Ultra low power "presence detection" mit dem Katzentracker (ohne GPS)

Gerhard Peter

Initiator

Posted on 29-01-2022

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Immer auf der Jagd nach "low / lowest energy consuming" usecases, makern wir hier in Berlin gerade an einer lowest power Präsenzüberwachung für viele, völlig differente Anwendungen.

Dies ist beispielsweise sehr sinnvoll zur Überwachung stationärer Objekte oder Dinge die sich stets innerhalb eines bestimmten Radius, um einen Mittelpunkt herum, befinden sollten.

Dies könnten zB teure (oder weniger teure) Baumaschinen sein, vor der Wohnung geparkte KFZ, Katzen, Hunde, Omas, Opis, Demente, CargoBikes, normale Fahrräder und sogar Schulkinder und vieles mehr. Der Fantasie sind hier (nahezu) keine Grenzen gesetzt. Selbst elektonische low-energy Fussfesseln.... aber nee, das ist nicht unsere Welt.


(absolut kinderleichte Überwachung auch teurer, mobiler Werkzeuge, wie zB Motorsägen)

Das Prinzip ist einfach. Wir nutzen hierzu ausschliesslich die "Metadaten", welche mit jedem "heartbeat" , und das extrem Energie effizient, weil GPS aussen vor bleibt, sozusagen frei Haus geliefert werden. Hierdrin befinden sich (in der Regel) auch die Koordinaten des Standorts derjenigen TTN / TTS CE Gateways, welche das LoRaWAN Signal aufgefangen haben. In Berlin sind das, regelhaft, gleich mehrere.

Nach einer bekannten Formel berechnen wir für jeden heartbeat des Katzentrackers die jeweilige Entfernung zum Mittelpunkt (also Mollys Katzenkratzbaum zu Hause).

Bewegt sich die berechnete Strecke (berechnet in Metern) noch innerhalb einer festzulegenden Entfernung, so befindet sich zB das KFZ / das Fahrrad, etc. noch vor der Wohnung auf der Strasse/im Hof. Verschwindet das Signal oder wird es von anderen, unbekannten Gateways erfasst, dann stimmt wahrscheinlich etwas nicht und es wird automatisch die GPS - Funktion per downlink aktiviert und die elektronische Fahndung beginnt sozusagen vollautomatisiert, nebst intensivem Logging natürlich.

Die dem Fixpunkt zugerdneten TTS CE Gateways in Reichweite müssen dem System natürlich vorher bekannt gegeben worden sein.

Ein bischen node-red Spielerei und ein kleines script und wir sind beinahe fertig.

Da unser Katzentracker aus einem 150 mAh LiPo, und das nachweislich bereits weit über 32.000 heartbeats, man kann das Zeitintervall per downlink verändern, herausgekitzelt hat,

ist das eine sehr Energie effiziente Methode zur oben beschriebenen Präsenzkontrolle, und das über mehrere Monate. Spendiert man dem zu überwachenden Objekt dann auch noch einen größeren LiPo für den ollen Tracker, dann werden irre Zahlen erreicht.
In KFZ und Baumaschinen hat das Teil mit einem günstigen DC/DC Converter quasi eine "Ewigkeitsgarantie"...

„Grau, teurer Freund, ist alle Theorie // Und grün des Lebens goldner Baum. “ — Johann Wolfgang von Goethe

Mittlerweile war der "proof of concept" erfolgreich. Da die Abstände bei stationären Objekten zu den Gateways stets identisch sind, ergeben sich auch stets gleiche Muster. Hier wurden 50 Meter eingestellt. Benutzt wurde die Haversine Formel, welche zur Berechnung dieser Distanzen mehr als ausreichend ist. Ein node-red watchdog überwacht den Signaleingang. Kommt kein Signal mehr für die definierte Entfernung von maximal 50 Metern für einen definierten Zeitraum zum gateway, dann gibt es Alarm.

Auf die Einbindung der Gateway - EUI kann vollständig verzichtet werden.

Einfach mal wieder vorbeisurfen. Denn: es gibt stets Neuigkeiten....

[update:]
Wie mitgeteilt wurde funktioniert dieses Prinzip naturgemäß besser in städtischer Umgebung als im Ländlichen! Besonders geeignet ist diese Methode auch für fürsorgliche Eltern, die Ihr Kind in der Schule verortet wissen wollen. Ein LoRaWAN gateway pro Schule ist dafür natürlich Voraussetzung. Ein eingebauter Temperatursensor im Tracker bietet zusätzliche Sicherheit, wenn das Teil mit einem grossen Heftpflaster zB am Oberschenkel aufgekebt würde. Temperaturschwankungen und Absenkung auf Umgebungstemperatur sprächen dann beispielsweise für eine Entfernung des Trackers. Batteriespannung und Temperatur können probemlos im heartbeat mit übertragen werden. - Ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal.....

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