PBSC

PBSC souhaitait disposer d’un système permettant de suivre les parcours effectués par les vélos de sa flotte Citi Bike (ville de New York). L’entreprise a sollicité Spiria afin de démontrer la faisabilité d’un tel système et de concevoir l’architecture du dispositif de GPS embarqué.

catégorie
Systèmes embarqués
90

Nombre maximum de vélos stationnés pouvant envoyer simultanément des données vers le kiosque.

100

Questions techniques résolues grâce à 500 heures d’expertise en systèmes embarqués.

458

Stations, soit 7 000 vélos, pouvant potentiellement profiter du système embarqué.

SERVICES
M2M
Démonstrations de faisabilité
Optimisation énergétique

Spiria a développé pour PBSC un système embarqué économe en énergie qui recueille des données GPS précises pour chaque déplacement en vélo. Les données sont transmises sans fil à la station chaque fois que le vélo est garé à une borne. Le kiosque envoie par la suite les informations vers un serveur central à des fins de traitement. PBSC a pu ainsi mieux connaître les utilisateurs de vélos partagés, évaluer les gains environnementaux autorisés par le service et bonifier le réseau Citi Bike.

Enjeux

PBSC se devait de trouver l’expertise en systèmes embarqués pour confirmer la faisabilité technique du concept et élaborer les plans pour la plateforme matérielle d’acquisition de données GPS. Les enjeux étaient cruciaux, l’outil devant permettre de :

  • Évaluer quantitativement les gains environnementaux réalisés par le service et ainsi produire des preuves concrètes des bénéfices écologiques de Citi Bike, ce qui aiderait à obtenir de nouvelles subventions.
  • Fidéliser les utilisateurs grâce aux données soulignant les bienfaits de leur utilisation du service Citi Bike : calories dépensées, empreinte écologique, etc.
challenges image

Réalisation

Les démonstrations de faisabilité (preuves de concept) englobaient quatre points majeurs.

01
 

Collecte de données

L’intégrité des données acquises devait être comparée dans deux types d’environnement : dégagé et « canyon urbain » (immeubles, obstacles divers).

02
 

Transfert des données

Le système GPS devait pouvoir envoyer ses données au module de fréquence radio intégré au kiosque de chaque station.

03
 

Optimisation d’énergie

Il fallait une logique et un protocole de téléchargement pour optimiser l’énergie disponible lors des arrêts.

04
 

Distance maximale

Les vélos stationnés à la borne la plus éloignée devaient pouvoir transmettre les données malgré la distance jusqu’au kiosque de la station.

Schéma du projet

 
01 Utilisation
du vélo
 
 

L’énergie produite par la dynamo lors du pédalage démarre le système embarqué situé dans le vélo et collecte les données durant le parcours.

 
 
 
02 Arrêt du vélo
à la borne
 

Les données sont envoyées au module de fréquence radio du kiosque. À ce moment, le système GPS dispose d’environ trois minutes d’énergie résiduelle pour transférer ses données.

 
 
03 Kiosque de la station
 
 

Le module de fréquence radio récupère les données de chaque vélo. Il envoie ensuite les données vers le serveur central.

 
 
 
04 Serveur
central
 

Réceptionne les données via le réseau cellulaire (3G). Synchronise les données pour reconstituer les parcours effectués par chaque vélo et produit des statistiques d’utilisation.

 

Outils

SM200

Il abrite le microcontrôleur Atmel ATmega128RFA1 permettant l’exécution du code source SNAPpy.

Le principal composant
du système embarqué GPS

Spiria a réalisé un important travail pour optimiser ce composant. Nous avons, entre autres, modifié le script SNAPpy pour améliorer le séquençage de données. Ceci a permis de minimiser la taille des paquets de données et d’optimiser la collecte et l’envoi des informations. Ainsi, le gain d’énergie se fait directement par le protocole d’envoi et de réception des données.

Par ailleurs, le SM200 contient aussi une antenne fréquence radio qui communique les données vers le module situé dans le kiosque à l’aide d’un protocole optimisé par Spiria.

Autres composants présents dans le système GPS embarqué :

Les supercondensateurs

Conservent l’énergie récupérée de la dynamo installée dans le vélo. Le GPS peut ainsi fonctionner durant le parcours et émettre les données au kiosque lorsque le vélo est à l’arrêt.

La mémoire

Lit, écrit et enregistre les données qui passent par le microcontrôleur.

Le module de fréquence radioSitué dans le kiosque

L'antenne

Cette antenne permet de recevoir les données enregistrées par le GPS. L’utilisation d’une antenne externe pour le module de fréquence radio assure la réception des données émises par les vélos déposés aux bornes les plus éloignées du kiosque.

Le module de fréquence radio

Réceptionne les données collectées et émises par le système embarqué lors de l’arrêt du vélo. Les données sont placées dans un fichier qui, une fois complet, est transmis au serveur central.

Composants internes

Le microprocesseur Atmel AT91SAM9G20

Spiria a réussi à modifier la logique contenue dans le code, afin que le microprocesseur puisse consigner le nombre de points GPS reçus et le temps utilisé pour les recevoir. Cette modification a été déterminante pour prouver la faisabilité.

Modèle RF200

Il réceptionne les données émises par le système du vélo via l’antenne externe. Composé lui aussi d’un microcontrôleur Atmel, il envoie les données vers le microprocesseur ARM.

Résultats

Spiria a analysé les possibilités technologiques et la capacité des composants à répondre aux exigences :

  • Réussir à récolter des données GPS précises par intervalle régulier de 6 secondes (longitude, latitude, identification du vélo, horaire, etc.).
  • S’assurer que l’environnement (dégagé ou obstrué) ne compromettait pas l’intégrité des données pour reconstituer le parcours.
  • Optimiser l’énergie disponible lorsque le vélo est à l’arrêt et qu’il dispose uniquement de l’énergie accumulée lors du pédalage.
  • Contrôler la capacité du module de fréquence radio à recevoir un grand nombre de données lorsqu’une multitude de vélos sont mis à l’arrêt simultanément à la même station.

Le plan de développement du système et les démonstrations de faisabilité ont permis à PBSC d’assurer une implémentation à grande échelle d’un dispositif électronique essentiel au développement de ses solutions de mobilité urbaine.

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