「セルラーとGPS兼用SiPを使用し農業とスマートシティ向け資産追跡を迅速に導入」(Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

　「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

　今回は、セルラーネットワークを利用して価値の高い資産を追跡する手法について解説した記事をご紹介します。

■セルラーとGPS兼用SiPを使用し農業とスマートシティ向け資産追跡を迅速に導入

　資産追跡(アセットトラッキング)とは、モノの位置を追跡して把握することです。業種により対象物は変わりますが、流通などにおいて商品を管理するためには必須となる技術です。

　従来、様々な商品の管理は人間の手で行うのが一般的であり、どこに格納されているかやどこに配送されたかがデータベース化されていても、確認は人間が行っていました。しかし現在は、RFIDタグやWi-Fi/Bluetoothなどのワイヤレス技術とGPSを用いることで自動化されつつあります。

　Bluetooth5.1では方向探知機能が追加され、到着角(AoA)と出発角(AoD)を検出してRFIDタグの位置を正確に知ることができます。Wi-FiはBluetoothより広い範囲で使用できますが、どちらも倉庫内などの比較的狭いエリアでの用途に限定されます。より広範囲に適用できるのは、LTE-MやNB-IoTなどのセルラーネットワークです。LTE-MとNB-IoTは、バッテリーだけで長期にわたる動作が可能になるように設計されたプロトコルです。

　LTE-M規格のLTE Cat.M1は、10～15msのレイテンシと1.4MHzの帯域幅で、ダウンリンクとアップリンクの両方で1Mbit/sの転送をサポートしています。また、NB-IoT規格のCat.NB1は1.6～10秒のレイテンシと180kHzの帯域幅で、下り26Kbits/s、上り66Kbits/s、Cat.NB2は下り127Kbits/sと上り159Kbits/sの高データ転送レートをサポートします。

＜ nRF9160の外観とブロック図 ＞

　【アプリケーションラボ】では、Nordic Semiconductor社のセルラーネットワーク機能とGPSを搭載したデバイスを使用して資産追跡を行う方法を詳しく解説しています。

　Nordic Semiconductor社は、1983年にノルウェーで設立されたファブレス半導体企業です。2.4GHzのISM帯向けのワイヤレス製品を中心に開発/販売を行っています。nRF9160は、2018年末に発表されたLTE-M/NB-IoTモデムを内蔵したセルラーIoT機器用のSiP(System in Package)です。nRF9160は、64MHzで動作するArm Cortex-M33を採用し、1MBフラッシュ、256KB RAMを搭載しています。Arm TrustZoneに対応しているので、セキュリティ対策が容易です。また、消費電力を可能な限り低く抑えるために電源管理ユニット(PMU)も搭載されています。

　nRF9160のラインナップには、LTE-Mモデムを搭載したnRF9160-SIAA、NB-IoTモデムを搭載したnRF9160-SIBA、LTE-MとNB-IoTの両方を搭載したnRF9160-SICAがあり、いずれもGPS機能を搭載しています。周辺機能として12ビットADC、RTC、SPI、I2C、I2S、UART、PDM、PWMなどを搭載し、SIMとeSIMの両方をサポートしています。

　評価用として、nRF9160-DK開発キットが用意されています。nRF9160-DKは、nRF9160とNRF52840 Bluetoothデバイスを搭載し、SIMカードとSEGGER J-Linkデバッガインターフェースが含まれています。

　ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。

セルラーモデム内蔵SiP 【NRF9160-SIAA】　2,643.34円
セルラーモデム内蔵SiP 【NRF9160-SIBA】　3,108.89円
セルラーモデム内蔵SiP 【NRF9160-SICA】　2,996.67円
セルラーIoT開発キット 【NRF9160-DK】　19,122.83円

下記の2本の解説記事も同時に公開しました。合わせて参考にしてください。

■適切な部品を選んで応用することで医療用機器やユーザー、患者を保護する方法

　患者に接触させて使用する電気を用いた医療機器が増加していますが、安全対策が非常に重要になります。ここでは、患者や医療従事者ならびに医療機器そのものを保護するために使用する様々な電子部品を紹介し、Littelfuse社の製品を例にして適切な使用法を解説します。

■サーマル製品：購買担当者が知っておきたいこと

　電子機器は温度を下げることで適切に動作させることができます。熱管理はエンジニアの仕事ですが、どのような部品が必要になるかは購買担当者も知っておきたい知識です。ここでは温度を下げるために役立つ部品や技術について解説します。

　マルツエレックでは、回路設計から基板設計・製造・実装、そして量産まで皆さまのさまざまな「ものづくり」のお手伝いをさせていただいています。学校などにおいて実験装置や電子教材を用意したいというご要望や、企業などでの試作品を作ってみたいという計画などがございましたら、マルツエレックの「ものづくり一貫サービス」を是非ご検討ください。

これまでの電子回路の設計事例としては、

・電源回路/同期整流回路/インバータ回路
・モーター制御回路
・センシング回路
・2次電池アプリケーション回路
・LEDドライブ回路
・メガソーラーシステム回路

などがあります。その他の回路設計についてもご要望にお応えいたします。

＜ 1D-TOFセンサーを活用した距離測定基板 ＞

　マルツエレックが実際に行ったものづくり事例として、「1D-TOFセンサーを活用した距離測定」をご紹介します。

　1D-TOFセンサーを活用した回路基板を製作し、確度の高い一次元の距離測定を実現しました。TOFセンサーは非接触デバイスであり、太陽光の影響を受けにくいデバイスとして注目されています。1D-TOFセンサーで取得したRAWデータをMCUで処理し、距離をディスプレイに表示します。この装置では、1D-TOFセンサーは9個まで搭載して認識することができます。TOFセンサーは太陽光の影響を受けにくいデバイスなので、新型コロナウイルス対策として室内における非接触システムに採用されるケースが増えています。

＜ マルツエレックの非接触に特化した技術のロードマップ ＞

　マルツエレックでは新型コロナウイルスが蔓延する環境下において、「1D-TOFによるアプリケーションの開発」、「ハプティクス技術」、「データ伝送を含むワイヤレス給電の開発」といった非接触技術に注力し、開発を推進しています。お客様が所有されている技術とこれらの技術を組み合わせて高付加価値の製品開発が可能になりますので、是非ご相談ください。

　また、マルツエレックでは回路設計だけでなく、部品の調達や基板の製造と実装、ハーネスやケースの加工まで行っています。詳細は、下記のWebページを参照してください。ご相談は、ものづくり相談受付フォームからお申込みください。

▽ものづくり一貫サービス
　https://www.marutsu.co.jp/pc/static/large_order/mono_service

▽ものづくり相談受付フォーム
　http://sv.marutsu.co.jp/enquete/?id=16