Descrizione delle attività svolte PSM-CUBIT-AIDILAB. Deliverable D 4.1

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1 Pag. 1 di 36 Descrizione delle attività svolte PSM-CUBIT-AIDILAB Deliverable D 4.1 Scenari di test in ambiente controllato e risultati Revisione Data Modifica Redatta Verificata Primo rilascio PSM-CUBIT-AIDILAB PSM Revisione e approvazione PSM-CUBIT-AIDILAB PSM Rilascio Report finale Revisione e approvazione PSM-CUBIT-AIDILAB PSM Le informazioni contenute nel testo di questa comunicazione e negli eventuali allegati sono ritenute confidenziali e di proprietà di PSM s.r.l. Se questo documento vi è pervenuto per errore, siete pregati, tenuto conto delle responsabilità connesse all'indebito utilizzo delle informazioni, comprendente copia, divulgazione e distribuzione (art. 616 c.p. e Decreto legislativo n. 196/2003), di distruggere immediatamente l'originale e le eventuali copie o stampe. PSM s.r.l. salvaguarderà i propri interessi in ogni sede e con ogni mezzo legale in caso d'infrazione

2 Pag. 2 di 36 Sommario 1 - Introduzione Power Board INDOLE Verifica montaggio componenti Verifica corto circuiti Verifica alimentazione Verifica azionamento relay Verifica funzionamento Powerline Modem Verifiche software Powerline Modem Risultato dei test Engine INDOLE Errori schemi elettrici e PCB Verifica inserzione connettori Verifica compatibilità PIN e connettori Verifica corto circuiti Verifica alimentazioni Altre verifiche hardware Risultati dei test hardware Ciabatta intelligente Verifica montaggio componenti Verifica corto circuito Verifica alimentazioni Verifica tensione 3V3H e VREF Verifica tensione 12V e 5V Verifica tensione 12VH Verifica azionamento relay Verifica funzionamento Powerline Modem Verifiche software microcontrollore EM783-MC Verifiche software Powerline Modem... 33

3 Pag. 3 di Introduzione Il presente Deliverable riguarda l Attività Definizione e implementazione dello scenario di test e l Attività 4.2 Testing in ambiente controllato e fornisce la descrizione dei test eseguiti in ambiente controllato e i risultati ottenuti relativi all analisi elettrica e qualitativa delle componenti del sistema. In particolare, il capitolo 2 descrive i test realizzati sulla scheda POWER BOARD, il capitolo 3 per la scheda ENGINE e il capitolo 4 per la ciabatta intelligente. Per la realizzazione delle prove sono stati utilizzati i seguenti strumenti di laboratorio: L'Oscilloscopio utilizzato per effettuare le varie misurazioni è il LeCroy 24Xs-A 200MHz 2.5Gs/s. Il Multimetro utilizzato per misurare le varie tensioni è il Fluke 87V. Alimentazione controllata da rete elettrica 220V AC. Alimentazione controllata da DC POWER SUPPLY AL 781NX. POWER LINE MODEM ST7540 demonstration kit: Evaluation kit utilizzata per verificare la comunicazione via powerline. Il presente Deliverable è stato realizzato dal personale delle aziende CUBIT, PSM e AIDILAB.

4 Pag. 4 di Power Board INDOLE La Power Board è la scheda che si interfaccia alla tensione di rete 220Vac e provvede a fornire l alimentazione principale di 12Vdc necessaria al Power-Line modem. Lo stesso +12V viene utilizzato come sorgente unica di alimentazione per la scheda CPU e tutte le periferiche ad essa connesse. L interfaccia tra scheda CPU BOARD e Power-Line modem avviene via UART con segnali a livello TTL 3,3V direttamente interfacciati alla CPU principale. La circuiteria del modem e dell alimentatore ac/dc è protetta da fusibile, varistore ed ESD. FIGURA 1. POWER BOARD Per verificare il funzionamento della Power Board sono stati realizzati i test che seguono. 2.1 Verifica montaggio componenti In fase di montaggio delle schede è stato riscontrato che i Relay Tyco Electronics PE hanno il footprint sbagliato. Avendo il pinout "specchiato" (come mostrato in figura), è stato necessario sollevare leggermente i relay in modo da invertire i collegamenti errati. FIGURA 2. PINOUT RELAY Oltre ai relay non risultano altri errori nel montaggio dei componenti.

