Как е създаден интелигентен електрически велосипед

На Хабре често пишат за електрически транспорт. И относно велосипедите. А също и за AI. Cloud4Y реши да комбинира тези три теми, като говори за „умен“ електрически велосипед, който винаги е онлайн. Ще говорим за модела Greyp G6.

За да ви бъде по-интересно, разделихме статията на две части. Първият е посветен на процеса на създаване на устройство, платформа и комуникационни протоколи. Второто е техническите спецификации, описание на хардуера и възможностите на мотора.

Част първа, бекенд

Greyp Bikes е хърватски производител на премиум електрически велосипеди, собственост на местния производител на екзотични суперколи Rimac. Компанията създава наистина интересни велосипеди. Просто погледнете предишния модел, G12S с двойно окачване. Това беше нещо средно между електрически велосипед и електрически мотоциклет, тъй като устройството можеше да ускори до 70 км/ч, имаше мощен двигател и измина 120 км с едно зареждане.

G6 се оказа по-елегантен и офроуд, но основната му характеристика е „свързаността“. Greyp Велосипеди направи важна стъпка към развитието на интернет на нещата, като предложи велосипед, който винаги е „онлайн“. Но нека първо да поговорим за това как „умният“ електрически велосипед е създаден на първо място.

Раждане на една идея

Огромен брой различни устройства се свързват с интернет. Защо велосипедите са по-лоши? Ето как Greyp Bikes излезе с идеята, която се превърна в G6. Във всеки един момент този мотор е свързан с облачен сървър. Мобилният оператор осигурява връзката, а eSIM се зашива директно в мотора. И това отваря много интересни възможности както за спортисти, така и за обикновени любители на колоезденето.

Платформа

При създаването на платформа за иновативен продукт трябва да се вземат предвид много нюанси. Ето защо изборът на облачна платформа за хостване и изпълнение на всички услуги, изисквани от модерен електрически велосипед, беше много важен въпрос. Компанията избра Amazon Web Services (AWS). Това отчасти се дължи на факта, че Greyp Bikes вече има опит с услугата. Отчасти - поради своята популярност, широко разпространение сред разработчиците по целия свят и добро отношение към Java / JVM (да, те се използват активно в Greyp Bikes).

AWS имаше добър IoT MQTT брокер (Cloud4Y писа за протоколите по-рано), идеален за лесен обмен на данни с вашия велосипед. Вярно, беше необходимо по някакъв начин да се установи връзка с приложението за смартфон. Имаше опити да се приложи това самостоятелно с помощта на Websockets, но по-късно компанията реши да не преоткрива колелото и премина към платформата Google Firebase, която се използва широко от мобилните разработчици. От началото на разработката архитектурата на системата е претърпяла много подобрения и промени. Ето така изглежда приблизително сега:

Технически стек

Изпълнение

Компанията е предвидила два начина за влизане в системата. Всеки от тях се реализира отделно, с различни технологии за своя случай на използване.

От велосипед до смартфон

Първото нещо, което трябва да имате предвид, когато създавате входна точка на системата, е какъв комуникационен протокол да използвате. Както вече споменахме, компанията избра MQTT заради лекия му характер. Протоколът е добър по отношение на пропускателната способност, работи добре с потенциално ненадеждни връзки и спестява енергия от батерията, което е особено важно за електрическия велосипед Greyp.

Използваният MQTT брокер е длъжен да зареди всички данни, идващи от мотора. Вътре в AWS мрежата е Lambda, която чете двоичните данни, предоставени от MQTT брокера, анализира ги и ги доставя на Apache Kafka за по-нататъшна обработка.

Apache Kafka е ядрото на системата. Всички данни трябва да преминат през него, за да достигнат крайната си дестинация. В момента ядрото на системата има няколко агента. Най-важният е този, който събира данни и ги прехвърля в студено хранилище InfluxDB. Другият прехвърля данните в базата данни Firebase Realtime, което ги прави достъпни за приложения за смартфони. Това е мястото, където наистина се появява Apache Kafka - студеното хранилище (InfluxDB) съхранява всички данни, идващи от мотора, а Firebase може да получи актуална информация (напр. показатели в реално време - текуща скорост).

