Como criar uma bicicleta elétrica inteligente

Em Habré, muitas vezes escrevem sobre transporte elétrico. E sobre bicicletas. E também sobre IA. A Cloud4Y decidiu combinar esses três tópicos, falando sobre a bicicleta elétrica “inteligente”, que está sempre online. Será sobre o modelo Greyp G6.

Para torná-lo mais interessante, dividimos o artigo em duas partes. O primeiro é dedicado ao processo de criação do dispositivo, da plataforma e dos protocolos de comunicação. O segundo são as especificações técnicas, uma descrição do preenchimento e as capacidades da bicicleta.

Parte um, back-end

A Greyp Bikes é um fabricante croata de bicicletas elétricas premium, pertencente ao fabricante local de supercarros exóticos Rimac. A empresa cria bicicletas verdadeiramente interessantes. Qual é apenas o modelo anterior, o G12S de duas suspensões. Era algo entre uma bicicleta elétrica e uma motocicleta elétrica, já que o dispositivo podia acelerar para 70 km / h, possuía um motor potente e percorria 120 km com uma única carga.

O G6 acabou sendo mais elegante e off-road, mas sua principal característica é a “conectividade”. A Greyp Bikes deu um passo importante em direção ao desenvolvimento da IoT, oferecendo uma bicicleta sempre "online". Mas vamos falar primeiro sobre como uma bicicleta elétrica "inteligente" foi criada.

O nascimento de uma ideia

Um grande número de dispositivos diferentes está conectado à Internet. Por que as bicicletas são piores? Então, na Greyp Bikes, surgiu uma idéia que se transformou em G6. A qualquer momento, essa bicicleta mantém uma conexão com o servidor em nuvem . O operador móvel fornece comunicação e o eSIM é costurado diretamente na bicicleta. E isso abre muitas oportunidades interessantes para atletas e entusiastas comuns do ciclismo.

Plataforma

Ao criar uma plataforma para um produto inovador, você precisa considerar muitas nuances. Portanto, a escolha de uma plataforma em nuvem para hospedar e lançar todos os serviços necessários para uma bicicleta elétrica moderna foi uma questão muito importante. A empresa optou pelo Amazon Web Services (AWS). Isso se deve em parte ao fato de a Greyp Bikes já ter experiência com o serviço. Em parte - devido à sua popularidade, ampla distribuição entre desenvolvedores em todo o mundo e boa atitude em relação ao Java / JVM (sim, eles são usados ​​ativamente no Greyp Bikes).

A AWS tinha um bom corretor IoT MQTT ( Cloud4Y escreveu sobre protocolos anteriormente ), ideal para trocar dados facilmente com uma bicicleta. É verdade que era necessário estabelecer uma conexão com o aplicativo para um smartphone. Houve tentativas de implementar isso por conta própria usando Websockets, mas mais tarde a empresa decidiu não reinventar a roda e mudou para a plataforma Google Firebase, que é amplamente usada pelos desenvolvedores de dispositivos móveis. Desde o início do desenvolvimento, a arquitetura do sistema passou por muitas melhorias e alterações. Parece que isso agora:


Pilha técnica

Implementação

A empresa forneceu duas maneiras de entrar no sistema. Cada um deles é implementado separadamente, com várias tecnologias para seu caso de uso.

Da bicicleta ao smartphone

A primeira coisa a considerar ao criar um ponto de entrada no sistema é qual protocolo de comunicação usar. Como já mencionado, a empresa escolheu o MQTT devido ao seu "caráter" leve. O protocolo é bom em termos de largura de banda, funciona muito bem com conexões potencialmente não confiáveis ​​e economiza energia da bateria, o que é especialmente importante para uma bicicleta elétrica da Greyp.

O corretor MQTT usado é necessário para fazer o download de todos os dados provenientes da bicicleta. Dentro da rede da AWS está o Lambda, que lê os dados binários fornecidos pelo broker MQTT, analisa-os e os entrega ao Apache Kafka para processamento adicional.

O Apache Kafka é a base do sistema. Todos os dados devem passar por ele para chegar ao destino final. Atualmente, o kernel do sistema possui vários agentes. O mais importante deles é aquele que coleta os dados e os transfere para o “armazenamento a frio” do InfluxDB. Outro transfere dados para o banco de dados Firebase Realtime, disponibilizando-o para aplicativos de smartphones. É aqui que o Apache Kafka é realmente necessário - um armazenamento a frio (InfluxDB) armazena todos os dados recebidos da bicicleta e o Firebase pode receber informações relevantes (por exemplo, métricas em tempo real - velocidade atual).