5 Pag. 5 di Verifica corto circuiti Utilizzando il multimetro digitale Fluke 87V non sono stati riscontrati corto circuiti tra le alimentazioni e le altre net. 2.3 Verifica alimentazione Utilizzando il multimetro digitale Fluke 87V sono state verificate le seguenti alimentazioni: 12V: alimentazione a 12V creata dal componente P2 ECE10US12, test ---> OK 3V3: alimentazione creata dal componente U1, test ---> OK VCC: alimentazione a 5V creata dal componente U1, test ---> OK 2.4 Verifica azionamento relay Sui prototipi è stato testato il funzionamento dei relay andando a pilotare direttamente i segnali RELAY1, RELAY2 e RELAY3 che azionano i transistor BC817 che a loro volta fanno scattare i relay, test--->ok FIGURA 3. RELAY 2.5 Verifica funzionamento Powerline Modem Monitorando i segnali prodotti dalla CPU Powerline Modem ST7540 si è riscontrato un errore di mancato collegamento tra i componenti C16 e R14. Nei prototipi è stato corretto l errore mediante filatura tra i due punti.

6 Pag. 6 di 36 FIGURA 4. NODO DI PAOUT Inoltre durante i test sulla board si è riscontrato che per scrivere il control register del componente ST7540 è necessario collegare anche il pin CLR/T alla cpu Sitara. Sui prototipi questo pin è stato riportato sul pin 10 del connettore P6 di interfaccia verso la scheda ENGINE INDOLE. FIGURA 5. PIN 8 DI U1 CLR/T 2.6 Verifiche software Powerline Modem Per poter testare il funzionamento del powerline modem sono state utilizzate due evaluation board EVALST prodotte dalla STMicroelectronics. Ciascuna EVB è composta da due schede:

7 Pag. 7 di 36 una ad alta tensione che prevede la CPU ST7540 per la trasmissione/ricezione dei messaggi sulla 220V una a bassa tensione che funge da interfaccia tra il micro ST7540 e il PC per la visualizzazione dei dati raccolti FIGURA 6. EVB Lo scenario di test in campo controllato è stato realizzato collegando EVB e POWER BOARD INDOLE come mostrato nelle figure 7 e 8. FIGURA 7. SCHEMA COLLEGAMENTI 1 La parte di EVB ad alta tensione è stata collegata alla 220V tramite ciabatta commerciale con interruttore on/off di sicurezza 2 La parte di EVB a bassa tensione è stata collegata ad un PC tramite connettore USB type B

8 Pag. 8 di 36 3 La Power Board INDOLE è stata collegata alla tensione di rete di 220V tramite la stessa ciabatta utilizzata per l EVB 4 La Power Board INDOLE è stata collegata alla parte a bassa tensione di una seconda EVB ST tramite un cavetto custom con i segnali di TX, Rx, GND, REGDATA, DIR, CLR/T e CD/PD. 5 La stessa EVB è stata collegata ad un PC tramite connettore USB type B Power Board INDOLE 220V Cavo custom EVB ST bassa tensione USB type B to PC FIGURA 8. EVB e Power Board La comunicazione seriale realizzata tra PC e EVB e tra PC e POWER BOARD INDOLE consente di utilizzare il tool windows STM PLM EVALUATION TOOL GUI. Il tool offre una semplice interfaccia grafica grazie alla quale è possibile settare i registri del micro ST7540 ed eseguire test di trasmissione e ricezione dei pacchetti sulla 220V. Grazie al tool sono stati realizzati i seguenti test: Settaggio Control Register del micro ST7540. In questa fase è stata verificata la corretta procedura di lettura e scrittura del control register. Questo registro contiene la configurazione utilizzata per la trasmissione/ricezione dei messaggi sulla 220V. Dopo diverse prove è stata scelta, per i successivi test, la seguente configurazione :

