I sensori di distanza della KS Technologies sono utilizzati in migliaia di sensori di distanza in varie applicazioni e diversi paesi. La prototipazione richiede spesso mesi, se non anni, ma KS sa come accelerare i tempi
La storia della KS Technologies, o KST, è iniziata con una domanda: “qual era il modo migliore per misurare i livelli di rifiuti in un cestino?”
Come ben presentato durante electronica 2022, la sfida è complicata perché il sensore deve funzionare in varie condizioni di illuminazione e geometrie del contenitore fornendo al contempo una lunga durata della batteria.
All’inizio del viaggio di KST, alcuni anni fa, molti non erano sicuri di cosa avrebbe funzionato meglio per rilevare i livelli di riempimento. Il problema era che un particolare cliente si era rivolto a KST perché la sua installazione aveva una bassa precisione e comprometteva la durata della batteria. Inoltre, il cliente utilizzava Sigfox per collegare i propri sensori al cloud e avrebbe quindi richiesto il supporto della rete sub-gigahertz.
I primi tentativi: fotodiodi contro array a ultrasuoni
Mentre si ponevano il problema di misurare il riempimento dei bidoni della spazzatura, gli ingegneri di KST stavano sperimentando il VL53L0X, il più piccolo sensore del tempo di volo dell’epoca. KST ha preso una scheda Nucleo e uno scudo Nucleo con il MEMS per mostrarlo al cliente. Il cliente ha richiesto anche un prototipo con un sensore a ultrasuoni.
Un sentimento prevalente era che quest’ultimo sarebbe stato più accurato di uno SPAD (Single Photon Avalanche Diode). KST ha quindi gestito entrambi i prodotti per circa due mesi. Alla fine, la superiorità del VL53L0X è stata così decisiva che il cliente non si è voltato indietro.
Un mondo nuovo e coraggioso: 8.000 sensori sul campo
Alla fine, KST aveva un prototipo che sarebbe servito come base per lo sviluppo del suo prodotto. In effetti, non solo ha aiutato a sostenere la superiorità del VL53L0X, ma ha messo in mostra l’STM32. Il cliente ha trovato significativo vedere che lo stesso MCU sulla scheda Nucleo sarebbe finito sul design personalizzato.
È stato un chiaro percorso verso la produzione, che ha portato al KST3300, la prima generazione di sensori di distanza KST. KST lo ha distribuito su 8.000 bidoni della spazzatura e ha gestito l’IP. Di conseguenza, il partner ST potrebbe portare il sensore di distanza ad altre società e continuare a migliorarlo. D’altra parte, il cliente di KST aveva garanzie di manutenzione e fornitura.
The Fellowship of Engineering: le nuove esigenze del settore
Man mano che KST mostrava il suo design a nuovi clienti, i suoi ingegneri hanno scoperto una gamma più ampia di esigenze.
Ad esempio, alcuni volevano un protocollo diverso da Sigfox, con molti propensi a LoRaWAN, Bluetooth Low Energy e Wi-Fi. Molte aziende avevano già scelto una rete sub-gigahertz e KST ha dovuto adottarla. Inoltre, il team di progettazione di KST ha scritto i propri driver per KST3300.
Sebbene li abbia aiutati a spedire più velocemente, si sono verificati problemi di prestazioni alla luce diretta del sole o a una distanza molto ravvicinata (tra 0 mm e 100 mm). Infine, KST voleva migliorare la durata della batteria dei suoi rilevatori per renderli ancora più accattivanti.
Sbucciare il sipario – Adozione di LoRa e Sigfox
KST ha lavorato alla seconda generazione del suo rilevatore di distanza per affrontare queste sfide.
L’azienda è passata a un modulo Murata, che incorpora un microcontrollore STM32 e un modulo Semtech che supporta le modulazioni Sigfox e LoRa. Di conseguenza, KST potrebbe offrire una maggiore flessibilità e adattarsi a quasi tutte le infrastrutture esistenti dei suoi clienti.
Concretamente, significava mantenere il cliente che aveva beneficiato del KST3300 pur potendo distribuire i sensori ad altre applicazioni, come le città intelligenti.
È nata una stella – Miglioramenti a tutto tondo
Per migliorare le prestazioni e la durata della batteria, KST ha preso il VL53L1X, che era appena uscito, e si è impossessato dei driver ST. Il nuovo dispositivo ha portato la possibilità di monitorare più zone, che hanno aperto il loro rilevatore a nuove applicazioni, come il conteggio delle persone.
