STUDIO PER UN SIMULATORE DI CONTROLLORE PER MOTORI

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1 STUDIO PER UN SIMULATORE DI CONTROLLORE PER MOTORI La presente nota descrive un progetto di studio sviluppato per fissare alcune idee in merito alle funzionalità richieste ed alla loro realizzazione. Il progetto è composto da tre parti: una unità fisica (hardware), il programma di controllo dell'unità (firmware) ed un'applicazione web che consente il controllo remoto dell'unità. Tutto il sistema può essere rappresentato con il seguente schema a blocchi: APPLICAZIONE WEB INTERFACCIA TCP/IP PANNELLO DI COMANDO UNITA' DI CONTROLLO FIRMWARE MOTORE SCHEDA DI PILOTAGGIO MOTORE 1 UNITA' DI CONTROLLO il cuore dell'unità di controllo è costituito da una scheda Arduino UNO. Questa è collegata ad una interfaccia TCP/IP che presiede alle comunicazioni con la rete e ad una scheda per il pilotaggio del motore progettata ad hoc. Quest'ultima scheda è descritta in un'altra nota tecnica e non sarà pertanto dettagliata in questa nota. L'interfaccia TCP/IP è esterna all'unità di controllo e collegata a questa con un cavo seriale e protocollo SPI. Questa scelta è stata suggerita dalla possibilità di utilizzare schede di interfaccia e protocolli diversi, per esempio il WI-FI (IEEE /b/g) o lo ZigBee (IEEE ). Il motore utilizzato in questo studio è un piccolo motore in C.C. Alimentato a 12 Volt. In un caso reale varrebbe utilizzato un motore adeguato all'applicazione e la scheda di controllo. Spesso questi due componenti sono forniti dallo stesso produttore (si veda per esempio

2 Il prototipo si presenta così: I tre led di sinistra indicano il range di velocità attualmente utilizzato, quando la velocità entra nel range HIGH l'unità emette un allarme sonoro il pulsante rosso è un pulsante di emergenza che arresta immediatamente il motore e blocca l'eventuale allarme sonoro. Il disco a settori rossi e bianchi è solidale con il motore e dà la sensazione visiva della velocità di rotazione. Lo strumento analogico posto a destra el pannello fornisce il valore corrente della velocità. Al connettore POWER posto in basso a sinistra viene collegato l'alimentatore che fornisce +5Volt per l'alimentazione della scheda Arduino e + e - 12Volt per l'alimentazione del motore (la tesione positiva viene utilizzata per le rotazioni in senso orario e quella negativa per le rotazioni in senso antiorario). Al connettore AUX è collegata l'unità di interfaccia TCP/IP. Come scheda di interfaccia Ethernet è stato scelto il modello W5100 della ITEAD STUDIO ( illustrato nella foto a sinistra, sia per il basso costo, sia per le ridotte dimensioni. La foto a destra mostra l'interfaccia Ethernet installata nel suo contenitore e collegata all'unità di controllo. La manopola che si vede in basso al centro serve per regolare la velocità del motore.

3 2 FIRMWARE Poiché si tratta di un progetto di studio il firmware è stato sviluppato in diverse versioni e varianti. Nel seguito si riporta, a titolo di esempio, una particolare versione. /* MotorControlSimulator Rev /09/2013 Author: Domenico Formenton Partially based on Hari Wiguna, g33k.blogspot.com work. Version using Arduino UNO a and Ethernet Shield W5100 Itead This example code is in the public domain. */ #include <SPI.h> #include <Ethernet.h> byte mac[] = {0x00, 0x03, 0xCE, 0x89, 0x0F, 0x8E; IPAddress ip(192,168,1,234); EthernetServer server(80); #define buffermax 128 int buffersize; char buffer[buffermax]; char cmd[25]; char param1[15]; char param2[15]; int analogpin; int analogvalue;

4 const float meterscalefactor = ; const float motorscalefactor = 0.177; // for 741 amplifier #define greenled 4 #define yellowled 7 #define redled 8 #define greenthreshold 75 #define yellowthreshold 350 #define redthreshold 515 #define alarmswitch 2 #define motor 3 #define buzzer 5 #define meter 6 boolean greenon =false; boolean remote = true; volatile boolean alarmon = false; volatile int state = 0; // Avoid initial spurious interrupt void setup() { Serial.begin(9600); Ethernet.begin(mac, ip); server.begin(); pinmode(greenled, OUTPUT); pinmode(redled, OUTPUT); pinmode(yellowled, OUTPUT); pinmode(buzzer, OUTPUT); pinmode(alarmswitch, INPUT); pinmode(alarmswitch, INPUT); // Not necessary, for documentation only digitalwrite(alarmswitch, HIGH); // turn on pullup resistor digitalwrite(alarmswitch, HIGH); digitalwrite(buzzer, LOW); Serial.begin(9600); // attachinterrupt(alarm, IsrHalt, FALLING); Ok for Arduino due attachinterrupt(0, IsrHalt, FALLING); // Ok for Arduino uno void loop() { if(alarmon == true){ while(2 > 1){ // do nothing... waiting if(remote){ RemoteCntrl(); else{ LocalCntrl();