9 Pag. 9 di 36 Campo Valore Descrizione Carrier frequency 82.05KHz Frequenza di scambio messaggi su 220V Baud rate 2400 Baud rate Interface SYNC Seriale sincrona per scrittura Control register Detection CARR NC Tipo di detection utilizzata Filter 9B58 Valore del preambolo per filtrare i pacchetti PING: il toll permette di eseguire una sessione di ping del dispositivo sotto test sia in modo master che in modo slave. In modo master è il dispositivo che inizia la session di ping trasmettendo i pacchetti, mentre in modo slave il dispositivo si mette in ascolto in attesa di ricevere i messaggi di ping. I test di ping sulla POWER board hanno restituito ottimi risultati evidenziando un errore di perdita pacchetti intorno al 2%. FIGURA 9. PING SESSION Trasmissione pacchetti: il tool permette di trasmettere dei messaggi sulla 220V sia in modo puntuale che in modo continuo. I pacchetti inviati dalla POWER BORAD vengono correttamente ricevuti dall EVB ST. Come mostrato in figura il messaggio contiene il preambolo 9b58 utilizzato per eseguire una sorta di filtraggio dei pacchetti che passano sulla 220V. Togliendo il preambolo l EVB non riceve più i messaggi trasmessi.

10 Pag. 10 di 36 FIGURA 10. TRANSIMISSION SESSION Ricezione pacchetti: il tool permette di ricevere i messaggi trasmessi sulla 220V utilizzando o meno il preambolo di filtraggio. La POWER BORAD riceve correttamente i messaggi trasmessi dall EVB ST. Come mostrato in figura il messaggio contiene il preambolo 9b58 utilizzato per il filtraggio dei pacchetti che passano sulla 220V. Togliendo il preambolo la POWER BOARD non riceve più i messaggi trasmessi. FIGURA 11. RECEIVING SESSION

11 Pag. 11 di Risultato dei test I risultati dei test evidenziano il problema HW dei Relay e del mancato collegamento del segnale CLR/T tra il micro ST7540 e la CPU Sitara. Le modifiche verranno apportate nelle successive release del progetto. Dal punto di vista SW non sono stati riscontrati problemi.

12 Pag. 12 di Engine INDOLE La CPU Board è composta da un microprocessore Sitara AM3552 con 256M di flash e 512M di RAM e una unità di gestione dell alimentazione per il core del sistema e tutte le periferiche. L interfaccia al display LCD è TTL 24bit, il touch screen è di tipo capacitivo retroproiettato con il controller implementato su flex circuit. L interfaccia con la scheda sensori avviene via UART a livelli TTL 3,3V in modo da svincolare la CPU principale dalla gestione a basso livello dei sensori. L interfaccia con la scheda POWER BOARD avviene tramite connettore a doppia fila P1. FIGURA 12. CPU BOARD INDOLE Per verificare il funzionamento della CPU Board sono stati realizzati i test che seguono. 3.1 Errori schemi elettrici e PCB In fase di testing delle schede è stato riscontrato un errore sul componente TPS62110 che genera la tensione di 5V utilizzata dalla board a partire dalla tensione di 12V proveniente dalla POWER BOARD INDOLE. Sulle schede questo errore è stato risolto collegando a massa i pin 6 e 7 del componente stesso. 3.2 Verifica inserzione connettori E' stata verificata l'inserzione dei seguenti connettori della scheda CPU board: uusb: test --->OK usd: test --->OK anche card detect Connettore sensori: test --->OK Connettore power Board: test --->OK Connettore LCD: test --->OK

13 Pag. 13 di Verifica compatibilità PIN e connettori E' stata verificata la compatibilità della scheda CPU INDOLE con le altre schede del progetto ed in particolare con: LCD: test --->OK Sensors Board: test --->OK Power Board: test --->OK Sensore di prossimità: test --->OK 3.4 Verifica corto circuiti Utilizzando il multimetro digitale Fluke 87V non sono stati riscontrati corto circuiti tra le alimentazioni e le masse o con le altre net. 3.5 Verifica alimentazioni Utilizzando il multimetro digitale Fluke 87V sono state verificate le seguenti alimentazioni: 1V8_WL: test --->OK BT1: test --->OK 12V: test --->OK SYS_5V: test --->OK VDD_3V3B: test --->OK VDD_3V3A: test --->OK VDD_1V8: test --->OK VDDS_DDR: test --->OK USB_DC: test --->OK 3V5_WL: test --->OK 3V3_SENS: test --->OK VDD_CORE: test --->OK SPK_5V: test --->OK Inoltre, come mostrato nelle figure che seguono, si è verificato che non si presentano particolari spike sulle tensioni di alimentazione durante il funzionamento della scheda ENGINE 12V: Tensione di alimentazione realizzata dalla POWER BOARD a partire dalla tensione di rete di 220V FIGURA V ENTRANTE DALLA POWER BOARD

