Implementação de uma rede de sensores sem fios baseada em SoC Arm e ZigBee

Abstract

As vias de comunicação terrestres são elementos fulcrais para o desenvolvimento das sociedades. A sinistralidade rodoviária é uma das principais ameaças à integridade dos elementos que constituem o sistema rodoviário. No sentido de minimizar este impacto negativo, surge esta dissertação cujo objetivo é apresentar um sistema de monitorização que informa com precisão a ocorrência de colisões de veículos com os guardas de segurança das autoestradas e alertar as entidades responsáveis pela gestão do sistema em tempo real sobre o sucedido. A presente dissertação está orientada em melhorar o projeto, Sustainable Infrastructure Management System (SustIMS), desenvolvido pelo grupo de investigação Embedded System Research Group (ESRG) do Centro ALGORITMI da Universidade do Minho em co-promoção com a empresa Ascendi. Através da implementação de uma rede de sensores sem fios baseada em ZigBee, recorrendo a um System-on-Chip (SoC) comtransceiver Radio Frequency (RF) da família Arm Cortex-M3, equipado com sensor acelerómetro Microelectromechanical Systems (MEMS). O ZigBee, é um protocolo que assenta sobre as camadas definidas no standard IEEE 802.15.4, rede de baixo débito, mas com longa autonomia e baixa complexidade. De forma a cumprir com esses requisitos foi utilizado um processador Arm Cortex-M3 e um acelerómetro MEMS, os quais são caracterizados pelo seu baixo consumo energético. Os resultados desta dissertação são: (1) melhorias na solução atual com o principal foco de reduzir o consumo de energia do sistema; (2) o aumento do alcance da comunicação dos dispositivos; (3) o porting da aplicação para nova versão da Z-Stack; e (4) compatibilização do sistema com os microserviços web, desenvolvidos pelo ESRG.

Road communication is an essential component when it comes to society development. Road accidents are one of the main threats to the integrity of the elements that compose the road system. In order to minimize this negative impact, this dissertation aims to present a monitoring system that informs, with precision, the occurrence of vehicle collision against highway security rails and alert the entities responsible for the real-time management of the system about the event. The present dissertation aims to improve the project, Sustainable Infrastructure Management System, developed by the University of Minho’s Embedded System Research Group (ESRG) in co-promotion with the company Ascendi. By implementing a ZigBee-based wireless sensor network (WSN) using an Arm Cortex-M3 family Radio Frequency (RF) transceiver System-on-Chip (SoC) equipped with an Microelectromechanical Systems (MEMS) accelerometer sensor. ZigBee is a protocol based on the layers defined in the IEEE 802.15.4 standard, low speed network, but with long autonomy and low complexity. In order to meet this requirements an Arm Cortex-M processor and MEMS accelerometer were used, which are characterized by their low power consumption. The results of this dissertation are: (1) improvements on the current solution with the main focus on reducing the system energy consumption; (2) increasing the communication range of the devices; (3) the application porting for the new version of Z-Stack; (4) System compatibility with the microservices developed by the ESRG.