Solutions de mesure de distance et de positionnement dans les environnements industriels

La mesure précise des distances garantit l'efficacité et la sécurité dans les systèmes industriels

En utilisant une mesure de distance précise entre les interactions M2M (machine-à-machine) et H2M (humain-à-machine), la sécurité peut être améliorée dans diverses applications, en particulier dans l'automatisation industrielle, le transport intelligent et la collaboration humain-robot. Les applications de mesure de distance utilisent généralement des technologies telles que l'ultrason, le radar, le LiDAR (détection et télémétrie par lumière) ou l'ultra-large bande (UWB). Ces technologies peuvent fournir une précision de mesure au-dessous du mètre ou même au niveau du centimètre. En mesurant la distance entre les machines ou les personnes en temps réel, des informations de localisation précises peuvent être générées et traitées à l'aide d'algorithmes.

Dans les environnements industriels, les systèmes anti-collision sont essentiels. Une mesure précise de la distance entre les équipements automatisés et les robots peut prévenir les collisions et garantir un fonctionnement en toute sécurité. De plus, une mesure précise de la distance entre les machines peut aider à optimiser leurs trajectoires de mouvement, réduisant ainsi la consommation d'énergie inutile et l'usure, améliorant ainsi l'efficacité et la sécurité du système.

Dans les environnements où les humains collaborent avec des robots, la sécurité est primordiale. En utilisant la technologie de mesure de distance pour surveiller en temps réel la distance entre les humains et les robots, le système peut automatiquement ralentir ou arrêter le robot lorsqu’un humain est détecté trop proche, évitant ainsi les collisions. De plus, la mesure de distance peut surveiller les zones dangereuses, garantissant que les opérateurs humains n’entrent pas par inadvertance dans des zones de travail à risque.

Actuellement, plusieurs approches de sécurité peuvent être adoptées, telles que la fusion multi-capteur, qui combine différentes technologies de mesure de distance et des données de capteur (par exemple, caméras, capteurs infrarouges) pour améliorer la fiabilité et la précision de la mesure de distance, renforçant ainsi la sécurité. Alternativement, des algorithmes d'intelligence artificielle et d'apprentissage automatique peuvent être utilisés pour analyser les données de distance, prédire les dangers potentiels et émettre des avertissements précoces afin de prévenir les accidents. Grâce à ces méthodes, la fonction de mesure précise de distance entre M2M et H2M joue un rôle essentiel pour garantir la sécurité dans les systèmes industriels et la collaboration homme-robot.

Les systèmes de localisation en temps réel peuvent améliorer la sécurité sur le lieu de travail et l'efficacité opérationnelle

Les systèmes de localisation en temps réel (RTLS) sont des technologies capables de suivre et de surveiller la localisation d’objets ou de personnes en temps réel. Ils sont largement utilisés dans la gestion de la sécurité et le suivi de l'efficacité des travailleurs. Les technologies clés des RTLS sont assez variées. Par exemple, la technologie Ultra-Wideband (UWB) peut fournir un positionnement de haute précision, avec une marge d'erreur généralement de quelques centimètres, ce qui la rend idéale pour des applications nécessitant un suivi précis. Alternativement, les systèmes d'identification par radiofréquence (RFID) suivent la localisation des objets ou des personnes en transmettant des signaux entre des étiquettes et des lecteurs, généralement utilisés pour un positionnement de moindre précision. Le positionnement Wi-Fi peut également être utilisé, basé sur des mesures de la puissance du signal, pouvant être déployé sur des infrastructures réseau existantes mais offrant généralement une précision moindre.

En revanche, la technologie Bluetooth Low Energy (BLE) peut être utilisée. Les balises BLE communiquent avec les appareils en envoyant des signaux pour le positionnement, offrant une précision modérée et étant adaptées aux scénarios à faible consommation d'énergie. Le système de positionnement global (GPS) convient aux environnements extérieurs, bien qu'il fonctionne mal en intérieur et consomme plus d'énergie. De plus, des caméras et une technologie de vision par ordinateur peuvent être utilisées pour détecter et suivre la localisation d'objets ou de personnes, généralement pour des applications intérieures à haute précision.

La technologie RTLS possède un large éventail d'applications. Dans la surveillance de la sécurité des travailleurs, la RTLS peut suivre la localisation en temps réel des travailleurs sur le lieu de travail afin de s'assurer qu'ils n'entrent pas dans des zones dangereuses. Si les travailleurs s'approchent d'équipements ou de zones dangereuses, le système peut émettre des avertissements ou arrêter automatiquement les équipements concernés. En situation d'urgence, la RTLS peut également aider à localiser rapidement les travailleurs et à guider les équipes de secours pour une intervention rapide. De plus, en analysant l'activité des travailleurs dans différentes zones, les flux de travail peuvent être évalués pour leur efficacité, l'attribution des tâches optimisée, les pertes de temps réduites et la productivité améliorée.