14 Pag. 14 di 36 SYS_5V: Tensione a 5V per la parte digitale della scheda FIGURA 14. SYS_5V VOUT DI U1 VDD_3V3B: Tensione a 3V3 per la parte digitale della scheda FIGURA 15. 3V3B

15 Pag. 15 di 36 3V3A: Tensione a 3V3 per la parte analogica della scheda FIGURA 16. 3V3A VDD_1V8: Tensione di alimentazione per il modulo WIFI FIGURA 17. 1V8

16 Pag. 16 di 36 VDDS_DDR: Tensione di alimentazione per la memoria DDR3 FIGURA 18. VDD DDR3 1V8_WL: Tensione di alimentazione filtrata per il modulo WIFI FIGURA 19. 1V8 WIFI

17 Pag. 17 di 36 3V5_WL: Tensione di alimentazione per il modulo WIFI FIGURA 20. 3V5 WIFI 3V3_SENS: Tensione di alimentazione per Sensor Board FIGURA 21. 3V3 PER SCHEDA SENSORI

18 Pag. 18 di 36 SDK_5V: tensione di alimentazione per speaker 3.6 Altre verifiche hardware FIGURA 22. 5V SPEAKER Durante i test sono state inoltre verificate le alimentazioni da USB e la carica della batteria BT1 con risultato del test positivo. Sono stati controllati dove possibile anche le oscillazioni dei quarzi. In figura è possibile vedere il quarzo Y2 a 24MHz. FIGURA 23. QUARZO Y2 a 24 MHz

19 Pag. 19 di Risultati dei test hardware I risultati dei test HW evidenziano il funzionamento corretto da parte della scheda con il solo problema della connessione dei due pin di U2 a GND. La CPU board è stata connessa alle altre schede (POWER board, SENSOR board, sensore di prossimità) ed è stato verificato il corretto posizionamento del pinout dei connettori. Infine è stato verificato il corretto funzionamento del sistema alimentando tutte le schede tramite la 220V della POWER BORAD. I risultati dei test hanno verificato il corretto svolgimento del porting del sistema operativo android sulla piattaforma Sitara. Sono stati testati e validati i funzionamento di tutti driver di interesse montati sulla CPU board con esito positivo. Tutti i segnali di controllo sono funzionanti e correttamente pilotati dai driver e manualmente. FIGURA 24. SEGNALI DI CONTROLLO Il sistema effettua correttamente la procedura di boot e risulta pienamente funzionante con le applicazioni di test utilizzate anche nella fase prototipale: riproduzione di contenuti multimediali, controllo di switch e sorgenti luminose, rilevamento dati sensori. TOUCH PANEL Il dispositivo di input touch e' stato testato in modalita' raw andando a visualizzare i messaggi di debug del sistema Android, sia simulando un normale utilizzo. Le funzionalità sono risultate ottimali e non sono stati rilevati malfunzionamenti e lag dovuti ad interferenze. La modalità di interazione è risultata essere quella definita in fase di progetto.

20 Pag. 20 di 36 FIGURA 25. TOUCH PANEL WIFI Per quanto riguarda la connettivita' WiFi del modulo WL1831MOD sono stati testati diversi access point di tipo commerciale in un ambiente domestico. Analogamente e' stata testa la modalita' direct Wifi con 11 dispositivi mobile e laptop.

