BR102021013821A2

BR102021013821A2 - AUTONOMOUS LOCATOR OF OBJECTS AND ANIMALS VIA WIRELESS COMMUNICATION

Info

Publication number: BR102021013821A2
Application number: BR102021013821-1A
Authority: BR
Inventors: Philip Kim; Jong Hwan Kim
Original assignee: Jong Hwan Kim; Philip Kim
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-24
Also published as: WO2023283704A1

Abstract

A presente invenção trata de um localizador autônomo de cargas via LoRa com aplicação na área de controle/localização de estoque, no transporte de cargas e no controle da localização de animais, com o objetivo de proporcionar uma melhor gestão de mercadorias por meio de uma tecnologia de comunicação via rádio (LoRa) de longo alcance, alimentado com a captação de energia proveniente de ondas eletromagnéticas. Além da localização, permite monitorar sinais advindos de um determinado portador, por exemplo, num carro, que pode-se monitorar sua velocidade ou num bovino, que se consegue monitorar seus sinais vitais, etc. Cada caso demanda um tipo de dado especifico, e, assim um sensor especifico. O dispositivo é composto por uma caixa protetora (1) que abarca uma placa composta por sensores de geolocalização, rádio LoRa, banco de capacitores, e também a parte que converte a energia absorvida das ondas eletromagnéticas, e antena (2) que captura as ondas eletromagnéticas; sendo usados 6 capacitores de 1000uF, semelhante a um circuito de Last Gasp.

The present invention deals with an autonomous load locator via LoRa with application in the area of control/location of stock, in the transport of loads and in the control of the location of animals, with the objective of providing a better management of goods through a technology of long-range radio communication (LoRa), powered by capturing energy from electromagnetic waves. In addition to location, it allows you to monitor signals coming from a particular carrier, for example, in a car, which can monitor its speed or in a bovine, which can monitor its vital signs, etc. Each case demands a specific type of data, and thus a specific sensor. The device consists of a protective box (1) that includes a plate composed of geolocation sensors, LoRa radio, bank of capacitors, and also the part that converts the energy absorbed from electromagnetic waves, and antenna (2) that captures the waves. electromagnetic; 6 capacitors of 1000uF are used, similar to a Last Gasp circuit.

Description

AUTONOMOUS LOCATOR OF OBJECTS AND ANIMALS VIA WIRELESS COMMUNICATION

Invention technology sector

[001] A presente invenção trata de um localizador autônomo de cargas via LoRa com aplicação na área de controle/localização de estoque, no transporte de cargas e no controle da localização de animais, com o objetivo de proporcionar uma melhor gestão de mercadorias por meio de uma tecnologia de comunicação via rádio (LoRa) de longo alcance, alimentado com a captação de energia proveniente de ondas eletromagnéticas. Além da localização, permite monitorar sinais advindos de um determinado portador, por exemplo, num carro, que pode-se monitorar sua velocidade ou num bovino, que se consegue monitorar seus sinais vitais, etc. Cada caso demanda um tipo de dado especifico, e, assim um sensor especifico.[001] The present invention deals with an autonomous load locator via LoRa with application in the area of control/stock location, in the transport of loads and in the control of the location of animals, with the objective of providing a better management of goods through of a long-range radio communication technology (LoRa), powered by capturing energy from electromagnetic waves. In addition to location, it allows you to monitor signals coming from a particular carrier, for example, in a car, which can monitor its speed or in a bovine, which can monitor its vital signs, etc. Each case demands a specific type of data, and thus a specific sensor.

state of the art

[002] Atualmente, os localizadores são dependentes de uma fonte externa de energia, e muitas vezes são ligados diretamente ao produto e energizados através deles, ou possuem baterias que precisam ser recarregadas periodicamente. Além disso, a maioria dos dispositivos do mercado emitem dados através de ondas de rádio AM/FM, pacotes de dados, ou até mesmo Wi-Fi. Contudo, dispositivos para animais não podem possuir baterias ou similares.[002] Currently, locators are dependent on an external power source, and are often connected directly to the product and energized through them, or have batteries that need to be recharged periodically. In addition, most devices on the market emit data over AM/FM radio waves, data packets, or even Wi-Fi. However, animal devices cannot have batteries or the like.

