KeyRem. Reminder attivo per "oggetti preziosi"

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1 KeyRem Reminder attivo per "oggetti preziosi" Adriano Prenleloup Davide Rogai Better Embedded 2013

2 storia di un progetto R&D commit ha una naturale predilezione per la sperimentazione di tecnologie... ma spesso sono software (framework, librerie, tecniche...) stavolta è voluta passare alla parte hardware finalissima brainstorming: cronoigrometro: innaffia le piante da remoto cane fedele: giocattolo che ti segue quadcottero... (lo conoscono tutti)... ed è nato il progetto KeyRem

3 Introduzione 1 Distrazioni dispendiose Ma quanto ci mette ad arrivare il fabbro? Non smarrire alcuni oggetti ci fa risparmiare denaro

4 Introduzione 2 Se adesso mi rubano il pc perderò il lavoro di un mese!...per altri significa risparmiare tempo

5 Motivazioni e obiettivi Alcune distrazioni provocano grossi disagi, altre hanno conseguenze tragiche. Ridurre la frequenza di tali eventi è certamente obiettivo da perseguire.

6 Che cos'è e a cosa serve KeyRem, ovvero Key Reminder. Un sistema capace di segnalare all'utente il suo allontanamento da qualcosa di "prezioso". Prezioso = indispensabile.

7 Qualcosa di più di un Tag Tag estesi Oggetti e persone sono munite di "tag" Dividiamo gli oggetti in due classi Autonomi Dipendenti

8 Lo scenario tipico A = Alice (Autonomo) K = Keys (Dipendente) H = House (Docking Area) H A K

9 Lo scenario tipico A = Alice (Autonomo) K = Keys (Dipendente) H = House (Docking Area) H A K

10 Lo scenario tipico A = Alice (Autonomo) K = Keys (Dipendente) H = House (Docking Area) H A K

11 Struttura Alarm Block WiFi Block µc Motion Block Gate Block

12 Realizzazione Moduli radio basati su standard (XBee S1 e S2) - 1 mw Microcontrollori (Arduino): ATmega328-16Mhz ATmega328V - 8Mhz Accelerometri: ADXL 335 MMA8452

13 Software 1/2 Più modalità di funzionamento selezionabili attraverso switch Lettura valori RSSI 1 per stima distanza Notifica variazioni significative 1 RSSI = Received Signal Strength Indication

14 Software 2/2 Algoritmo stima distanza Algoritmi stima movimento Stima spostamenti: Dead Reckoning (non implementato)

15 Modi di funzionamento Keep in sight A: riceve letture B, stima distanze, suona allarme B: osserva accelerazioni, invia dati A Alert me A: osserva accel, invia dati H, suona allarme B o K: osserva accel, invia dati H H: riceve dati, stima distanze, comanda allarme Not alone A1,A2: osserva accel, invia dati C, suona allarme H: riceve dati, stima distanze, comanda allarme B: osserva accel, invia dati C

16 Scelte tecniche, compromessi 1. Tag attivi - poco economici ma necessari 2. Aree piuttosto che varchi a. modifiche infrastrutture non necessarie b. maggiore versatilità

17 altre scelte e compromessi 1. Sensori di movimento 2. Microcontrollori a 8 bit a. semplicità di utilizzo b. consumi minori -> maggiore miniaturizzazione

18 l'esperienza fatta... assemblaggio dell'hardware 1 H-OUSE (docking area)

19 l'esperienza fatta... assemblaggio dell'hardware 2 A-LICE (tag autonomo)

20 l'esperienza fatta...tag su indumenti B-OB (tag dipendente)

21 Tags - main loop Si rilevano gli spostamenti e si decide se inviarli al dock manager si controlla inoltre la presenza di messaggi di servizio void loop() { //update tag position, reading accel infos and computing deltas getposition(); //check if tag has been effectively moved if (ismypositionchanged()) { //inform Dock area manager that position is changed sendinfotodockmanager(); } //check if dock area manager sends back a command message //to tag (ex: Keys Alarm) checkfordockmanagermessages(); }

22 Tags - misura accelerazioni filtri semplificati: media delle accelerazioni su 64 misure do { getallaxisaccel(); x_acceleration[1] += x_sample; y_acceleration[1] += y_sample; z_acceleration[1] += z_sample; count++; } while (count!= 0x40); x_acceleration[1] = x_acceleration[1] >> 6; y_acceleration[1] = y_acceleration[1] >> 6; z_acceleration[1] = z_acceleration[1] >> 6;... //discrimination window applied to X axis accel var if ((x_acceleration[1] <= 3) && (x_acceleration[1] >= -3)) x_acceleration[1] = 0;

23 Tags - misura spostamenti doppia integrazione numerica per ricavare velocità e spostamenti... //first X integration x_velocity[1] = x_velocity[0] + x_acceleration[0] + ((x_acceleration[1] - x_acceleration[0]) >> 1); //second X integration x_position[1] = x_position[0] + x_velocity[0] + ((x_velocity[1] - x_velocity[0]) >> 1);...

24 Tags - Fine movimento si rileva la fine di uno spostamento void movementendcheck() { if (x_acceleration[1] == 0) x_count++; else x_count = 0; if (x_count >= 15) x_velocity[1] = x_velocity[0] = 0; if (y_acceleration[1] == 0) y_count++; else y_count = 0; if (y_count >= 15) y_velocity[1] = y_velocity[0] = 0; } if (z_acceleration[1] == 0) z_count++; else z_count = 0; if (z_count >= 15) z_velocity[1] = z_velocity[0] = 0;

25 House - main loop void loop() { count = 0; //check if some bytes are available (received by radio) while (SerialXBEE.available()) { clearbuffer(serbuf, 128); count = readbuffer(); if (count > 0) { //process buffer reading values sent by tags processbuffer(count); } } //check if status of docked tags is changed checktagsstatus(); }

26 House - controlli base... void checktagsstatus() { //consider checked-out tags not talking for a while removenottalking(); //counts how many autonomous and valuable devices are present int a = countautonomousin(); int v = countvaluablein(); //when there valuable tags checked in... if (v > 0) { //...at least one autonomous tag should be present if (a > 0){ //perform alarm reset... } else { //start alarm, repeat periodically... } }

27 House - Stima distanza Calcolo approssimativo della distanza (basata sull'intensità del segnale con cui si è ricevuto l'ultimo pacchetto). double metersfromdecibels(int rssi) { //raw and not reliable calculation of distance //constant K depens on enviroment, noise, battery voltage,... int r = rssi; float k = 1000; double d = sqrt(k/ pow(10,r/10)); return d; }

28 un po' di video di backstage KeyRem1...un po' di messaggi a video KeyRem2...notifiche con i led

29 Considerazioni sensibilità della distanza poco prevedibile... capace di rilevare solo avvicinamento o allontanamento consumo eccessivo e durata delle batteria a tampone di circa 30 min di autonomia (per B- OB)

30 In fase di studio versione completamente scritta in C Impiego di schede tipo ST discovery Uso di PIC Uso di giroscopi e IMU 1 per il Dead Reckoning 1 IMU = Inertial Measurement Unit

31 Domande grazie per l'attenzione