Le RTLS possède une large gamme d'applications. Dans la surveillance de la sécurité des travailleurs, le RTLS peut suivre la localisation en temps réel des travailleurs sur le lieu de travail pour s'assurer qu'ils n'entrent pas dans des zones dangereuses. Si les travailleurs s'approchent d'équipements ou de zones dangereuses, le système peut émettre des avertissements ou arrêter automatiquement les équipements concernés. En cas d'urgence, le RTLS peut également aider à localiser rapidement les travailleurs et à guider les équipes de secours pour une intervention rapide. De plus, en analysant l'activité des travailleurs dans différentes zones, les flux de travail peuvent être évalués pour leur efficacité, l'allocation des tâches optimisée, le temps perdu réduit et la productivité améliorée.

La technologie Ultra-Wideband permet une mesure de distance sécurisée et précise

La technologie UWB utilise la technologie Time of Flight (ToF) basée sur les ondes radio pour effectuer une mesure de distance sécurisée et précise. Murata fabrique et développe des modules UWB basés sur NXP, ainsi que des modules UWB utilisant des puces Qorvo et Nordic.

Le Type 2BP de Murata est un module UWB ultra-compact, incluant le chipset Trimension SR150 UWB de NXP, une horloge, des filtres et des composants périphériques, ce qui le rend idéal pour les dispositifs IoT généraux. Ce module UWB de petite taille prend en charge les canaux UWB 5 et 9, avec une interface SPI et 3 supports d'antennes (3D AoA ou 2D AoA). Il a obtenu les certifications de référence FCC/CE. Il est fabriqué avec une structure moulée en résine combinée à un blindage conformal, avec des dimensions de seulement 6,6 × 5,8 × 1,2 mm. Il prend en charge la calibration de puissance et la calibration de cristal.

Murata a également lancé la carte d’évaluation LBUA0VG2BP-EVK-P associée au Type 2BP. La carte d’évaluation intègre le Type 2BP et NXP QN9090 (un circuit BLE), un CI convertisseur USB-UART, et peut être alimentée via un câble USB. Le QN9090 peut contrôler le Type 2BP via le port COM d’un PC. Ce kit de développement a été approuvé par Apple® pour l’évaluation des accessoires compatibles UWB, qui interagissent avec les produits Apple contenant la puce U1 en utilisant le cadre Apple’s Nearby Interaction.

Un autre module UWB de Murata basé sur les chipsets UWB de NXP est le Type 2DK. Il s'agit d'un module combo tout-en-un UWB-Bluetooth® LE qui inclut le chipset Trimension™ SR040 UWB de NXP, le chipset QN9090 Bluetooth® LE et MCU de NXP, des antennes intégrées et des composants périphériques, le rendant idéal pour les balises/suiveurs UWB alimentés par des piles bouton, ainsi que pour les dispositifs IoT généraux. Et il a obtenu les certifications de référence FCC/CE.

Murata propose également le kit d'évaluation LBUA2ZZ2DK-EVK associé au Type 2DK. Ce kit d'évaluation comprend le Type 2DK, un IC UART-USB, un port SWD et un support de pile bouton.

Le module Type 2AB de Murata est conçu comme un module UWB ultra-compact, haute qualité et à faible consommation d'énergie, ce qui le rend idéal pour les dispositifs et applications IoT à batterie de petite taille. Le Type 2AB utilise le chipset UWB Qorvo QM33120W, prend en charge les canaux 5 et 9 et a obtenu les certifications de référence FCC/IC/TELEC. Il intègre un circuit Nordic—nRF52840, en faisant un module sans hôte. Il dispose également de la technologie Bluetooth Low Energy pour réveiller l'UWB et effectuer les mises à jour du firmware. Le capteur 3 axes intégré aide à économiser l'énergie de la batterie, et l'horloge de référence pour l'UWB et le MCU est intégrée. Le Type 2AB est le plus petit module UWB hautement intégré sur le marché, réduisant la surface de 75 % par rapport aux solutions CoB. Chaque dispositif est calibré pour la fréquence, la puissance de transmission et le délai d'antenne, et peut prendre en charge la conception et l'évaluation d'antennes multiples.

Le kit d'évaluation LBUA5QJ2AB-828EVB est une carte d'évaluation pour le module UWB/Bluetooth Low Energy Type 2AB de Murata. Il peut être alimenté en connectant le terminal USB Type-C de la carte à un PC via une interface USB, et il dispose d'un port série. Les clients peuvent entrer des commandes AT via un terminal série pour évaluer les performances RF. Si les clients reprogramment le firmware de démonstration dans le module, ils peuvent également évaluer les fonctions simples TWR et PDoA.

Modules Wi-Fi et Bluetooth pour les applications de mesure et de positionnement

En plus de la technologie UWB, les technologies Wi-Fi et Bluetooth peuvent également être utilisées pour des applications de mesure et de positionnement. Lorsqu'ils sont combinés, le Wi-Fi et le Bluetooth permettent également une connexion directe à Internet, ce qui en fait la technologie sans fil la plus flexible pour les produits IoT. Actuellement, Murata propose une variété de modules Wi-Fi® et Bluetooth prenant en charge les normes IEEE 802.11a, 11b, 11g, 11n, et 11ac 2×2 MIMO, ainsi que les bandes 2,4GHz et 5GHz, adaptés à la communication WLAN et Bluetooth® 4.1/4.2/5.0/5.1 BR/EDR/LE.