[003] Tem-se conhecimento que o correto funcionamento destes localizadores exige que o transportador esteja dentro de uma determinada área de cobertura, ou que o dispositivo localizador esteja devidamente energizado. No primeiro caso, há o problema de que nem todo lugar é coberto por 3G, GPRS, etc. Além disso, são dependentes de uma infraestrutura de rede ou de rádio. No segundo caso, vê-se a dependência de uma fonte de energia externa ou de baterias que precisam ser constantemente carregadas (Peter Boyland. Brazil's urban mobile users connect twice as much to 4G. Opensignal, 27 de agosto de 2019).[003] It is known that the correct operation of these locators requires that the conveyor be within a certain coverage area, or that the locator device is properly energized. In the first case, there is the problem that not every place is covered by 3G, GPRS, etc. In addition, they are dependent on a network or radio infrastructure. In the second case, there is dependence on an external power source or on batteries that need to be constantly charged (Peter Boyland. Brazil's urban mobile users connect twice as much to 4G. Opensignal, August 27, 2019).

[004] Com o intuito de solucionar tais problemas, desenvolveu-se a presente invenção, através da qual a energia do sistema é captada de ondas eletromagnéticas presentes no ambiente e os dados são enviados para uma central de monitoramento via LoRa.[004] In order to solve such problems, the present invention was developed, through which the energy of the system is captured from electromagnetic waves present in the environment and the data is sent to a monitoring center via LoRa.

[005] Com o objetivo de manter o dispositivo ativo pelo maior período de tempo possível, e além disso, evitar o uso de baterias, fora desenvolvido uma solução de capaz de captar a energia eletromagnética no ar, e convertê-la e armazená-la em um banco de capacitores.[005] In order to keep the device active for as long as possible, and in addition to avoiding the use of batteries, a solution capable of capturing electromagnetic energy in the air, and converting and storing it was developed in a bank of capacitors.

Novelties and objectives of the Invention

[006] Para a comunicação LoRa da presente invenção foi escolhido o transceptor RFM95 (que também pode ser substituído por um circuito de rádio), um modem de longo alcance LoRa que fornece alcance ultralongo, comunicação de espalhamento de espectro e alta interferência, minimizando o consumo de corrente.[006] For the LoRa communication of the present invention, the RFM95 transceiver was chosen (which can also be replaced by a radio circuit), a LoRa long-range modem that provides ultra-long range, spread spectrum communication and high interference, minimizing the current consumption.

[007] Lendo e analisando o datasheet do microcontrolador escolhido e do transceptor, nota-se que o consumo do ESP32 (série de microcontroladores de baixo custo e baixo consumo de energia que foram escolhidos), em seu pior cenário, ou seja, transmitindo mensagens através do módulo de rádio, é de 240 mA. O consumo máximo do transceptor no seu pior cenário é de 120 mA. O consumo total é de 360 mA durante uma transmissão via LoRa.[007] Reading and analyzing the datasheet of the chosen microcontroller and the transceiver, it is noted that the consumption of the ESP32 (series of low cost and low energy consumption microcontrollers that were chosen), in its worst case scenario, that is, transmitting messages through the radio module, is 240 mA. The maximum consumption of the transceiver in its worst case scenario is 120 mA. The total consumption is 360 mA during a transmission via LoRa.

[008] Assim sendo, a questão é que o sistema demanda uma corrente de 360mA de transmissão, logo, a fonte do sistema deve conseguir fornecer uma corrente maior que esse valor por um tempo considerável. Além disso, muitas vezes não se tem uma fonte suficientemente forte de ondas eletromagnéticas para fornecer essa corrente. A solução para esse problema foi criar um banco de capacitores na placa, capaz de se carregar enquanto o sistema não está transmitindo e de fornecer a energia necessária para o sistema quando demandado. Serão usados 6 capacitores de 1000uF, seguindo os padrões de um circuito de Last Gasp.[008] Therefore, the issue is that the system demands a transmission current of 360mA, so the system source must be able to provide a current greater than this value for a considerable time. Also, you often don't have a strong enough source of electromagnetic waves to supply this current. The solution to this problem was to create a capacitor bank on the board, capable of charging itself while the system is not transmitting and of supplying the necessary energy to the system when demanded. Six 1000uF capacitors will be used, following the patterns of a Last Gasp circuit.

[009] A localização do pacote será dada usando um método de triangulação LoRa, onde o sinal emitido pelo portador é captado por diversas antenas chamadas de Gateways. Essa localização será transmitida via LoRa até um Gateway que consiga enviar tal pacote para a central de monitoramento via internet. Dessa forma, é possível fazer o controle dessa carga. Além dessa forma, pode-se ter a localização capturada através do sinal de GPS e transmitida via LoRa para a rede mesh de gateways.[009] The packet location will be given using a LoRa triangulation method, where the signal emitted by the bearer is captured by several antennas called Gateways. This location will be transmitted via LoRa to a Gateway that can send such a packet to the monitoring center via the Internet. In this way, it is possible to control this load. In addition to this, the location can be captured through the GPS signal and transmitted via LoRa to the mesh network of gateways.

