Cómo crear una bicicleta eléctrica inteligente

En Habré a menudo escriben sobre el transporte eléctrico. Y sobre las bicicletas. Y también sobre IA. Cloud4Y decidió combinar estos tres temas, hablando de la bicicleta eléctrica "inteligente", que siempre está en línea. Se tratará del modelo Greyp G6.

Para hacerlo más interesante, dividimos el artículo en dos partes. El primero está dedicado al proceso de creación del dispositivo, la plataforma y los protocolos de comunicación. El segundo son las especificaciones técnicas, una descripción del llenado y las capacidades de la bicicleta.

Primera parte, backend

Greyp Bikes es un fabricante croata de bicicletas eléctricas premium propiedad del fabricante local de superdeportivos exóticos Rimac. La empresa crea bicicletas realmente interesantes. Lo que es solo el modelo anterior, el G12S de dos suspensiones. Era algo entre una bicicleta eléctrica y una motocicleta eléctrica, ya que el dispositivo podía acelerar a 70 km / h, tenía un motor potente y corría 120 km con una sola carga.

El G6 resultó ser más elegante y todoterreno, pero su característica principal es la "conectividad". Greyp Bikes dio un paso importante hacia el desarrollo de IoT, ofreciendo una bicicleta que siempre está "en línea". Pero hablemos primero sobre cómo se creó una bicicleta eléctrica "inteligente".

El nacimiento de una idea

Una gran cantidad de dispositivos diferentes están conectados a Internet. ¿Por qué son peores las bicicletas? Entonces, en Greyp Bikes apareció una idea que se convirtió en G6. En cualquier momento, esta bicicleta mantiene una conexión con el servidor de la nube . El operador móvil proporciona comunicación y eSIM se cose directamente en la bicicleta. Y esto abre muchas oportunidades interesantes tanto para los atletas como para los entusiastas del ciclismo ordinario.

Plataforma

Al crear una plataforma para un producto innovador, debe tener en cuenta muchos matices. Por lo tanto, la elección de una plataforma en la nube para alojar y lanzar todos los servicios necesarios para una bicicleta eléctrica moderna fue un tema muy importante. La compañía optó por Amazon Web Services (AWS). Esto se debió en parte al hecho de que Greyp Bikes ya tenía experiencia con el servicio. En parte debido a su popularidad, amplia distribución entre los desarrolladores de todo el mundo y buena actitud hacia Java / JVM (sí, se usan activamente en Greyp Bikes).

AWS tenía un buen agente de IoT MQTT ( Cloud4Y escribió sobre protocolos anteriormente ), ideal para intercambiar fácilmente datos con una bicicleta. Es cierto que era necesario establecer de alguna manera una conexión con la aplicación para un teléfono inteligente. Hubo intentos de implementar esto por su cuenta utilizando Websockets, pero luego la compañía decidió no reinventar la rueda y cambió a la plataforma Google Firebase, que es ampliamente utilizada por los desarrolladores móviles. Desde el comienzo del desarrollo, la arquitectura del sistema ha experimentado muchas mejoras y cambios. Se ve así ahora:


Pila técnica

Implementación

La compañía ha proporcionado dos formas de ingresar al sistema. Cada uno de ellos se implementa por separado, con varias tecnologías para su caso de uso.

De la bicicleta al teléfono inteligente

Lo primero a tener en cuenta al crear un punto de entrada al sistema es qué protocolo de comunicación utilizar. Como ya se mencionó, la compañía eligió MQTT debido a su ligero "carácter". El protocolo es bueno en términos de ancho de banda, funciona muy bien con conexiones potencialmente poco confiables y ahorra energía de la batería, lo cual es especialmente importante para una bicicleta eléctrica de Greyp.

El broker MQTT utilizado es necesario para descargar todos los datos provenientes de la bicicleta. Dentro de la red de AWS se encuentra Lambda, que lee los datos binarios proporcionados por el agente MQTT, los analiza y los entrega a Apache Kafka para su posterior procesamiento.