Le Type 2AE de Murata est un module compact et haute performance basé sur le chipset combo CYW4373E d'Infineon, prenant en charge le Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac combiné avec Bluetooth® 5.2 BR/EDR/LE. Le débit de données PHY sur Wi-Fi® atteint jusqu'à 433 Mbps, et Bluetooth® prend en charge un débit de données PHY de 3 Mbps. La section WLAN prend en charge une interface SDIO v3.0 DDR50, et la section Bluetooth® prend en charge une interface UART à 4 fils haute vitesse ainsi que PCM pour les données audio. Les sections WLAN et Bluetooth® prennent également en charge les interfaces USB 2.0.

Pour le développement de systèmes, les logiciels peuvent être développés sur NXP i.MX (Linux/FreeRTOS). Pour le développement RTOS, le système de développement WICED™ d’Infineon peut être utilisé, réduisant considérablement la charge de travail liée à l'ajout de connectivité sans fil aux dispositifs embarqués. Le SDK permet aux développeurs de créer rapidement des applications en réseau pour des microcontrôleurs aux ressources limitées. En ce qui concerne les outils d'évaluation, le module 2AE M.2 d’Embedded Artists peut être utilisé sur des systèmes Linux.

Le Type 2EA de Murata est un autre module compact et haute performance basé sur le chipset combo CYW55573 d'Infineon. Il prend en charge le Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO et le Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE. Le Wi-Fi® prend en charge un taux de données PHY pouvant atteindre 1,2 Gbps, et le Bluetooth® prend en charge un taux de données PHY de 3 Mbps sur le Bluetooth Legacy (EDR) et 2 Mbps sur le Bluetooth® LE. La section WLAN prend en charge les interfaces PCIe v3.0 Gen 2 et SDIO 3.0, tandis que la section Bluetooth® prend en charge une interface UART à 4 fils haute vitesse et PCM pour les données audio.

Le type 2EA inclut également des configurations logicielles prises en charge sur NXP i.MX Linux ainsi que des pilotes/firmwares Linux pour la plateforme NXP i.MX. Le matériel d'évaluation recommandé par Murata est le module M.2 2EA d'Embedded Artists.

Le Type 1XL est un module compact et haute performance basé sur le chipset combo 88W9098 de NXP, prenant en charge le Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO et le Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE, avec un débit PHY de 1200 Mbps en Wi-Fi® et 3 Mbps en Bluetooth®. La section WLAN prend en charge l’interface PCIe 2.0, avec une prise en charge optionnelle de SDIO 3.0. La section Bluetooth® prend en charge une interface UART 4 fils haute vitesse (prise en charge optionnelle de SDIO) et PCM pour les données audio.

Le développement logiciel est également pris en charge pour les configurations sur NXP i.MX Linux. Murata recommande le module 1XL M.2 d'Embedded Artists pour le matériel d'évaluation.

Le module Type 2DL de Murata est un module compact et haute performance basé sur le jeu de puces combo IW611 de NXP, prenant en charge Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax et Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE. Le Wi-Fi® offre un débit PHY pouvant atteindre 601 Mbps, tandis que le Bluetooth® fournit un débit PHY de 2 Mbps. La section WLAN prend en charge une interface SDIO v3.0 DDR50, et la section Bluetooth® prend en charge une interface UART 4 fils haute vitesse et PCM pour les données audio.

Le logiciel de développement pour Type 2DL, avec des configurations prises en charge sur NXP i.MX Linux, est encore en attente. Le matériel d'évaluation recommandé par Murata est le module M.2 2DL d'Embedded Artists.

Conclusion

Alors que les environnements industriels deviennent de plus en plus complexes et que la demande en automatisation augmente, les technologies de télémétrie et de positionnement précises jouent un rôle de plus en plus important pour garantir la sécurité, améliorer l'efficacité de la production et optimiser la gestion des ressources. En mettant en œuvre des solutions avancées de télémétrie et de positionnement, telles que les systèmes de localisation en temps réel (RTLS), la technologie de télémétrie laser et la technologie Ultra-Wideband (UWB), les entreprises peuvent non seulement améliorer considérablement leur efficacité opérationnelle, mais aussi acquérir un avantage concurrentiel en gestion intelligente. Murata produit une variété de modules UWB et WiFi/Bluetooth, et bien que les cas d'utilisation de télémétrie et de positionnement relèvent du secteur « systèmes/solutions » plutôt que du secteur des modules, les applications industrielles RTLS sont attendues comme un marché en pleine croissance. Compte tenu du besoin de personnalisation et de l'évolutivité limitée, Murata peut collaborer avec des éditeurs de logiciels et des fabricants tiers sur le marché pour entrer activement dans ce domaine.