Especificaciones técnicas

Cómo funciona un adaptador Sentinel e interactúa con una cámara trampa

El Sentinel fue diseñado como un módulo fácil de usar que se conecta a cámaras trampa comerciales para mejorarlas con capacidades de procesamiento y transmisión de datos, sin necesidad de modificar la cámara trampa. Los dispositivos Sentinel contienen una placa de circuito impreso (PCB) personalizada que incluye un sistema de bajo consumo operado por un microcontrolador SAM D21E (MCU) (Microchip Technology, Chandler, AZ, USA) y un módulo de sistema Google Coral (Coral SoM) de alta velocidad con Unidad de Procesamiento Tensorial (TPU) integrada (Figura 1.1a), encerrados en una carcasa de plástico impermeable de protección (Figura 1.1b). La PCB puede incluir opcionalmente varios módulos de comunicación que incluyen celular (módulo Blues Wireless; Blues Inc., Boston, USA), LoRa (Notecard para LoRa; Blues Inc., Boston, USA) y satélite (módulo Swarm; Hawthorne - California, USA) además de WiFi. En los resultados de rendimiento presentados aquí, nos enfocamos en una versión de hardware que solo incluye el módulo celular. Similar a una Nvidia Jetson Nano, el Coral SoM es un ordenador de placa única con un chip especializado para redes neuronales (en este caso una unidad de procesamiento tensorial - TPU) capaz de procesar imágenes de cámaras trampa con modelos de redes neuronales. El Coral SoM ejecuta un sistema operativo Linux (Mendel, un derivado de Debian) que soporta el framework TensorFlow Lite. Además, la PCB contiene componentes personalizados de gestión de energía, un circuito de detección de activación de la cámara trampa, conexiones entre los módulos de comunicación y procesamiento de datos, y una ranura micro-SD para almacenar las imágenes capturadas. El Sentinel se alimenta con 2+5 baterías recargables de ion de litio 18650 y ofrece la posibilidad de alimentarse desde un panel solar externo. Una serie de luces LED permite a los usuarios rastrear y verificar el correcto funcionamiento del dispositivo en campo.

El Sentinel se conecta directamente a la ranura de la tarjeta SD de la cámara trampa mediante un cable USB a SD (Spypoint, Victoriaville, Canadá; Figura 1.1b). El cable se conecta mediante el conector Mini-USB a la PCB del Sentinel y reemplaza la tarjeta SD normal en la cámara trampa. Esta arquitectura permite que funciones básicas de la cámara como velocidad de disparo, calidad de imagen y vida de la batería no se vean afectadas, y elimina la necesidad de manipular la cámara trampa. La mayoría de las principales marcas de cámaras trampa han sido probadas para compatibilidad, incluidos diferentes modelos de Browning, Bushnell y Reconyx. Los problemas de conexión están mayormente relacionados con la correcta colocación de la tarjeta SD en la ranura y con que el cable saque la tarjeta al cerrar la puerta de la cámara trampa.

Figura 1.1: Componentes de hardware y montaje del Sentinel. (a) Frente y reverso de la PCB personalizada con todos los componentes principales numerados. (b) Sentinel ensamblado con cámara trampa. El Sentinel y la cámara trampa se despliegan en proximidad debido al cable Spypoint que los conecta. (c) Sentinel y cámara trampa desplegados.

Función básica

El Sentinel registra la activación de la cámara trampa. Si el conteo de activaciones de la cámara trampa supera cierto umbral o si pasa un umbral de tiempo establecido, el Sentinel 'despierta': En el caso de la comunicación celular, en la que nos centramos para esta breve descripción, el microcontrolador (MCU) del Sentinel primero activa el módulo celular, que intenta conectarse a una torre 4G LTE. Si no se encuentra señal 4G, el módulo celular intentará retroceder a 2G (GSM). Este proceso consume ~72 mA y normalmente dura 60 s, aunque se pueden establecer duraciones más largas dependiendo del entorno, por ejemplo, una selva densa. A continuación, la MCU enciende el Coral SoM, que monta la tarjeta SD conectada por cable (en la cámara trampa), transfiere todas las imágenes de la SD a la microSD del Sentinel antes de borrar y desmontar la SD (~860 mA). El Coral SoM luego ejecuta inferencia en todas las imágenes transferidas (~965 mA) antes de comprimir los resultados de clasificación junto con información adicional en insights. Un insight típicamente contiene la etiqueta de especie, el recorte de la imagen, la confianza de clasificación y una marca temporal. Los insights comprimidos se ponen en cola para transmisión celular junto con datos del dispositivo, como número de imágenes procesadas, voltaje de la batería y espacio restante en la microSD (~860 mA). Después de que la transmisión celular se complete, el Coral SoM y todos los módulos de comunicación se apagan y el sistema vuelve a sueño profundo (~1 mA).

Una vez que se reciben los datos celulares, los insights se descomprimen y se almacenan en una base de datos SQL en la nube desde la cual se sirven a diferentes puntos finales como el panel de usuario personalizado (https://mysentinel.info/) o la plataforma EarthRanger (www.earthranger.com).

Electrónica

• Google Coral SoM (System-on-Module)

  • NXP i.MX 8M SoC (quad Cortex-A53, Cortex-M4F)

  • Coprocesador Google Edge TPU (4 TOPS (int8); 2 TOPS por vatio)

  • Almacenamiento flash eMMC de 8 GB

• Microcontrolador Microchip SAM D21E

• Cable Spypoint Cell-Link

  • Interfaz SD a USB de 512 MB

• Opciones de comunicación

  • Wi-Fi (802.11b/g/n/ac 2.4/5GHz)

  • Satélite (opcional, SpaceX Swarm M138)

  • Celular (opcional, Blues Wireless Cellular Notecard con ranura SIM externa)

  • LoRaWAN (opcional, Blues Wireless LoRa Notecard)

• Opciones de alimentación

  • (preferido) 2x baterías recargables de ion de litio 18650

  • (opcional) 5x baterías recargables de ion de litio 18650

  • (opcional) Paquete de batería externo alimentado por energía solar (nota: esto reemplaza todas las baterías 18650)

  • Conector JST

  • Micro-USB

Otros

Rendimiento

• Períodos de procesamiento de fotos definidos por el usuario

  • Conteo de fotos alcanzado (cada 10 fotos, 30 fotos, etc.)

  • Período de tiempo establecido (cada 6 horas, 24 horas, 3 días, etc.)

• Duración de la batería

  • El Sentinel puede manejar ~800 ciclos por carga con 7 baterías (capacidad máxima)

• Soporte de modelos

  • YOLOv5 (incluyendo MegaDetector v5)

  • EfficientDet

  • MobileNet

  • ResNet

  • FOMO (Edge Impulse)

• Compatibilidad con cámaras

  • La mayoría de cámaras trampa comerciales con una ranura estándar para tarjeta SD

• Soporte de memoria externa

  • MicroSD (hasta 1 TB)

  • USB (hasta 1 TB)

• Consumo de energía

  • Sueño: <1 mA

  • Procesamiento de imágenes: 600 mA-1 A

  • Pico (por microsegundos): 3 A

Consumo de energía durante estados de actividad