Design and implementation of an advanced monitoring system for a shipping container

Recently, we have witnessed a huge growth of the so-called ”smart” products in every field, from the industrial one to our everyday objects. In order to make them smart, they must be equipped with an embedded system. As the abilities of those products increase, there is an increasing need for a proper power management strategy with the aim to keep the battery as small and light as possible without downgrading too much the service. However, is not always possible to test the designed power manager on the actual system due to development time. In this thesis, in particular, we are going to deal with a new smart container designed to replace the 64 years old steel container and thus, improve the logistics field. First, we are going to develop a simulation for the power consumption of the whole system and point out which is the behaviour we expect from it. Based on this, to regulate the consumed power aiming at reaching 6 months of autonomy, we will propose an offline approach and an online one that is based on cascaded control loops. Eventually, with the addition of solar panel recharge effect, we will point out which is the best combination of battery and solar panel to make the system lasts for the whole container life span of 12 years.

Negli ultimi anni vi e` stato un notevole aumento nel mondo dei prodotti ”smart”. Partendo dal mondo industriale e arrivando ai nostri oggetti quotidiani possiamo trovarli sotto qualsiasi forma. Tuttavia, la cosa che li accomuna e` la presenza di un sistema embedded. Con l’aumentare delle capacita` di questi, aumenta anche la loro richiesta energetica e proprio per questo e` sempre piu` importante avere un buon sistema di regolazione del consumo energetico. L’obiettivo e` quello di mantenere la betteria piu` piccola e leggera possibile senza pero` ridurre le capacita` del sistema. Purtroppo, per tempi di sviluppo, non e` sempre possibile testare il consumo energetico direttamente sul vero prodotto. In questa tesi, tratteremo di uno smart container progettato per rimpiazzare i vecchi container in metallo e, in questo modo, migliorare tutto il sistema logistico attuale. Inizieremo, come primo passo, a realizzere una simulazione per il consumo energetico del sistema embedded e da questa mostreremo il comportamento che vorremmo ottenere. Successivamente, utilizzando la simulazione, svilupperemo un sistema per regolare il consumo energetico con lo scopo di arrivare a 6 mesi di autonomia. Partendo da un primo approccio offline arriveremo poi a una soluzione online utilizzando control loops in cascata. Infine, testeremo il comportamento del sistema con l’aggiunta di un pannello solare con la finalita` di ottenere una batteria piu` piccola e un’autonomia di 12 anni, la vita media di un container. Indicheremo, dunque, una combinazione di batteria e pannello solare che e` in grado di soddisfare i requisiti da noi richiesti in questo stato di sviluppo del prodotto.