Поделиться
Ученые ПНИПУ нашли способ ускорить передачу информации с техники в полях
В современные автомобили все чаще внедряют телематические системы. Они в режиме реального времени позволяют транспортным компаниям следить за подконтрольными им машинами: грузовиками, такси, автобусами, техникой в строительстве или сельском хозяйстве. Такой терминал собирает всю критически важную информацию о техническом состоянии транспортного средства, маршрутах следования, расходе топлива и прочие данные. Информация непрерывно передается в диспетчерские службы через сотовую сеть для анализа и контроля ситуации. Однако в условиях отсутствия стабильного соединения, например, когда спецтехника находится в удаленных районах или на стройплощадках, система не может своевременно передавать данные. Тогда получить их может только специальный мобильный сборщик, который подъезжает к месту базирования техники и загружает все мегабайты информации по Wi-Fi. Скорость и надежность такой операции во многом зависят от антенны, встроенной в терминал. Ученые Пермского Политеха спроектировали и протестировали компактную печатную Wi-Fi антенну, которая обеспечивает стабильное соединение без потерь, а также сочетает низкую стоимость и возможность легкой интеграции в корпус устройства. Разработка позволяет повысить эффективность производства телематических систем и скорость передачи данных в условиях отсутствия стабильной сотовой связи. Об этом CNews сообщили представители ПНИПУ.
Статья опубликована в сборнике «Неделя науки ИКНК», 2025. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Телематические системы — это терминалы, которые собирают и непрерывно передают практически все данные о контролируемом транспорте для его лучшего мониторинга и управления. Сейчас они используются практически повсеместно: в такси и каршеринге, курьерских службах, автобусах, грузовых фурах, строительной и сельскохозяйственной технике, корпоративных автомобилях, экстренных служебных машинах. В режиме реального времени они фиксируют различные нарушения, следят за работой транспорта, его состоянием, маршрутом, уровнем топлива, износом технических элементов и другими важными показателями. Вся собираемая информация записывается во внутреннюю память и отправляется ответственному лицу в диспетчерскую службу через сотовую сеть, где ее анализируют. Это позволяет оптимизировать логистику и повысить безопасность, например, грузоперевозок или передвижения общественных автобусов, а также выявлять неисправности, оценивать соблюдение правил эксплуатации, отслеживать критические события (резкое торможение, ДТП) и сокращать затраты компаний на техническое обслуживание.
Однако в условиях, когда связь отсутствует, терминал не может самостоятельно своевременно передавать все необходимые данные сервисному центру и тогда переходит в автономный режим накопления. Такая ситуация возникает, например, в лесной зоне, карьере, на сельскохозяйственных полях или строительной площадке, где техника может месяцами работать без связи. В этом случае на объект раз в сутки или неделю приезжает автомобиль-сборщик, который подключается ко всем необходимым машинам через Wi-Fi и перекачивает себе всю накопленную информацию, которую позже отправляет на сервер. Главная задача устройства — получить эти данные быстро и без потерь, однако этот процесс не мгновенный, он может занять от десятков секунд до нескольких минут в зависимости от скорости соединения.
«Эффективность такой передачи мобильному сборщику напрямую зависит от небольшого, но чрезвычайно важного компонента — Wi-Fi антенны. Она должна обеспечивать дальность и скорость связи. Антенны бывают как внешние, устанавливаемые в кабину, кузов или на лобовое стекло автомобиля, так и внутренние, встраиваемые внутрь терминала. Первые должны сохранять работоспособность в широком диапазоне температур от −40 до +85 °C и часто подвергаются механическим повреждениям. Вторые — не всегда эффективны, поскольку металлическая кабина ослабляет сигнал и экранирует лишь определенные направления передачи», — сказал Сергей Тюрин, старший преподаватель кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ.
Ученые Пермского Политеха разработали новую компактную, экономичную и надежную конструкцию Wi-Fi антенны, которую можно разместить внутри корпуса на плате самого терминала. Она принимает 99 % подаваемой мощности, что гарантирует минимальные потери сигнала и стабильное соединение.
В ходе ее создания эксперты изучили наиболее распространенные типы встраиваемых Wi-Fi антенн, которые применяются в различной электронике — смартфонах, модемах, спутниковых системах, приборах диагностики. Сравнили керамические, штампованные, патч-антенны и печатные. Все они изготавливаются по технологии печатных плат — пластин, на которых сформированы проводящие дорожки для соединения электронных элементов.
«Наилучшие показатели по габаритам, стоимости, воспроизводимости, защите от статики и направленности продемонстрировала печатная MIFA-антенна. Ее конструкция представляет собой медную дорожку в виде зигзагообразной линии, которая формируется непосредственно на поверхности печатной платы. Это не требует закупки и монтажа дополнительных компонентов, что позволяет значительно снизить себестоимость при массовом производстве устройств», — сказал Сергей Тюрин.
Основываясь на полученных данных, эксперты создали компьютерную 3D-модель такой MIFA-антенны, с помощью которой смогли рассчитать ее ключевые характеристики: мощность сигнала, который подается на нее, а не возвращается обратно (коэффициент отражения); общее сопротивление сигналу (импеданс); направления, в которых он распространяется от антенны (диаграмма направленности). Эти показатели определяют, насколько быстро и эффективно терминал сможет передать накопленные данные о транспортном средстве мобильному сборщику.
Затем ученые реализовали конструкцию физически — изготовили опытный образец, чтобы проверить его работоспособность. Им удалось настроить его практически до идеальных характеристик — антенна принимает 99% подаваемой на нее мощности на целевом частотном диапазоне 2,45 ГГц. Это гарантирует, что почти вся энергия действительно излучается и достигает своей цели, а не отражается обратно и не теряется, обеспечивая таким образом устойчивое соединение без потерь.
Чтобы проверить, как это работает в реальных условиях, ученые провели полевые испытания, где измеряли фактический уровень сигнала, скорость обмена и направленность излучения. Эксперимент проводили на пустой парковке: тестируемую антенну установили внутрь автомобиля и расположили на расстоянии 100 метров от приемника (имитатора мобильного сборщика), куда передавались проверочные данные объемом 10 МБ. Такие условия имитируют реальную ситуацию взаимодействия мобильного сборщика и техники, например, на стоянке или на полевом участке, где расстояние между ними редко превышает 50—100 метров. Результаты проверки сравнили с показателями других типов антенн: встраиваемой в корпус и патч-антенны, устанавливаемой на лобовое стекло автомобиля.
«Наша разработка показала наилучший результат. Средняя скорость передачи составила 1,56 Мбит/с, а время отправки 10 МБ данных — всего 54,4 секунды. Также подтвердилась возможность излучения во всех направлениях. Это наглядно демонстрирует ее эффективность и стабильность связи на серьезной дистанции. Для сравнения: патч-антенна показала скорость 1,49 Мбит/с, а встроенная — всего 0,63 Мбит/с», — сказал Сергей Тюрин.
Полученные результаты подтверждают, что предложенное устройство ученых ПНИПУ может применяться в серийных продуктах как встроенное решение. Разработанная антенна не требует внешнего монтажа, может быть интегрирована непосредственно в плату телематического терминала и практически не увеличивает его стоимость. Это делает ее идеальной для массового применения в коммерческом и грузовом транспорте, а также в технике сельского хозяйства, лесозаготовки, строительства и добывающей промышленности — везде, где машины работают вдали от населенных пунктов и зон устойчивого покрытия сотовых сетей.
Короткая ссылка