21 Pag. 21 di Ciabatta intelligente La ciabatta intelligente è un dispositivo in grado di controllare i consumi su tre prese e di comunicarli tramite Powerline modem all unità principale composta dal terminale Indole. Le tre prese possono essere disabilitate da comando remoto, o secondo una logica locale e il loro stato è indicato da un led. FIGURA 26. CIABATTA INTELLIGENTE Per verificare il funzionamento della Ciabatta intelligente sono stati realizzati i test che seguono. 4.1 Verifica montaggio componenti In fase di testing delle schede è stato riscontrato un errore nella scelta del componente U3 che genera la tensione 3V3 per la parte digitale della scheda. Sui prototipi è stato sostituito con un TLV1117_3V3. FIGURA 27. TLV1117_3V3

22 Pag. 22 di Verifica corto circuito Utilizzando il multimetro digitale Fluke 87V non sono stati riscontrati corto circuiti tra le alimentazioni e le altre net. 4.3 Verifica alimentazioni Utilizzando il multimetro digitale Fluke 87V sono state verificate le seguenti alimentazioni: 4.4 Verifica tensione 3V3H e VREF Per eseguire un primo debug in sicurezza della ciabatta è stata staccata la parte in alta tensione della scheda. Per alimentare il resto del circuito è stato utilizzato un alimentatore AC/DC esterno da 12V collegato tra il pin 3 di U3 e massa dissaldando R3 (figura 4). Sono state verificate le seguenti alimentazioni: 3V3H: alimentazione a 3.3V creata dal componente U3 TLV1117, test --->3.308 VREF: tensione da 1.65V utilizzata per le letture ADC del micro EM783-MC3, test ---> Verifica tensione 12V e 5V Le tensioni ISOLATE 12V e 5V utilizzate per le tre porte USB della ciabatta, sono state verificate dopo aver dissaldato le resistenze R1(220VAC_LINE), R72(220VAC_NEUTRAL) e R13(VMON) e i condensatori C41, C46, C50, C48, C59 e C54 dalla scheda. Anche queste modifiche sono state fatte per seguire un debug sicuro della scheda, in quanto la tensione di rete 220V entra solo nell alimentatore XP Power che genera il 12V. Sono state verificate le seguenti alimentazioni: 12V: alimentazione a 12V creata da XP Power (P1), test ---> V: tensione a 5V creata da U1 a partire dal 12V, test --->4.985

23 Pag. 23 di 36 FIGURA 28. MODIFICHE PER VERICA TENSIONI 4.6 Verifica tensione 12VH Per verificare il funzionamento del componente TEA1721xT che crea la tensione 12VH a partire dalla tensione di rete 220V è stato necessario risaldare sulla scheda le resistenze R1 e R72. Le prove hanno verificato il corretto funzionamento del TEA1721, anche se sono stati cambiati alcuni componenti del circuito al fine di ottimizzare il setup time del 12VH. 12VH: alimentazione a 12V creata dal TEA1721, test --->11.96 Verificato il 12VH è stata risaldata sul circuito la resistenza R3 in modo da collegare il 12VH stesso al regolatore di tensione U3 che genera il 3V3H necessario per alimentare il microcontrollore della ciabatta.

24 Pag. 24 di 36 3V3H: tensione a 3.3V creata da U3 a partire dal 12VH, test ---> Verifica azionamento relay Sui prototipi è stato testato il funzionamento dei relay bistabili RT314F12 K1, K2 e K3 sia con e senza carico, test ---> OK FIGURA 29. RELAY K1 4.8 Verifica funzionamento Powerline Modem Come per la scheda POWER BOARD INDOLE, monitorando i segnali prodotti dalla CPU Powerline Modem ST7540 si è riscontrato un errore di mancato collegamento tra i componenti C31 e R23. Nei prototipi è stato corretto l errore mediante filatura tra i due punti. FIGURA 30. NODO DI PAOUT