O Kafka permite receber mensagens em velocidades diferentes e entregá-las quase imediatamente ao Firebase (para exibição no aplicativo em seu smartphone) e, finalmente, transferi-las para o InfluxDB (para análise de dados, estatísticas, monitoramento).

O uso do Kafka também permite usar o dimensionamento horizontal com carga crescente, além de conectar outros agentes que podem processar dados recebidos no seu próprio ritmo e no seu próprio caso de uso (por exemplo, ao competir entre um grupo de bicicletas). Ou seja, a solução permite que os ciclistas competam entre si por uma variedade de características. Por exemplo, velocidade máxima, salto máximo, desempenho máximo etc.

Todos os serviços (chamados "GVC" - Greyp Vehicle Cloud) são implementados principalmente com base no Spring Boot e Java, embora outras linguagens também sejam usadas. Cada montagem é empacotada em uma imagem do Docker hospedada em um repositório ECR e é iniciada e hospedada pelo Amazon ECS. Embora o NoSQL seja bastante conveniente e popular para vários casos, o Firebase nem sempre pode atender a todas as necessidades do Greyp e, portanto, a empresa também usa o MySQL (no RDS) para consultas especiais (o Firebase usa a árvore JSON, que é mais eficiente em alguns casos) e armazenamento de dados específicos. Outro recurso de armazenamento usado é o Amazon S3, que garante a segurança dos dados coletados.

Do smartphone à bicicleta

Como já dissemos, a comunicação com smartphones é estabelecida através do Firebase. A plataforma é usada para autenticar usuários do aplicativo e suas partes do banco de dados em tempo real. De fato, o Firebase é uma combinação de duas coisas: uma é um banco de dados para armazenamento permanente de dados e a outra é para entrega de dados em tempo real aos smartphones por meio de uma conexão ao Websocket. Uma opção ideal para esse tipo de conexão é emitir comandos para a bicicleta quando os dispositivos não estiverem próximos (não há conexão BT / Wi-Fi disponível).

Nesse caso, o Greyp desenvolveu seu próprio mecanismo de processamento de comandos, que recebe mensagens de um smartphone por meio de um banco de dados no modo em tempo real. Esse mecanismo faz parte dos serviços básicos de aplicativos (GVC), cuja tarefa é converter os comandos do smartphone em mensagens MQTT transmitidas à bicicleta por meio do intermediário de IoT. Quando a bicicleta recebe um comando, ela a processa, executa a ação correspondente e retorna uma resposta ao Firebase (smartphone).

Monitoramento


Controle de Parâmetros

Quase todo desenvolvedor de back-end gosta de dormir à noite sem verificar os servidores a cada 10 minutos. E isso significa que você precisa implementar soluções automatizadas de monitoramento e alertas no sistema. Esta regra também se aplica ao ecossistema de ciclismo Greyp. Também existem especialistas em sono noturno normal, portanto a empresa usa duas soluções em nuvem: Amazon CloudWatch e jmxtrans.

O CloudWatch é um serviço de monitoramento e vigilância que coleta dados operacionais e de monitoramento na forma de logs, métricas e eventos, ajudando a obter uma visão unificada dos aplicativos, serviços e recursos da AWS em execução na plataforma da AWS e no ambiente local. Com o CloudWatch, é conveniente detectar comportamentos anormais em seus ambientes, configurar alertas, criar representações visuais gerais de logs e métricas, executar ações automatizadas, solucionar problemas e aprender informações úteis que ajudam a manter os aplicativos funcionando sem problemas.

O CloudWatch coleta métricas personalizadas e as entrega ao painel. Lá eles combinam com dados de outros recursos gerenciados pela Amazon. A JVM recebe métricas através do terminal JMX usando um "conector" chamado jmxtrans (também localizado como um contêiner Docker no ECS).

Parte Dois, Características

Então, qual foi o resultado da bicicleta elétrica? A bicicleta de montanha elétrica Greyp G6 é equipada com uma bateria de íon de lítio de 36V, 700 Wh, alimentada por células LG. Em vez de esconder a bateria, como fazem muitos fabricantes de bicicletas elétricas, o Greyp possui uma bateria removível bem no centro do quadro. O G6 está equipado com um motor MPF com uma potência nominal de 250 watts (e também existe uma opção com 450 watts).