[010] Além da localização, há o monitoramento de sinais vindos do portador, como velocidade, sinais vitais e outros dados. Para cada caso, precisa-se de sensores específicos como, por exemplo, na aplicação em animais (bovinos, equinos, aves, cachorros, gatos, etc.), em se tratando de monitorar a temperatura e batimentos cardíacos do animal.[010] In addition to location, there is the monitoring of signals coming from the carrier, such as speed, vital signs and other data. For each case, specific sensors are needed, for example, in the application in animals (cattle, horses, birds, dogs, cats, etc.), when it comes to monitoring the animal's temperature and heartbeat.

[011] Ademais, existe o caso em que pode-se usar tal tecnologia para o monitoramento e identificação de seres inanimados como automóveis, aviões, motos, bens moveis, vestuários, etc. Tal identificação também pode ser feita em seres vivos, para que assim tenha um maior controle do ser que está sendo monitorado.[011] In addition, there is the case where such technology can be used for monitoring and identifying inanimate beings such as cars, planes, motorcycles, furniture, clothing, etc. Such identification can also be done on living beings, so that you have greater control of the being being monitored.

[012] Portanto, tem-se então um localizador, identificador e certificador digital de cargas, sendo estas cargas vivas ou inanimadas, podendo ter um controle total de mercadorias ou bens pessoais.[012] Therefore, there is then a load locator, identifier and digital certifier, whether these are live or inanimate loads, being able to have full control of goods or personal property.

Brief description of the Figures

[013] Os objetivos e as vantagens da solicitação aqui descritas poderão ser compreendidos com maior clareza quando lida a descrição seguinte, em conjunto com os desenhos apresentados:
Figura 1 representa uma vista em perspectiva do dispositivo formado por caixa protetor ligada a antena.[013] The objectives and advantages of the request described here can be understood more clearly when reading the following description, together with the drawings presented:
Figure 1 represents a perspective view of the device formed by a protective box connected to the antenna.

Detailed description of the invention

[014] De maneira geral, o dispositivo é composto por uma caixa protetora (1) que abarca uma placa composta por sensores de geolocalização, rádio LoRa, banco de capacitores, e também a parte que converte a energia absorvida das ondas eletromagnéticas, e antena (2) que captura as ondas eletromagnéticas. Serão usados 6 capacitores de 1000uF, semelhante a um circuito de Last Gasp.[014] In general, the device consists of a protective box (1) that includes a plate composed of geolocation sensors, LoRa radio, capacitor bank, and also the part that converts the energy absorbed from electromagnetic waves, and antenna (2) which captures electromagnetic waves. Six 1000uF capacitors will be used, similar to a Last Gasp circuit.

[015] A presente invenção refere-se à um dispositivo localizador autônomo energicamente, capaz de captar energia de ondas eletromagnéticas (através de uma antena de microfita), e convertê-las em energia para o sistema. O dispositivo é capaz de dar a localização exata do objeto ou animal através da triangulação LoRa. Os dados são enviados para uma central de controle por meio de ondas de rádio LoRa, que possui um alcance de 10 km em campo aberto.[015] The present invention relates to an energetically autonomous locator device, capable of capturing energy from electromagnetic waves (through a microstrip antenna), and converting them into energy for the system. The device is capable of giving the exact location of the object or animal through LoRa triangulation. Data is sent to a control center via LoRa radio waves, which have a range of 10 km in open field.

[016] Essa triangulação ocorre da seguinte maneira, um dispositivo X envia sinais requisitado a sua localização, tal sinal é capturado pois quaisquer outros dispositivos, Y, Z, W, J, que estejam nas proximidades. Ao receber tal sinal, esses dispositivos respondem tal comando com outro sinal de rádio, que contém a distância entre o dispositivo X e os dispositivos Y, Z, W, J. Ao receber os sinais com as distâncias entre X e Y, Z, W, J, o dispositivo X calcula a sua localização.[016] This triangulation occurs as follows, a device X sends signals requested to its location, such a signal is captured as any other devices, Y, Z, W, J, that are nearby. Upon receiving such a signal, these devices respond to such a command with another radio signal, which contains the distance between device X and devices Y, Z, W, J. Upon receiving signals with distances between X and Y, Z, W , J, device X calculates your location.

[017] Os sinais vitais dos animais são monitorados, assim pode-se saber além da sua localização, também se o mesmo se mantém vivo, medindo os batimentos cardíacos.[017] The vital signs of the animals are monitored, so you can know in addition to their location, also if they are still alive, measuring their heartbeats.

[018] O próprio dispositivo irá enviar os sinais de localização, podendo ser aplicado em bovinos por exemplo, mas também em qualquer outro objeto ou ser vivo. O sinal de localização é capturado e enviado a uma central de monitoramento que trata os dados.[018] The device itself will send the location signals, and can be applied to cattle for example, but also to any other object or living being. The location signal is captured and sent to a monitoring center that processes the data.