Kafka ви позволява да получавате съобщения с различна скорост и да ги доставяте почти незабавно до Firebase (за показване в приложение на смартфон) и в крайна сметка да ги прехвърляте към InfluxDB (за анализ на данни, статистика, мониторинг).

Използването на Kafka също ви позволява да мащабирате хоризонтално с увеличаване на натоварването, както и да свързвате други агенти, които могат да обработват входящи данни със собствено темпо и за собствен случай на употреба (като състезание между група велосипеди). Това означава, че решението позволява на велосипедистите да се състезават помежду си по различни характеристики. Например максимална скорост, максимален скок, максимална производителност и т.н.

Всички услуги (наречени "GVC" - Greyp Vehicle Cloud) се изпълняват основно в Spring Boot и Java, въпреки че се използват и други езици. Всяка компилация е пакетирана в Docker изображение, хоствано в ECR хранилището, стартирано и оркестрирано от Amazon ECS. Въпреки че NoSQL е доста удобен и популярен за редица случаи, Firebase не винаги може да отговори на всички нужди на Greyp и затова компанията също използва MySQL (в RDS) за ad hoc заявки (Firebase използва JSON дърво, което е по-ефективно в някои случаи) и съхраняване на конкретни данни. Друго използвано хранилище е Amazon S3, което гарантира сигурността на събраните данни.

От смартфон до велосипед

Както вече казахме, комуникацията със смартфоните се осъществява чрез Firebase. Платформата се използва за удостоверяване на потребители на приложения и тяхната част от базата данни в реално време. Всъщност Firebase е комбинация от две неща: едното е база данни за постоянно съхранение на данни, а другото е за доставяне на данни в реално време до смартфони чрез Websocket връзка. Идеалният вариант за този тип връзка е да подавате команди към велосипеда, когато устройствата не са близо едно до друго (няма налична BT/Wi-Fi връзка).

В този случай Greyp са разработили собствен механизъм за обработка на команди, който получава съобщения от смартфона чрез база данни в режим на реално време. Този механизъм е част от основните услуги за приложения (GVC), чиято работа е да превежда команди на смартфон в MQTT съобщения, предавани на велосипеда чрез IoT брокер. Когато велосипедът получи команда, той я обработва, изпълнява подходящото действие и връща отговор на Firebase (смартфон).

мониторинг

Контрол на параметрите

Почти всеки бекенд разработчик обича да спи през нощта, без да проверява сървърите на всеки 10 минути. Това означава, че е необходимо да се внедрят автоматизирани решения за наблюдение и сигнализиране в системата. Това правило е приложимо и за велосипедната екосистема Greyp. Има и ценители на добрия нощен сън, затова компанията използва две облачни решения: Amazon CloudWatch и jmxtrans.

CloudWatch е услуга за наблюдение и видимост, която събира данни за наблюдение и оперативни данни под формата на регистрационни файлове, показатели и събития, като ви помага да получите унифициран поглед върху приложенията, услугите и ресурсите на AWS, работещи на платформата на AWS и локално. С CloudWatch можете лесно да откривате необичайно поведение във вашата среда, да задавате предупреждения, да създавате общи визуализации на регистрационни файлове и показатели, да извършвате автоматизирани действия, да отстранявате проблеми и да откривате полезни прозрения, които помагат на вашите приложения да работят гладко.

CloudWatch събира потребителски показатели и ги доставя на табло за управление. Там се комбинира с данни, идващи от други ресурси, управлявани от Amazon. JVM получава показатели чрез JMX крайна точка, използвайки „конектор“, наречен jmxtrans (също хостван като Docker контейнер в ECS).

Част втора, характеристики

И така, с какъв вид електрически велосипед се спряхте? Електрическият планински велосипед Greyp G6 е оборудван с 36V, 700 Wh литиево-йонна батерия, захранвана от LG клетки. Вместо да скрие батерията, както правят много производители на електронни велосипеди, Greyp постави сменяемата батерия точно в центъра на рамката. G6 е оборудван с MPF двигател с номинална мощност от 250 W (като има и опция от 450 W).