Il passaggio ai driver ST ha consentito anche nuove modalità a basso consumo, calibrazioni migliorate e diafonia ridotta. KST, inoltre, adottò lenti ST che, unite alle altre misure, garantivano maggiori prestazioni a brevissime distanze. I nuovi MEMS si inseriscono perfettamente anche nella famiglia di prodotti Nucleo, che ha accelerato la prototipazione. Ed è così che è nato il KST3320 all’interno del laboratorio di KST.
Applicazioni IoT in realtà più difficili
Dopo il rilascio del KST3320, KS Technologies ha iniziato a ricevere una nuova richiesta: l’unbundling della RF dal resto del prodotto. La ragione di questa richiesta è che garantisce che il sistema funzioni in più applicazioni. Ad esempio, un cliente ha chiesto di misurare i livelli dell’acqua sotto grandi blocchi di cemento.
In un ambiente del genere, mettere il modulo RF fuori dal trogolo aumenta notevolmente l’efficienza della radio. Inoltre, le nuove esigenze dei sensori KST hanno spesso comportato l’utilizzo del prodotto in ambienti più difficili. Sia nel caldo soffocante del sud americano che nel gelido inverno canadese, il sensore doveva funzionare in condizioni estreme. Infine, KST stava cercando di migliorare la durata della batteria del suo prodotto.
L’avvento della modularità
Dopo la prima e la seconda generazione di prodotti, KST ha adottato un approccio diverso e ha adottato la prototipazione rapida. L’azienda ha sviluppato una scheda interposer che si trova tra la scheda Nucleo STM32 e lo scudo Murata.
Di conseguenza, KST può ora prototipare qualsiasi scheda sensore utilizzando un connettore Arduino per interrompere tutti i segnali o ripristinare il dispositivo. L’intera unità si trova all’interno di un involucro classificato IP67 e può vivere separatamente dal sensore.
Per collegare entrambi, KST utilizza un connettore filettato che è prontamente disponibile, il che significa che non aumenterà i costi. È così che l’azienda è arrivata a utilizzare STM32WL nel proprio KST3320. Adottando i principi della prototipazione rapida, l’azienda è passata a un nuovo MCU per soddisfare le nuove esigenze wireless.
Per promuovere ulteriormente la modularità, KST è dotato anche di provisioning e application server. Il loro obiettivo è fornire strumenti software che aiutino a sfruttare i sensori. Di conseguenza, KST ha lavorato su una dashboard basata su cloud e un sistema di notifica.
Infatti, quando il KST3420 e il KST3220 hanno visto la luce del giorno, l’azienda ha anche costruito un’intera infrastruttura per inviare i dati dal campo alle persone che ne hanno bisogno per prendere decisioni. In parole povere, KST ha lavorato su un prototipo completo, piuttosto che su una prova di concetto di base.
L’ultima frontiera: raggiungere nuovi mercati e regioni
La modularità del KST3420 e del KST3220 ha fatto sì che KST sviluppasse versioni del suo prodotto che includevano il VL53L3CX e i suoi team stanno già cercando di sperimentare con il VL53L5CX. Pertanto, mentre la maggior parte delle operazioni di prototipazione richiederebbe mesi, se non anni, KST ha prototipato la sua nuova generazione di prodotti in 45 giorni.
Il passaggio a un approccio modulare li ha anche aiutati a rendere il loro sistema più resistente agli ambienti più difficili. Di conseguenza, la società di servizi ha installato il KST3420 in un ranch in Texas ea Calgary.
Le innovazioni significative portano soluzioni
Poiché KST ha utilizzato tutti gli strumenti a sua disposizione, ha potuto innovare in modo significativo. Ad esempio, i team di ingegneri hanno iniziato con gli schemi ST, ma hanno lavorato per ottimizzarli eliminando l’LDO per una soluzione più efficiente. KST ha anche imparato a migliorare le prestazioni comprendendo ciò di cui i clienti avevano bisogno.
È così che l’azienda ha imparato ad applicare la correzione delle sbavature o a migliorare la calibrazione. In definitiva, si tratta di sviluppare una soluzione, non un prodotto. Si tratta di ascoltare e comprendere il problema e come i clienti otterranno il ritorno sull’investimento.
