Teseo: Technologie pro sledování času i prostoru

Jakou roli hrají GNSS (globální navigační satelitní systém) moduly Teseo v Internetu věcí (IoT)? V roce 2021 společnost STMicroelectronics (dále ST) rozšířila portfolio svých GNSS modulů o řadu s označením Teseo-LIV, která cílí na vícepásmové aplikace s nízkou spotřebou energie, jako jsou například IoT a Průmysl 4.0. Vedle toho se další nová řada modulů pod názvem Teseo-VIC3x zaměřuje na automobilový segment trhu. Díky podpoře dead-reckoning (metoda navigace spoléhající se na odhadování aktuální trasy) a vestavěným senzorům nabídne zcela novou sadu funkcí.

Tento článek rozebírá možnosti uplatnění GNSS modulu v kontextu dalších technologií, jako jsou sub-gigahertz, 5G a další.

Produktová řada Teseo-LIV3 poskytuje časovou synchronizaci po celém světě. Moduly mají malé rozměry (9,7 × 10,1 × 2,5 mm) a podporují všechny hlavní satelitní systémy. Moduly Teseo-LIV3F a Teseo-LIV3FL obsahují 16 megabitů paměti flash pro záznam dat a aktualizaci firmwaru. ST nabízí také Teseo-LIV3R, který je dodáván bez integrované paměti flash.

Teseo a jeho aplikace GNSS

Někteří inženýři stojí před těžkým úkolem při návrhu koncového zařízení: nabídnout přesný, kompaktní a cenově přijatelný sledovací systém. Například při geolokaci firemního vozového parku není LPWAN dostatečně přesná technologie. Podobně některá zařízení pro sledování majetku musejí nabízet přesnost a být dostatečně malá, aby se vešla do stísněných prostor. Tento poslední případ použití je pro konstruktéry opravdovou výzvou. Nejenže musí vyvinout polohovací systém, ale musí také navrhnout vlastní desku plošných spojů, vytvořit spolehlivou RF implementaci, projít certifikacemi atd. Moduly Teseo jsou v tomto ohledu jedinečné, protože v sobě toto vše už splňují.

Rozsáhlý ekosystém

Vývojáři mohou začít pracovat s GNSS moduly Teseo-LIV3x díky vývojovým deskám EVB-LIV3x nebo X-NUCLEO-GNSS1A1.

Ve spojení se softwarem TESEO-SUITE umožňují tyto platformy rychlé vytvoření ověřovacího konceptu. Nástroj pro PC může pomoci s vizualizací dat i testovacími skripty.

Předprogramované moduly šetří čas tím, že usnadňují certifikační procesy. A funkční balíček FP-SNS-AGNSS1 obsahuje předkompilovanou binárku pro desku 32L496GDISCOVERY, takže spuštění demonstrační aplikace, která předvádí schopnosti Teseo-LIV3, je velmi snadné.

Výrobce doporučuje, aby uživatelé nezačínali svou aplikaci od nuly, protože balíček X-CUBE-GNSS1 obsahuje zhruba 80 % kódu, který budou vývojáři potřebovat k využití výhod desky Teseo-LIV3. GNSS moduly Teseo mají vynikající hodnotu TTFF pod 2 sekundy. TTFF (Time To First Fix) je čas, který GPS zařízení potřebuje k získání satelitních signálů a výpočtu polohy poté, co bylo minimálně hodinu vypnuté.

Teseo a jeho časové aplikace

Další zásadní problém, kterému čelí mnoho inženýrů, se točí kolem přesného časování. V citlivých aplikacích, jako je například přenos mobilního signálu, je přesné zaznamenávání konkrétních časových událostí nezbytné. Podobně některé aplikace pro peněžní transakce spoléhají na udržování přesného času. Nesrovnalosti v řádu několika mikrosekund mohou mít obrovské finanční důsledky. V mnoha těchto případech by byly atomové hodiny ideálním řešením, jenže by to bylo nesmírně drahé. Další nejlepší možností je použití GNSS modulu, jako je právě Teseo-LIV3.

Teseo jako nástroj pro sledování času

Když modul GNSS zjišťuje svou globální polohu, vyšle signál ke třem satelitům. Výpočtem času, za který každý z nich odpoví, určí vzdálenostní poloměry, které se protínají v jednom bodě: zeměpisné poloze modulu. Proto musí moduly Teseo pro výpočet své zeměpisné šířky a délky přesně sledovat čas pomocí komunikace se čtvrtým satelitem, který se spoléhá na atomové hodiny. Z tohoto důvodu mnoho inženýrů používá komponentu Teseo-LIV3 kvůli jejím schopnostem měření času. Díky jejímu vnitřnímu zpracování je totiž rozdíl mezi časem hlášeným družicí a časem vycházejícím z modulu Teseo pouhých 12 nanosekund. Navíc zatímco atomové hodiny mají přesnost 10-13 sekund, Teseo-LIV3 má přesnost 10-9 sekund při zlomku ceny.

Použití modulu GNSS také znamená možnost sledovat čas a zároveň zabezpečit aplikaci proti vlivům prostředí. Během zemětřesení nebo extrémních podmínek mohou hodiny reálného času trpět driftem, který může vést k nepřesnostem. Modul Teseo-LIV3 je proti těmto vlivům imunní, protože čas pochází z objektu na oběžné dráze. Takové řešení je navíc natolik cenově výhodné, že inženýři často používají více modulů Teseo pro účely redundance.

Aplikační inženýři se také mohou spolehnout na režimy spánku, aby udrželi spotřebu energie na nízké úrovni. Konstrukce, které upřednostňují měření času, nepotřebují vestavěnou paměť flash, protože k záznamu dat využívají externí paměť. V důsledku toho mnozí volí modul Teseo-LIV3R, protože nabízí stejný výkon jako Teseo-LIV3F za nižší cenu.

Teseo produktová řada

Moduly GNSS již dnes nacházejí mnoho aplikací, které využívají jejich jedinečných schopností, a společnost ST dále pracuje na vývoji nových produktových řad Teseo, čímž otevírá prostor pro budoucí aplikace. Inženýři tak mohou očekávat moduly s vyšší účinností a přesností, a to i v případě, že jsou satelity obtížně dostupné. To vše jak pro průmyslové, tak i automotivní aplikace.

Odkazy:

[1] https://www.st.com/gnss

[2] https://www.st.com/en/ecosystems/x-nucleo-gnss1a1.html

[3] https://www.st.com/en/embedded-software/teseo-suite.html

[4] https://www.st.com/en/embedded-software/fp-sns-agnss1.html

[5] https://www.st.com/en/evaluation-tools/32l496gdiscovery.html