5 void LocalCntrl(){ SetMotor(analogRead(A1)); RemoteCntrl(); void SetMotor(int sensorvalue){ analogwrite(meter, ((sensorvalue * meterscalefactor) + 0.9)); analogwrite(motor, ((sensorvalue * motorscalefactor) + 3.7)); digitalwrite(buzzer, 0); // Silent Buzzer if(sensorvalue < greenthreshold){ digitalwrite(greenled, 0); digitalwrite(yellowled, 0); digitalwrite(redled, 0); else{ if (sensorvalue < yellowthreshold){ digitalwrite(greenled, 1); digitalwrite(yellowled, 0); digitalwrite(redled, 0); else{ if (sensorvalue < redthreshold){ digitalwrite(greenled, 0); digitalwrite(yellowled, 1); digitalwrite(redled, 0); else{ digitalwrite(greenled, 0); digitalwrite(yellowled, 0); digitalwrite(redled, 1); digitalwrite(buzzer, 1); // Alarm Serial.println(sensorValue); delay(10); void IsrHalt(){ if(state == 1){ if(alarmon == false){ alarmon = true; digitalwrite(buzzer, 1); // Alarm on else{ alarmon = false; digitalwrite(buzzer, 0); // Alarm off // The foolowing does not work on UNO, it needs an hardware solution // digitalwrite(reset, 0); // Reset the system else{ state = 1; // Enable buzzer management void RemoteCntrl(){ EthernetClient client = server.available(); if (client) { WaitForRequest(client); ParseReceivedRequest(); PerformRequestedCommand();

6 // output HTML data starting with standart header client.println("http/ OK"); client.println("content-type: text/html"); client.println(); client.print("<html>"); client.print("<body>"); // add some return message client.println("<br>");//some space between lines client.println("</body></html>"); client.stop(); void WaitForRequest(EthernetClient client){ buffersize = 0; while (client.connected()) { if (client.available()) { char c = client.read(); if (c == '\n') break; else if (buffersize < buffermax) buffer[buffersize++] = c; else break; void ParseReceivedRequest(){ Serial.println("in ParseReceiveRequest"); Serial.println(buffer); char* slash1; char* slash2; char* slash3; char* space2; slash1 = strstr(buffer, "/") + 1; slash2 = strstr(slash1, "/") + 1; slash3 = strstr(slash2, "/") + 1; space2 = strstr(slash2, " ") + 1; if(slash3 > space2) slash3 = slash2; PrintString("slash1: ", slash1); PrintString("slash2: ", slash2); PrintString("slash3: ", slash3); PrintString("space2: ", space2); cmd[0] = 0; param1[0] = 0; param2[0] = 0; strncat(cmd, slash1, slash2 - slash1-1);

7 strncat(param1, slash2, slash3 - slash2-1); strncat(param2, slash3, space2 - slash3-1); PrintString("cmd: ", cmd); PrintString("param1: ", param1); PrintString("param2: ", param2); void PerformRequestedCommand(){ if(remote){ if(strcmp(cmd,"digitalwrite") == 0) RemoteDigitalWrite(); if(strcmp(cmd,"analogread") == 0) RemoteAnalogRead(); if(strcmp(cmd,"analogwrite") == 0) RemoteAnalogWrite(); if(strcmp(cmd,"setspeed") == 0) SetSpeed(); if(strcmp(cmd,"setremotestatus") == 0) SetRemoteStatus(); void RemoteDigitalWrite(){ Serial.println("in RemoteDigitalWrite"); int ledpin = param1[0] - '0'; int ledstate = param2[0] - '0'; digitalwrite(ledpin, ledstate); Serial.println("Remote Digital Write"); PrintNumber("ledPin: ", ledpin); PrintNumber("ledState: ", ledstate); void RemoteAnalogRead(){ analogpin = param1[0] -'0'; analogvalue = analogread(analogpin); Serial.println("Remote Analog Read"); PrintNumber("analogPin: ", analogpin); PrintNumber("analogValue: ", analogvalue); // Aggunto 31/08/2013 void RemoteAnalogWrite(){ Serial.println("Remote Analog Write"); Serial.println(param2); analogpin = param1[0] -'0'; analogwrite(analogpin, atoi(param2)); server.print(analogread(analogpin), DEC); void SetSpeed(){

8 Serial.println("Set Speed"); int speed = atoi(param2) * 0.090; SetMotor(speed); analogwrite(meter, ((speed * meterscalefactor) + 0.9)); analogwrite(motor, ((speed * motorscalefactor) + 3.7)); void SetRemoteStatus(){ Serial.println("Set Remote Status"); Serial.println(param2); int status = param2[0] -'0'; if(status == 0){ remote = false; else{ remote = true; void PrintString(char* label, char* str){ Serial.print(label); Serial.print("="); Serial.println(str); void PrintNumber(char* label, int number){ Serial.print(label); Serial.print("="); Serial.println(number, DEC); 3 APPLICAZIONE WEB Per quest'unità è stata creata un'applicazione web che consente il controllo remoto del motore. L'applicazione è stata sviluppata con la tecnologia Java Server Faces utilizzando l'ide Netbeans della Oracle. E' stato utilizzato inoltre il componente gauge di Google ( Una versione dell'applicazione web è visibile all'indirizzo: Per iniziare è necessario cliccare sul pulsante Remote in modo da attivare il controllo remoto, poi col lo slider posto a destra si può variare la velocità del motore. La disposizione dei led e dell'indicatore ricalca quella utilizzata per l'unità di controllo.