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Los dispositivos personales de seguimiento ponibles necesitan un cambio radical al consumo de energía GNSS para alcanzar su máximo potencial

La tecnología facilita y gestiona cada vez más nuestras ajetreadas vidas con nuevos dispositivos que llegan al mercado regularmente. Somos ahora en mayor medida cuidadosos de nuestra salud y esto explica el auge de los dispositivos de entrenamiento personal. Sin embargo, para alcanzar la máxima funcionalidad, estos deben ser capaces de detectar la ubicación. No obstante, ofrecer esta función suponía un reto en relación con el uso de la pila. En este artículo técnico, u-blox analiza los problemas en torno a este desafío y examina algunas de las tecnologías de bajo consumo más avanzadas.

Los dispositivos personales de seguimiento son pequeños aparatos que utilizan el GNSS (sistema global de navegación por satélite) para indicar la ubicación del dispositivo, que puede fijarse a una persona o un objeto, como un paquete o cualquier otra cosa que sea necesario localizar. Según la Agencia del GNSS Europeo (GSA), los dispositivos de seguimiento y localización personales son el siguiente «gran paso» en el mercado lucrativo de los servicios basados en la ubicación (LBS, por sus siglas en inglés). GSA prevé una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 17,9 % entre 2016 y 2025, y estima que se suministrarán 14,1 millones de dispositivos personales de seguimiento en 2020, lo que convierte a estos aparatos en el sector de más rápido crecimiento del mercado LBS. La capacidad de rastrear la ubicación se presta para muchas aplicaciones en nuestras ajetreadas vidas modernas. Esta capacidad puede ayudarnos a aliviar la preocupación de proteger a familiares mayores, conductores jóvenes inexperimentados o mascotas.

Desde el punto de vista comercial, la tecnología de seguimiento se utiliza para vigilar tanto bienes materiales como los movimientos de los empleados, en particular de los conductores de camiones. Incluso los granjeros usan esta tecnología cada vez más para localizar el ganado. Para calcular la distancia (y la velocidad) de lo que hemos andado, corrido o recorrido en bici, los programas de entrenamiento necesitan conocer en todo momento nuestra ubicación. Combinar los datos de ubicación del dispositivo de seguimiento con una aplicación relativamente sencilla que se pueda descargar en un teléfono móvil, una tableta o un portátil puede resultar de gran utilidad. Esto permite a los usuarios registrar su actividad física y ver lo que han logrado con el tiempo. Las empresas tienen la posibilidad de analizar y mejorar la eficiencia de sus operaciones en muchos aspectos, sobre todo sus rutas de entrega. A este respecto, las geocercas son una herramienta particularmente útil con la cual los usuarios definen una «zona segura» preestablecida en un mapa, de modo que, si el localizador sale de esta área, se activa una alarma. Esta herramienta tiene multitud de usos, incluido el seguimiento defamiliares mayores con enfermedades como el Alzheimer, o de niños pequeños, ganado o valiosos activos comerciales.

Sin embargo, la funcionalidad del GNSS que proporciona la sumamente importante capacidad de seguimiento también supone un reto para los diseñadores debido al consumo de energía. Aunque se venden millones de estos dispositivos todos los años, también es cierto que muchos de ellos solo se utilizan durante un breve tiempo antes de meterlos en un cajón y quedar en el olvido. Esto se debe sobre todo a que, de alguna manera, no satisfacen las expectativas del usuario, y una de las razones más habituales es la capacidad insuficiente de la pila. El reto de ofrecer una mayor funcionalidad es válido para todos los dispositivos pequeños. Si bien añadir una pila más grande es una solución obvia, los usuarios demandan dispositivos más pequeños que nunca, con mayor funcionalidad, lo que significa que la única vía para abordar este problema es encontrar soluciones y técnicas más eficientes. Por ejemplo, muchos sensores no necesitan estar continuamente en funcionamiento. Si se mide algo como la temperatura ambiente, tomar lecturas cada pocos milisegundos creará datos prácticamente irrelevantes y agotará rápidamente la pila.