O Greyp G6 é uma bicicleta de montanha equipada com uma suspensão traseira Rockhox, dobrada perto do tubo superior e deixando espaço suficiente para uma bateria removível entre os joelhos do motorista. A estrutura é feita no estilo "enduro" e oferece um curso de 150 mm, graças à suspensão. Faltam linhas de cabo e freio dentro do quadro. Devido a isso, é garantida uma aparência estética e o risco de captura nos galhos é reduzido.

A estrutura de fibra de carbono 100% foi desenvolvida especialmente na Greyp usando a experiência adquirida durante a criação do hipercarro elétrico Concept One.

O kit eletrônico no Greyp G6 é controlado por um Módulo Inteligente Central (CIM) no estoque. Ele inclui uma tela colorida, Wi-Fi, Bluetooth, conexão 4G, um giroscópio, um conector USB C, uma câmera frontal e uma interface com uma câmera traseira sob a sela. A propósito, a câmera traseira é cercada por 4 LEDs . As câmeras de grande angular (1080p a 30 qps) destinam-se principalmente à gravação de vídeos durante a viagem.


A empresa presta atenção especial à solução eSTEM.

“O Greyp eSTEM é um módulo inteligente central para uma bicicleta que controla duas câmeras (frontal e traseira), controla a freqüência cardíaca do motorista, possui um giroscópio embutido, sistema de navegação e eSIM, que permite conectá-lo a qualquer momento. O sistema de e-bike usa o smartphone como interface do usuário, e o aplicativo móvel cria uma interface de usuário única, graças a várias novas opções, como um interruptor remoto de bicicleta, tirando fotos, enviando texto para a bicicleta e limitação de energia. ”

Há um botão especial "Compartilhar" no guidão da bicicleta. Se algo interessante ou emocionante acontecer durante a viagem, você pode clicar no botão e salvar automaticamente os últimos 15 a 30 segundos do vídeo, enviando-o para a conta de rede social do ciclista. Além disso, dados adicionais podem ser sobrepostos no vídeo. Por exemplo, consumo de energia da bicicleta, velocidade, tempo de viagem etc.

Com o telefone montado na bicicleta no modo painel, o Greyp G6 pode fornecer uma riqueza de informações, não apenas mostrar a velocidade atual ou o nível da bateria. Assim, o ciclista pode selecionar qualquer ponto no mapa (por exemplo, uma colina alta) e o computador calculará se há energia da bateria suficiente para chegar ao topo. Ou calculará o ponto sem retorno, se de repente você não quiser pedalar pela estrada de volta. Embora os pedais sejam bem possíveis de torcer. O fabricante alega que a bicicleta não é pesada (embora seja assim, seu peso é de 25 kg).


Greyp G6 é bem possível aumentar

O Greyp G6 possui um sistema anti-roubo semelhante ao Sentry Mode de Tesla. Ou seja, se você tocar em uma bicicleta estacionada, ele notificará o proprietário sobre isso e lhe dará acesso à câmera para descobrir quem está girando em torno da bicicleta elétrica. O motorista pode então desconectar remotamente a bicicleta para impedir que o atacante saia. E, dado que esses sistemas foram desenvolvidos na Greyp por muitos anos, é provável que eles realmente tenham inventado esse sistema antes que ele fosse introduzido pela Tesla.

À venda, existem vários modelos desta série: G6.1, G6.2, G6.3. O G6.1 acelera para 25 km / h (15,5 mph) e custa 6.499 euros. O G6.3 tem uma velocidade máxima de 45 km / h (28 mph) e custa 7.499 euros. Qual é a diferença entre o modelo G6.2 não é clara, mas custa 6.999 euros.

O que mais é útil para ler no blog do Cloud4Y

→ O caminho da inteligência artificial, de uma ideia fantástica para a indústria científica
→ 4 maneiras de economizar em backups na nuvem
→ Configurando top no GNU / Linux
→ O verão está quase no fim. Quase nenhum dado vazou
→ IoT, nevoeiro e nuvens: fale sobre tecnologia?

Assine o nosso canal Telegram para não perder outro artigo! Escrevemos não mais do que duas vezes por semana e apenas a negócios.