LoRaWAN-based IoT device for the detection of consumable level in a household appliance

Implementing a new wireless communication technology in a semi-massive production IoT device for the detection of consumable level in a household appliance to improve its performance without increasing a lot the cost and/or changing the concept is a challenge. The purpose of this thesis was to design, realize and test the prototype of the electronic board that implement the new wireless communication for the analyzed IoT device. The device, object of the study, is a water softener, that is able to monitor the level of the salt blocks used in the softening process. The device can communicate the salt level to an IoT cloud platform through a WiFi connection. The electronic HW and SW of the device were originally designed by Cefriel (the company where I did the internship) for one of its clients (water softener manufacturer). The new design is created by the implementation of a LPWAN technology. The activities started making a scouting of the available LPWAN technologies on the market, and selecting the one which best accomplish the requirements. After defining the new system architecture of the solution, the new electronic board has been designed and manufactures. Then, the old firmware was adapted to maintain the main functionalities, and the new technology processes were added. The work concluded with a test of the prototypes to understand and verify the suitability and the affability of the new approach. The new board integrates the modular LoRa/LoRaWAN wireless technology, accomplishing the requirements and giving some interesting results, which can lead to a follow-up after the end of this study for the implementation of the proposed solution in the commercial product.

L'implementazione di una nuova tecnologia di comunicazione wireless in un dispositivo IoT (attualmente in produzione semi-massiva), per il rilevamento del livello dei materiali di consumo utilizzati dal dispositivo e allo scopo di migliorare le prestazioni senza aumentare di molto il costo e/o modificare il "concept", rappresenta una sfida. Lo scopo di questa tesi è stato quindi quello di progettare, realizzare e testare il prototipo della scheda elettronica che implementa la nuova comunicazione wireless per il dispositivo IoT analizzato. Il dispositivo, oggetto dello studio, è un addolcitore d'acqua, in grado di monitorare il livello dei blocchi di sale utilizzati nel processo di addolcimento. Il dispositivo può comunicare il livello di sale a una piattaforma cloud IoT attraverso una connessione WiFi. L'HW e il SW del dispositivo sono stati originariamente progettati da Cefriel (l'azienda presso cui ho svolto lo stage) per uno dei suoi clienti (produttore di addolcitori d'acqua). Il nuovo design prevede l'implementazione di una comunicazione tramite tecnologia LPWAN. Le attività sono iniziate facendo uno scouting delle tecnologie LPWAN disponibili sul mercato e selezionando quella che meglio soddisfa i requisiti. Dopo aver definito la nuova architettura di sistema della soluzione, è stata progettata e realizzata la nuova scheda elettronica. Successivamente, il vecchio firmware è stato adattato per mantenere le funzionalità principali e sono stati aggiunti i processi della nuova tecnologia. Il lavoro si è concluso con un test dei prototipi per comprendere e verificare l'idoneità e l'affabilità del nuovo approccio. La nuova scheda integra la tecnologia wireless modulare LoRa/LoRaWAN, soddisfacendo i requisiti e fornendo alcuni risultati interessanti, che possono portare a un follow-up dopo la fine di questo studio per l'implementazione della soluzione proposta nel prodotto commerciale.