En este caso, el sensor se puede encender durante un breve tiempo para efectuar una lectura y luego apagar de nuevo. Con esta técnica, incluso los sensores que gasten mucha energía pueden utilizarse en dispositivos portátiles sin apenas impacto en la vida de la pila. No obstante, para los localizadores en los que la funcionalidad principal es controlar la ubicación, apagar la unidad GNSS para ofrecer un funcionamiento más eficiente no es una opción viable. Una técnica que se ha utilizado con las aplicaciones de geocercas consiste en reducir la tasa de actualizaciones mientras el localizador se mantiene dentro de la «zona segura», y aumentardespués la frecuencia, en cuanto salga del área. Aunque avanzamos hacia la compensación de las unidades GNSS ineficientes, existe el riesgo de que si el dispositivo sale de la zona segura con la pila baja, esta se agote rápidamente debido al aumento de la frecuencia de actualizaciones, lo que significa que se podría perder todo el contacto en el momento más crítico. En realidad, la única solución viable es aumentar la eficiencia de la unidad GNSS, de manera que pueda ofrecerse la funcionalidad y la tasa de actualizaciones requeridas, al mismo tiempo que se utiliza una pila de un tamaño aceptable.

Uno de los últimos dispositivos que han salido al mercado es la serie ZOE-M8 de u-blox, y no es de extrañar que sea uno de los más eficientes en cuanto al consumo de energía. La variante ZOE-M8B es un módulo GNSS de sistema en paquete (System in Package, SiP) altamente integrado, ultrapequeño y de muy bajo consumo, que mide solo 4,5 x 4,5 x 1,0 mm. Forma parte de un paquete avanzado S-LGA (Soldered Land Grid Array) que permite una soldadura sencilla y fiable. El ZOE-M8B está totalmente probado y cualificado conforme a la norma JESD47/ISO 16750. Al utilizar el modo integrado supereficiente (Super-E), el ZOE-M8B ofrece un equilibrio ideal entre un tamaño compacto, un consumo muy bajo de energía y buen rendimiento GNSS. El ZOE-M8B, que consume 2,5 veces menos de energía que el popular ZOE-M8G compatible (funcionando en el modo de potencia total a 1 Hz), sigue manteniendo un buen posicionamiento y una buena precisión de velocidad. De hecho, el consumo de energía medio en un recorrido típico de 30 minutos es de solo 25 mW, incluso utilizando un diseño de antena industrial con niveles de señal de moderado a bajo.

El modo Super-E tiene una configuración de rendimiento por defecto con el mejor equilibrio entre energía y rendimiento. También ofrece una configuración de ahorro de energía para ahorrar más en aplicaciones en las que se puede disminuir el rendimiento. El ZOE-M8B, basado en TCXO, integra un filtro SAW front-end y un LNA adicional front-end para una integración de la antena más sencilla. Puede utilizarse una antena pasiva para proporcionar una solución de sistema altamente integrada con un eBOM mínimo. Incorporar el ZOE-M8B en diseños avanzados es fácil gracias al diseño totalmente integrado, el suministro de voltaje sencillo de 1,8 V, la interfaz simple y la sofisticada eliminación de interferencias, lo que garantiza el máximo rendimiento incluso en entornos que suponen un reto para el GNSS. Además, el ZOE-M8B ofrece una interfaz SQI para flash externo opcional, registro de datos continuo y un rendimiento A-GNSS mejorado. ZOE-M8B está basado en el motor M8 GNSS concurrente de alto rendimiento de u-blox, compatible con GPS/GLONASS/BeiDoy/Galileo, que incluye la protección de la integridad del mensaje y medidas contra interferencias y contra suplantación. Todas estas funciones permiten un posicionamiento fiable en entornos difíciles.

A fin de simplificar aún más el diseño, u-blox también brinda una variedad de kits de evaluación para valorar su tecnología de posicionamiento M8. Una interfaz USB integrada proporciona energía y permite la transferencia de datos a alta velocidad. Los kits pueden utilizarse con un PDA, un portátil o un ordenador y, por tanto, usarse en laboratorios de I+D en escenarios reales. Los kits completos incluyen todos los controladores USB necesarios en sus paquetes de software.

Resumen

El seguimiento personal es el sector de mayor crecimiento del mercado LBS, pero ha sufrido debido a la necesidad de niveles de energía relativamente altos, lo que limita la utilidad de los primeros diseños. Con el lanzamiento de ZOE-M8B de ublox, con el modo Super-E integrado, las tornas han cambiado y ahora se puede ofrecer posicionamiento GNSS constante en dispositivos pequeños y ponibles. El ZOE-M8B no solo es pequeño y consume poca energía, sino que su capacidad de utilizar una antena pasiva, su interfaz sencilla y el kit de evaluación completo facilitan la tarea de los diseñadores experimentados y de aquellos que realizan su primer diseño basado en el GNSS.

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