25 Pag. 25 di 36 Inoltre durante i test sulla board si è riscontrato che per scrivere il control register del componente ST7540 è necessario collegare anche il pin CLR/T alla cpu EM783. Sui prototipi questo segnale è stato collegato al micro EM783 tramite optoisolatore HCPL-260L. FIGURA 31. PIN 8 DI U1 CLR/T 4.9 Verifiche software microcontrollore EM783-MC3 La prima programmazione del micro EM783-MC3 deve essere fatta tramite comunicazione seriale utilizzando il tool di sviluppo NXP Flash Magic. Per programmare la scheda è necessario: Filare dalla scheda un connettore a tre poli con GND, RX e TX. Nota: importante mantenere l ordine indicato del tre segnali. Chiudere il jumper di boot JP2 e alimentare la scheda. Questo fa si che il micro vada nella particolare configurazione di boot HW via seriale. Utilizzare un convertitore USB/seriale TTL per collegare il PC al connettore seriale a tre poli della ciabatta. Aprire Flash Magic Tool, caricare il file.hex del programma da flashare e impostare le caratteristiche della seriale e di programmazione come da foto. L ambiente di sviluppo utilizzato per compilare il software per il micro EM783-MC3 è l IDE Keil uvision5.

26 Pag. 26 di 36 FIGURA 32. MICROCONTROLLORE EM783-MC3 Una volta caricato il software è possibile programmare la scheda utilizzando il debugger jlink2 tramite header P5. FIGURA 33. PROGRAMMAZIONE SCHEDA

27 Pag. 27 di 36 Per verificare il funzionamento delle periferiche del micro è stato realizzato un programma di test che utilizza il tool VirtualLCD come terminale video+tastiera della ciabatta. La comunicazione tra scheda e PC è realizzata con la stessa interfaccia seriale utilizzata per programmare il microcontrollore. FIGURA 34. PROGRAMMA DI TEST FIGURA 35. PROGRAMMA DI TEST

28 Pag. 28 di 36 Per simulare i segnali di consumo provenienti dalle tre utenze della ciabatta è stato utilizzato un generatore di segnale sinusoidale a 50Hz. Il segnale prodotto è stato collegato sui condensatori di disaccoppiamento (C41, C46, C50, C48, C59 e C54) messi prima degli amplificatori di segnale U12, U14 e U16. FIGURA 36. FRONT-END ANALOGICO Andando a modificare l ampiezza picco-picco della sinusoide prodotta dal generatore si riesce a valutare il comportamento dei segnali di HIGHGAIN e LOWGAIN utilizzati dal micro EM783 per stimare il consumo di corrente delle utenze tramite la sua interfaccia di Metrology Engine. Il Metrology Engine rappresenta l interfaccia analogica del microprocessore EM783 ed è in grado di eseguire misurazioni di tensione e corrente periodiche a partire dagli ingressi analogici di I_HIGHGAIN, VOLTAGE e I_LOWGAIN. VOLTAGE: il metrology esegue la misura AC della tensione di rete su questo ingresso analogico. Essendo un pin a bassa tensione del microprocessore, non è possibile collegarci direttamente la tensione di rete (220V), ma è necessario un front-end analogico esterno che mantiene immutata la caratteristica sinusoidale del segnale di rete, ma ne scala l ampiezza massima. Quest ultima infatti non deve superare la tensione di alimentazione del micro VDD=3.3V. I_HIGHGAIN: il metrology esegue la misura AC del consumo di corrente di un utenza su questo ingresso analogico. Il segnale che arriva a questo pin può essere generato o da una resistenza di shunt da collegare in serie alla tensione di alimentazione dell utenza o da una sonda di corrente (TA) che deve essere collegata su un polo di alimentazione dell utenza stessa. Come per il pin di VOLTAGE, anche I_LOWGAIN necessita di un front-end analogico esterno che mantiene immutata la caratteristica sinusoidale del segnale di assorbimento, ma ne amplifica l ampiezza in base alla massima misura di corrente che si intende collegare all utenza. Tipicamente questo pin viene utilizzato per misurare i bassi assorbimenti, per cui l amplificazione da impostare sul front-end deve essere alta, ma comunque di un valore tale da mantenere il segnale I_ HIGHGAIN inferiore alla