Apache Kafka es la base del sistema. Todos los datos deben pasar a través de él para llegar al destino final. Actualmente, el núcleo del sistema tiene varios agentes. El más importante de estos es el que recopila los datos y los transfiere al "almacenamiento en frío" InfluxDB. Otro transfiere datos a la base de datos Firebase Realtime, haciéndolo disponible para aplicaciones de teléfonos inteligentes. Aquí es donde realmente se necesita Apache Kafka: un almacenamiento en frío (InfluxDB) almacena todos los datos recibidos de la bicicleta, y Firebase puede recibir información relevante (por ejemplo, métricas en tiempo real - velocidad actual).

Kafka le permite recibir mensajes a diferentes velocidades y enviarlos casi de inmediato a Firebase (para mostrar en la aplicación en su teléfono inteligente) y finalmente transferirlos a InfluxDB (para análisis de datos, estadísticas, monitoreo).

El uso de Kafka también le permite usar el escalado horizontal con una carga creciente, así como conectar a otros agentes que pueden procesar los datos entrantes a su propio ritmo y para su propio caso de uso (por ejemplo, cuando compiten entre un grupo de bicicletas). Es decir, la solución permite a los ciclistas competir entre sí por una variedad de características. Por ejemplo, velocidad máxima, salto máximo, rendimiento máximo, etc.

Todos los servicios (llamados "GVC" - Greyp Vehicle Cloud) se implementan principalmente sobre la base de Spring Boot y Java, aunque también se utilizan otros lenguajes. Cada ensamblaje se empaqueta en una imagen Docker alojada en un repositorio ECR, y es lanzado y alojado por Amazon ECS. Aunque NoSQL es bastante conveniente y popular para varios casos, Firebase no siempre puede satisfacer todas las necesidades de Greyp, y por lo tanto, la compañía también usa MySQL (en RDS) para consultas especiales (Firebase usa el árbol JSON, que es más eficiente en algunos casos) y el almacenamiento de datos específicos. Otra instalación de almacenamiento utilizada es Amazon S3, que garantiza la seguridad de los datos recopilados.

Del teléfono inteligente a la bicicleta

Como ya dijimos, la comunicación con los teléfonos inteligentes se establece a través de Firebase. La plataforma se utiliza para autenticar a los usuarios de la aplicación y su parte de la base de datos en tiempo real. De hecho, Firebase es una combinación de dos cosas: una es una base de datos para el almacenamiento permanente de datos, y la otra es para entregar datos en tiempo real a teléfonos inteligentes a través de una conexión a Websocket. Una opción ideal para este tipo de conexión es emitir comandos a la bicicleta cuando los dispositivos no están cerca uno del otro (no hay conexión BT / Wi-Fi disponible).

En este caso, Greyp desarrolló su propio mecanismo de procesamiento de comandos, que recibe mensajes de un teléfono inteligente a través de una base de datos en modo de tiempo real. Este mecanismo es parte de los servicios básicos de aplicaciones (GVC), cuya tarea es convertir los comandos del teléfono inteligente en mensajes MQTT transmitidos a la bicicleta a través del agente de IoT. Cuando la bicicleta recibe un comando, lo procesa, realiza la acción correspondiente y devuelve una respuesta a Firebase (teléfono inteligente).

Monitoreo


Control de parámetros

A casi todos los desarrolladores de back-end les gusta dormir por la noche sin revisar los servidores cada 10 minutos. Y esto significa que necesita implementar soluciones automatizadas de monitoreo y alertas en el sistema. Esta regla también se aplica al ecosistema de ciclismo Greyp. También hay conocedores del sueño nocturno normal, por lo que la compañía utiliza dos soluciones en la nube: Amazon CloudWatch y jmxtrans.

CloudWatch es un servicio de monitoreo y vigilancia que recopila datos de monitoreo y operativos en forma de registros, métricas y eventos, lo que ayuda a obtener una vista única de las aplicaciones, servicios y recursos de AWS que se ejecutan en la plataforma de AWS y en el entorno local. Con CloudWatch, es conveniente detectar comportamientos anormales en sus entornos, configurar alertas, crear representaciones visuales generales de registros y métricas, realizar acciones automatizadas, solucionar problemas y aprender información útil que ayuda a mantener las aplicaciones funcionando sin problemas.

CloudWatch recopila métricas personalizadas y las entrega al tablero. Allí se combinan con datos de otros recursos administrados por Amazon. La JVM recibe métricas a través del punto final JMX utilizando un "conector" llamado jmxtrans (también ubicado como un contenedor Docker dentro de ECS).

