anthropic
• Amazon Bedrock
• Github Models
• Ollama

Štandardne pre použitie AI modelu potrebujete aj príslušný API kľúč a vybratému modelu môžete nastaviť aj údaje pre entrópiu dát a náhodnosť.

Ďalšou výhodou platformy je možnosť nastaviť alarmy a notifikácie na viacero kanálov – email, SMS, push notifikácie cez mobilnú aplikáciu či Webhooks pre integráciu s inými systémami (n8n, Zapier...). Týmto spôsobom môže byť používateľ okamžite informovaný o udalostiach ako neoprávnený pohyb zariadenia, prekročenie rýchlosti, alebo opustenie vyznačenej geofencing zóny.

ThingsBoard umožňuje manažovateľnosť používateľských prístupov, kde je možné dosiahnuť iné zobrazenie medzi administrátormi, správcami a bežnými používateľmi. Bežný používateľ môže vo svojej vizualizácii vidieť len svoje vozidlo a svoju aktuálnu polohu, pričom administrátor môže vidieť aj ostatné zariadenia, vrátane doplnkových dát, rozsiahlejších vizualizácii s nasadeným AI modelom, ktorý môže skúmať prichádzajúce dáta a predikovať isté situácie ešte predtým, než vzniknú, napríklad nedostatočná presnosť GPS prijímača, či nemožnosť určenie polohy, upozornenie na klesajúce napätie batérie blízko nebezpečných úrovní.

Príklad hardvéru pre monitorovanie polohy skrz LoRa / LoRaWAN
Existujú komerčné riešenia pre GPS monitoring od Dragina, Abeeway, SenseCAP a iných, ktoré stoja rádovo vo vyšších desiatkách eur, niektoré v stovkách. Nehovoriac o tom, že nato, aby ste ich mohli používať potrebujete ešte aj LoRaWAN bránu, je v prípade komerčných náklad ďalších minimálne 150€, ak si to nepostavíte na ChirpStacku a Rpi.

Tracker je možné zriadiť si aj vo vlastnej réžii, ktorý bude postavený na dostupnom hardvéri. Môžem spomenúť napríklad ESP32-S3 XIAO od Seeed Studio, ku ktorému existuje Wio shield s čipsetom Semtech SX1262. Tento kompaktný hardvér veľkosti jedného palca disponuje nabíjacím obvodom, USB-C konektorom a môže mať aj predinštalovaný Meshtastic firmvér, ale rovnako tak viete použiť aj LoRa, či LoRaWAN, výhodou je aj veľmi nízka spotreba, len niekoľko desiatok uA (mikroampérov).

Tento kompaktný hardvér vás vyjde na menej ako 9 €. Je to veľká úspora najmä, ak ide o väčšiu inštaláciu. Na druhú stranu by bola škoda kupovať drahú LoRaWAN bránu, ak si chcete poslať teplotu, či GPS polohu z jedného zariadenia. K danému hardvéru si zvolíte GPS prijímač podľa vlastného gusta a spotreby, ktorá je vhodná pre aplikáciu. Najdostupnejšie sú NEO moduly od u-bloxu, ale majú vyššiu spotrebu. Alternatívou môžu byť napríklad moduly s čipsetom AT6558 od Hangzhou ZhongKe Microelectronics Co., Ltd., či populárne moduly L, či LM série od Quectelu.

V prípade použitia knižnice LMIC môžete vytvoriť aj plnohodnotné LoRaWAN zariadenie so špecifikáciou 1.0.X, ak chcete komunikoať s LoRaWAN bránou. Alternatívne ale môžete využiť LoRa PPP komunikáciu a dáta odosielať priamo zariadením, ktoré bude fungovať ako brána, ale dáta pošle priamo po WiFi na ThingsBoard či už po HTTP(S), alebo MQTT protokole. Alternatívne môžete použiť aj iný hardvér, napríklad bežný dostupný ESP32 devkit s RFM95, či RA-02 LoRa modulom v závislosti od preferovanej frekvencie, požiadavky na u.fl konektor pre anténu a podobne. Aj tu platí, že môžete kombinovať ľubovoľný riadiaci hardvér. Pozor, RA-02 nie je kompatibilný so spemenutých Wio shieldom pre LoRa komunikáciu, nakoľko RA-02 (SX1278) komunikuje na 433 MHz a Wio s (SX1262) komunikuje na základe nastavenia na 862-930 MHz, teda štandardne 868 MHz (najbežnejšie pre Európu), 915 MHz a 923 MHz.

Chceli by ste do ThingsBoardu integrovať vlastný projekt na báze DIY hardvéru, alebo existujúce priemyselné riešenie? Môžeme sa spoločne pozrieť na možnosti integrácie do tejto, alebo aj inej IoT platformy.

 

Prístupov 96

Kvalita článku