Greyp G6 е планински велосипед със задно окачване Rockhox, прибрано близо до горната тръба и оставящо достатъчно място за сменяема батерия между коленете на водача. Рамката е в стил ендуро и предлага 150 мм ход благодарение на окачването. Кабелът и спирачните тръбопроводи са прокарани вътре в рамката. Това гарантира естетичен външен вид и намалява риска от закачане на клони.

Рамката от 100% въглеродни влакна е специално разработена от Greyp, използвайки опита, натрупан по време на създаването на електрическия хиперавтомобил Concept One.

Електронният пакет на Greyp G6 се управлява от централен интелигентен модул (CIM) на стеблото. Той включва цветен дисплей, WiFi, Bluetooth, 4G свързаност, жироскоп, USB C конектор, предна камера, както и интерфейс със задна камера под седалката. Между другото, задната камера заобиколен от 4 светодиода. Широкоъгълните камери (1080p 30 fps) са предназначени предимно за заснемане на видео по време на пътуване.

Примери за снимки





Компанията обръща специално внимание на решението eSTEM.

„Greyp eSTEM е централен смарт модул за велосипеда, който управлява две камери (предна и задна), следи сърдечния ритъм на колоездача, има вграден жироскоп, навигационна система и eSIM, което позволява да бъде свързан по всяко време. Системата за електронни велосипеди използва смартфона като потребителски интерфейс, а мобилното приложение създава уникално потребителско изживяване с различни нови опции като дистанционно превключване на велосипед, заснемане на снимки, текст към велосипед и ограничаване на мощността.

На кормилото на мотора има специален бутон „Сподели“. Ако нещо интересно или вълнуващо се случи по време на вашето каране, можете да натиснете бутон и автоматично да запазите последните 15-30 секунди от видеото и да го качите в акаунта на колоездача в социалните медии. Допълнителни данни също могат да бъдат насложени върху видеоклипа. Например консумацията на енергия на велосипеда, скоростта, времето за пътуване и т.н.

С телефона, монтиран на велосипеда в режим на табло, Greyp G6 може да предостави изобилие от информация, освен да покаже текущата ви скорост или ниво на батерията. Така че велосипедистът може да избере всяка точка на картата (например висок хълм) и компютърът ще изчисли дали зарядът на батерията е достатъчен, за да стигне до върха. Или ще изчисли точката без връщане, ако внезапно не искате да въртите педалите на връщане. Въпреки че педалите могат да се въртят доста лесно. Производителят уверява, че велосипедът не е тежък (въпреки че според погледа теглото му е 25 кг).

Greyp G6 е напълно възможно да се вдигне

Greyp G6 има система против кражба, която е подобна на Часов режим от Тесла. Тоест, ако докоснете паркиран велосипед, той ще уведоми собственика и ще му даде достъп до камерата, за да разбере кой се върти около електрическия велосипед. След това водачът може да избере дистанционно да деактивира мотора, за да попречи на натрапника да потегли. И като се има предвид, че тези системи се разработват в Greyp от години, вероятно те всъщност са измислили тази система, преди Tesla да я внедри.

В продажба има няколко модела от тази серия: G6.1, G6.2, G6.3. G6.1 ускорява до 25 км/ч (15,5 мили в час) и струва €6. G499 има максимална скорост от 6.3 км/ч (45 мили в час) и струва €28. Какво е различното при модела G7 не е ясно, но той струва 499 евро.

Какво друго можете да прочетете в блога? Cloud4Y

→ Пътят на изкуствения интелект от фантастична идея до научната индустрия
→ 4 начина да спестите от резервни копия в облак
→ Настройване на върха в GNU/Linux
→ Лятото почти свърши. Почти не са останали неизтекли данни
→ IoT, мъгла и облаци: да поговорим за технологии?

Абонирайте се за нашите Telegram-канал, за да не пропуснете следващата статия! Пишем не повече от два пъти седмично и само по работа.

Източник: www.habr.com