Segunda parte, características

Entonces, ¿cuál fue el resultado de la bicicleta eléctrica? La bicicleta de montaña eléctrica Greyp G6 está equipada con una batería de iones de litio de 36V y 700 Wh alimentada por células LG. En lugar de ocultar la batería, como hacen muchos fabricantes de bicicletas eléctricas, Greyp tiene una batería extraíble justo en el centro del cuadro. El G6 está equipado con un motor MPF con una potencia nominal de 250 vatios (y también hay una opción con 450 vatios).

La Greyp G6 es una bicicleta de montaña equipada con una suspensión trasera Rockhox, colocada cerca del tubo superior y dejando suficiente espacio para una batería extraíble entre las rodillas del conductor. El marco está hecho en el estilo "enduro" y ofrece una carrera de 150 mm gracias a la suspensión. Faltan cables y líneas de freno dentro del cuadro. Debido a esto, se garantiza una apariencia estética y se reduce el riesgo de atraparse en las ramas.

El marco 100% de fibra de carbono fue desarrollado especialmente en Greyp utilizando la experiencia adquirida durante la creación del hipercoche eléctrico Concept One.

El kit de electrónica en el Greyp G6 está controlado por un Módulo Central Inteligente (CIM) en el stock. Incluye una pantalla a color, WiFi, Bluetooth, conexión 4G, un giroscopio, un conector USB C, una cámara frontal y una interfaz con una cámara trasera debajo del sillín. Por cierto, la cámara trasera está rodeada por 4 LED . Las cámaras gran angular (1080p 30 fps) están destinadas principalmente a grabar videos mientras viaja.


La compañía presta especial atención a la solución eSTEM.

“Greyp eSTEM es un módulo central inteligente para una bicicleta que controla dos cámaras (delantera y trasera), controla la frecuencia cardíaca del conductor, tiene un giroscopio incorporado, sistema de navegación y eSIM, que le permite conectarlo en cualquier momento. El sistema e-bike utiliza el teléfono inteligente como interfaz de usuario, y la aplicación móvil crea una interfaz de usuario única gracias a varias opciones nuevas, como un interruptor remoto de bicicleta, tomar fotos, enviar mensajes de texto a la bicicleta y limitar la potencia ".

Hay un botón especial "Compartir" en el manillar de la bicicleta. Si sucede algo interesante o emocionante durante el viaje, puede hacer clic en el botón y guardar automáticamente los últimos 15-30 segundos del video cargándolo en la cuenta de la red social de su ciclista. Además, se pueden superponer datos adicionales en el video. Por ejemplo, consumo de energía en bicicleta, velocidad, tiempo de conducción, etc.

Con el teléfono montado en la bicicleta en modo tablero, el Greyp G6 puede proporcionar una gran cantidad de información, no solo mostrar la velocidad actual o el nivel de batería. Entonces, el ciclista puede seleccionar cualquier punto en el mapa (por ejemplo, una colina alta), y la computadora calculará si hay suficiente batería para llegar a la cima. O calculará el punto de no retorno, si de repente no desea pedalear por el camino de regreso. Aunque los pedales son bastante posibles de girar. El fabricante afirma que la bicicleta no es pesada (aunque así es como se ve, su peso es de 25 kg).


Greyp G6 es bastante posible subir

El Greyp G6 tiene un sistema antirrobo que es similar al modo centinela de Tesla. Es decir, si toca una bicicleta estacionada, él notificará al propietario sobre esto y le dará acceso a la cámara para averiguar quién está girando alrededor de la bicicleta eléctrica. El conductor puede elegir desconectar remotamente la bicicleta para evitar que el atacante se vaya. Y, dado que estos sistemas se han desarrollado en Greyp durante muchos años, es probable que realmente hayan creado este sistema antes de que Tesla lo introdujera.

A la venta hay varios modelos de esta serie: G6.1, G6.2, G6.3. El G6.1 acelera a 25 km / h (15.5 mph) y cuesta 6.499 euros. El G6.3 tiene una velocidad máxima de 45 km / h (28 mph) y cuesta 7.499 euros. Cuál es la diferencia entre el modelo G6.2 no está claro, pero cuesta 6.999 euros.

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