29 Pag. 29 di 36 tensione di alimentazione del micro VDD=3.3V. Per gli alti consumi, la misurazione effettuata con I_HIGHGAIN non è veritiera in quanto l alto guadagno fa saturare l amplificatore e quindi il metrology non è in grado di discriminare le diverse correnti assorbite. I_LOWGAIN: il metrology esegue la misura AC del consumo di corrente di un utenza su questo ingresso analogico. Il segnale che arriva a questo pin può essere generato o da una resistenza di shunt da collegare in serie alla tensione di alimentazione dell utenza o da una sonda di corrente (TA) che deve essere collegata su un polo di alimentazione dell utenza stessa. Come per il pin di VOLTAGE, anche I_HIGHGAIN necessita di un front-end analogico esterno che mantiene immutata la caratteristica sinusoidale del segnale di assorbimento, ma ne amplifica l ampiezza in base alla massima misura di corrente che si intende collegare all utenza. Tipicamente questo pin viene utilizzato per misurare gli alti assorbimenti, per cui l amplificazione da impostare sul front-end deve essere bassa, ma comunque di un valore tale da mantenere il segnale I_LOWGAIN inferiore alla tensione di alimentazione del micro VDD=3.3V. Per i bassi consumi, la misurazione effettuata con I_LOWGAIN non è veritiera in quanto il basso guadagno dell amplificazione non permette al metrology di discriminare le correnti assorbite utilizzando segnali ad ampiezza quasi nulla. Per avere misure accurate si devono utilizzare entrambi i canali HIGH e LOWGAIN. Il metrology in questo caso validerà la lettura eseguita sul pin di I_HIGHGAIN per gli assorbimenti più bassi, mentre validerà quella su I_LOWGAIN per i consumi più alti. Le figure seguenti mostrano in blu e giallo rispettivamente l andamento dei segnali LOWGAIN e HIGHGAIN. FIGURA 37. VALORE CORRETTO DA HIGHGAIN

30 Pag. 30 di 36 FIGURA 38. VALORE CORRETTO DA LOWGAIN Una volta verificati i segnali prodotti dai front-end, sono stati realizzati dei test di misura dei consumi utilizzando dei carichi noti. Lo scenario di test in campo controllato è stato realizzato collegando la ciabatta intelligente alle utenze come mostrato in figura. FIGURA 39. SCENARIO DI TEST

31 Pag. 31 di 36 1 La Ciabatta intelligente è stata collegata alla 220V tramite ciabatta commerciale con interruttore on/off di sicurezza 2 La Ciabatta intelligente INDOLE è stata collegata al PC tramite comunicazione seriale asincrona realizzata con cavo custom con i segnali Tx, Rx e GND 3 Alla Ciabatta intelligente INDOLE sono stati collegati dei carichi noti puramente resistivi per misurare i consumi. I carichi noti sono rappresentano un assorbimento da 500W, 1KW e 2KW. Grazie alla seriale che collega la ciabatta al PC è stato possibile visualizzare i consumi misurati dal metrology per le tre diverse utenze utilizzate. Per poter calibrare le misurazioni di tensione, corrente e power factor per ciascuna utenza è stato necessario eseguire la seguente procedura: Inizializzazione del metrology con dei valori costanti per le variabile relative a: tensione di rete, corrente di HIGHGAIN, corrente di LOWGAIN e power factor (VppInitial, I1ppInitial, I2ppInitial, DeltaPhiInitial) Calibrazione Vpp. Il parametro Vpp può essere calibrato come segue: o o o Calcolare il valore iniziale di Vpp, come descritto nel paragrafo precedente, in base al tipo di utenza che si vuole collegare e in base alle caratteristiche del front-end applicato al segnale di VOLTAGE. Esempio con 230V Vpp = 2*1.41*230=650V. Impostare tale valore come Vpp,initialvalue. Collegare al pin di VOLTAGE una sorgente di tipo AC con tensione di riferimento (Vsource) e frequenze nota (ad esempio 110V/60Hz o 230V/50Hz). Misurare il valore della tensione V in uscita alla sorgente AC. Il valore Vpp calibrato può quindi essere calcolato come: o Impostare questo nuovo valore come Vpp. Calibrazione I1pp. Il parametro I1pp può essere calibrato come segue: o o Calcolare il valore iniziale di I1pp, come descritto nel paragrafo precedente, in base al tipo di utenza che si vuole collegare e in base alle caratteristiche del front-end applicato al segnale di I_HIGHGAIN. Esempio con utenza a 16A I1pp = 2*1.41*16=45.3A. Impostare tale valore come I1pp,initialvalue. Collegare al pin di I_HIGHGAIN un carico di riferimento con una corrente nota Iref1. Nota: Assicurarsi che la corrente nota rientri nella gamma di I1pp.

