Plataforma De Monitorizacion De Vehiculos Basada En LPWAN

Abstract

La monitorización remota de vehículos es un campo que ha experimentado un gran crecimiento con el auge y la implementación de soluciones orientadas a las Ciudades Inteligentes dentro del ámbito de IoT (Internet of Things). Los proyectos relacionados con la monitorización de vehículos se han multiplicado gracias a la aparición de dispositivos de bajo coste, así como la evolución de las tecnologías de transmisión inalámbrica. Las tecnologías LPWAN (Low Power Wide Area Network) abarcan un conjunto de tecnologías de comunicación IoT que destacan principalmente por sus características asociadas con la distancia de las transmisiones y el consumo energético de los dispositivos finales. Con el desarrollo de este Trabajo Fin de Máster se consigue una plataforma para la monitorización de vehículos, de bajo coste, portátil y personalizable que puede utilizarse en el ámbito de IoT. Para ello, se plantea el desarrollo de dos plataformas hardware/sofware correspondientes a una unidad OBU (On-Board Unit) que permita la monitorización remota de la información del vehículo en movimiento haciendo uso del dispositivo basado en MCU Arduino MKR WAN 1310. Se utiliza el módulo Arduino CAN Shield para la obtención de parámetros relevantes de un vehículo mediante la interfaz OBD2 (On-Board Diagnostics II), además del módulo LTE IoT 11 Click para obtener las coordenadas de geolocalización del vehículo. De esta forma, se consigue una solución de largo alcance y reducido consumo, seleccionándose las tecnologías LPWAN LoRa/LoRaWAN, y LTE-M/NB-IoT para las comunicaciones inalámbricas entre dispositivos. Toda la información referente al vehículo puede ser visualizada por el usuario en una herramienta IoT a partir del protocolo MQTT para representar la ruta seguida, parámetros individuales o alertas preconfiguradas. En primer lugar, se lleva a cabo una etapa de estudio donde se ahonda en las tecnologías de comunicación inalámbrica LPWAN, principales conceptos del protocolo MQTT utilizado, así como del protocolo CAN y OBD2, al ser aspectos relevantes para el desarrollo del TFM. Posteriormente, se presenta la interfaz de comunicación estándar mikroBUS utilizada en la placa de integración de los módulos hardware diseñada en el presente TFM, así como las consideraciones que se han tenido en cuenta para su diseño. Finalmente, se desarrolla la plataforma OBU LoRaWAN y la plataforma OBU LTE-M/NB-IoT objetivo, detallando las bibliotecas, los componentes hardware empleados, y analizando las pruebas llevadas a cabo para la validación de su funcionamiento.

Remote vehicle monitoring is a field that has experienced significant growth with the rise and implementation of solutions oriented towards Smart Cities within the Internet of Things (IoT) domain. Projects related to vehicle monitoring have proliferated due the emergence of low-cost devices and the evolution of wireless transmission technologies. LPWAN (Low Power Wide Area Network) technologies encompass a range of IoT communication technologies notable for their key characteristics regarding transmission distance and end-device energy consumption. This Masters Degree Project develops a low-cost, portable, and customizable vehicle monitoring platform that can be utilized in IoT fields. For this purpose, two hardware/software platforms corresponding to an On-Board Unit (OBU) are developed, enabling remote monitoring of vehicle information in motion using the Arduino MKR WAN 1310 MCU-based device. The Arduino CAN Shield module is employed to obtain relevant vehicle parameters via OBD2 (On-Board Diagnostics II) interface, in addition to the LTE IoT 11 Click module for vehicle geolocation coordinates. Thus, a long-range and low-power consumption solution, is achieved by selecting LPWAN technologies such as LoRa/LoRaWAN, and LTE-M/NB-IoT for wireless communication between devices. All vehicle-related information can be visualized by the user through an IoT platform using the MQTT protocol to represent the route followed by the vehicle or individual parameters. Initially, a study phase is conducted, delving into LPWAN wireless communication technologies, the main concepts of the MQTT protocol used, as well as the CAN and OBD2 protocols, as these are relevant aspects for the development of the Master’s Degree Project. Subsequently, the mikroBUS standard communication interface used in the hardware module integration board is presented, along with the considerations taken into account in its design. Finally, the LoRaWAN OBU platform and the LTE-M/NB-IoT platform are developed, detailing the libraries, hardware components used, and analyzing the test carried out to validate their functionality.