[019] O principal diferencial seria o sistema autônomo de energia, onde a energia é "capturada" de ondas eletromagnéticas ao redor do dispositivo, e é usada ou armazenada no próprio dispositivo e assim usufruída para as transmissões, o que garante uma autonomia energética do dispositivo. A instalação é feita através de um colar que irá conter o dispositivo, e ligado a ele os seus sensores. Tais dados serão enviados para uma central de controle que tratará os dados, os associando ao seu respectivo bovino. Não é necessária nenhuma ligação complicada, pois o dispositivo é capaz de se sustentar no ponto de vista energético. O dispositivo consegue captar toda e qualquer onda eletromagnética que esteja ao seu alcance e converter em energia, assim armazenando essa energia no banco de capacitores para que seja usada quando necessário.[019] The main differential would be the autonomous energy system, where energy is "captured" from electromagnetic waves around the device, and is used or stored in the device itself and thus used for transmissions, which guarantees energy autonomy of the device. The installation is done through a collar that will contain the device, and its sensors are connected to it. Such data will be sent to a control center that will process the data, associating them with their respective cattle. No complicated connections are needed as the device is capable of sustaining itself from an energy point of view. The device manages to capture any and all electromagnetic waves that are within its reach and convert it into energy, thus storing that energy in the bank of capacitors so that it can be used when necessary.

[020] O sistema de captação de energia via ondas eletromagnéticas é para o uso e fornecimento de energia para sistemas de baixa potência e tem como objetivo controlar a localização e os sinais de um determinado objeto, animal ou pessoa. O sistema de armazenamento de energia por capacitores, para ter sempre a energia necessária para a transmissão, usa-se um micro banco de capacitores que se carrega, por meio do uso o sistema de captação de energia via ondas eletromagnéticas e fornecimento de energia para o sistema rapidamente, sempre que demandado, no caso de uma transmissão. No sistema de triangulação LoRa, a localização do portador será obtida através da triangulação do sinal emitido e captado nas antenas gateway. O sinal será entregue para várias antenas e, sabendo a posição relativa a cada umas das antenas, sabe-se a localização. O localizador autônomo de animais é um sistema capaz de ser autônomo energicamente e que se comunica com as antenas via LoRa. Tal sinal é capturado por antenas na região até chegar a um gateway conectado à internet, e assim os dados são enviados para uma central de monitoramento.[020] The energy capture system via electromagnetic waves is for the use and supply of energy to low power systems and aims to control the location and signals of a particular object, animal or person. The capacitor energy storage system, in order to always have the necessary energy for transmission, uses a micro bank of capacitors that are charged using the system for capturing energy via electromagnetic waves and supplying energy to the system quickly, whenever required, in the event of a transmission. In the LoRa triangulation system, the location of the carrier will be obtained through the triangulation of the emitted and captured signal in the gateway antennas. The signal will be delivered to several antennas and, knowing the position relative to each of the antennas, the location is known. The autonomous animal locator is a system capable of being energetically autonomous and that communicates with the antennas via LoRa. Such a signal is captured by antennas in the region until it reaches a gateway connected to the internet, and then the data is sent to a monitoring center.

[021] O operador terá acesso em tempo real aos sinais vitais e localização de todas as cargas que possui. Cada operador terá um módulo receptor que irá receber os sinais do dispositivo e enviar para o computador em que o receptor esteja instalado. O controle será feito por uma dashboard que conterá o nome do dispositivo, a carga a qual ele foi designado, e todos os sinais referentes á está carga.[021] The operator will have real-time access to the vital signs and location of all loads he has. Each operator will have a receiver module that will receive signals from the device and send them to the computer where the receiver is installed. The control will be done by a dashboard that will contain the name of the device, the load to which it was designated, and all the signals referring to this load.

[022] É importante salientar que as figuras e descrição realizadas não possuem o condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta solução. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação do conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado na solução proposta.[022] It is important to note that the figures and description made do not have the ability to limit the ways of implementing the proposed inventive concept, but to illustrate and make understandable the conceptual innovations revealed in this solution. In this way, the descriptions and images must be interpreted in an illustrative and non-limiting way, and there may be other equivalent or analogous ways of implementing the inventive concept now revealed and that do not deviate from the spectrum of protection outlined in the proposed solution.

Claims

AUTONOMOUS LOCATOR OF OBJECTS AND ANIMALS VIA WIRELESS COMMUNICATION characterized by being composed of a protective box (1) that includes a plate formed by geolocation sensors, LoRa radio, bank of 6 capacitors of 1000uF as a Last Gasp circuit, interconnected to the antenna capture (2) of electromagnetic waves.