32 Pag. 32 di 36 o Misurare il valore della corrente I sul carica. Il valore I1pp calibrato può quindi essere calcolato come: o Impostare il nuovo valore come I1pp. Calibrazione I2pp. La stessa procedura di calibrazione di Ipp1 può essere eseguita per ipp2. In questo caso però la sorgente di corrente nota viene collegata sul pin I_LOWGAIN e ipp2 viene ricalcolato come: Calibrazione DeltaPhi1. Il parametro DeltaPhi1può essere calibrato come segue: o o o Collegare al metrology una sorgente di tipo AC con tensione di riferimento e frequenze nota (ad esempio 110V/60Hz o 230V/50Hz). Impostare DeltaPhi1 a zero e applicare un carico resistivo (che non ha potenza reattiva) al metrology. Nota: Assicurarsi che la corrente rientri nella gamma di I1pp. Misurare i valori di uscita della potenza reattiva Q1 e potenza attiva P. Il valore di correzione DeltaPhi1 può quindi essere calcolato come: o Impostare questo valore calcolato come DeltaPhi1. Una volta calibrati questi valori con i carichi resistivi (power factor = 1) a disposizione è stato verificato il funzionamento del metrology leggendo i consumi delle tre utenze. I risultati sono mostrati in tabella:

33 Pag. 33 di 36 Utenza 1 Carico Tensione Corrente Potenza Power factor 500 W KW KW Utenza 2 Carico Tensione Corrente Potenza Power factor 500 W KW KW Utenza 3 Carico Tensione Corrente Potenza Power factor 500 W KW KW Verifiche software Powerline Modem Come per la scheda di potenza POWER BOARD INDOLE per poter testare il funzionamento del powerline modem sono state utilizzate due evaluation board EVALST prodotte dalla STMicroelectronics. Ciascuna EVB è composta da due schede: una ad alta tensione che prevede la CPU ST7540 per la trasmissione/ricezione dei messaggi sulla 220V una a bassa tensione che funge da interfaccia tra il micro ST7540 e il PC per la visualizzazione dei dati raccolti FIGURA 40. EVB E CIABATTA INTELLIGENTE Lo scenario di test in campo controllato è stato realizzato collegando EVB e ciabatta intelligente come mostrato in figura.

34 Pag. 34 di 36 4 La parte di EVB ad alta tensione è stata collegata alla 220V tramite ciabatta commerciale con interruttore on/off di sicurezza 5 La parte di EVB a bassa tensione è stata collegata ad un PC tramite connettore USB type B 6 La Ciabatta intelligente INDOLE è stata collegata alla tensione di rete di 220V tramite la stessa ciabatta utilizzata per l EVB 7 La Ciabatta intelligente INDOLE è stata collegata alla parte a bassa tensione di una seconda EVB ST tramite un cavetto custom con i segnali di TX, Rx, GND, REGDATA, DIR, CLR/T e CD/PD. 8 La stessa EVB è stata collegata ad un PC tramite connettore USB type B 220V Ciabatta intelligente INDOLE Cavo custom USB type B to PC EVB ST bassa tensione FIGURA 41. EVB E CIABATTA INTELLIGENTE

35 Pag. 35 di 36 Sono stati fatti gli stessi test eseguiti per la scheda POWER BOARD, ed in particolare: Settaggio Control Register del micro ST7540. In questa fase è stata verificata la corretta procedura di lettura e scrittura del control register PING: I test di ping sulla ciabatta intelligente hanno restituito ottimi risultati evidenziando un errore di perdita pacchetti intorno al 2%. FIGURA 42. PING SESSION Trasmissione pacchetti: i pacchetti inviati dalla Ciabatta vengono correttamente ricevuti dall EVB ST. Come mostrato in figura il messaggio contiene il preambolo 9b58 utilizzato per eseguire una sorta di filtraggio dei pacchetti che passano sulla 220V. Togliendo il preambolo l EVB non riceve più i messaggi trasmessi.

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