EOLO crp: la nuova frontiera dei datalogger imbarcabili

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1 EOLO crp: la nuova frontiera dei datalogger imbarcabili Luca Pasquini e Stefano Vianelli Eurins srl Abstract Il datalogger imbarcabile EOLO crp è concepito per l impiego in numerosi settori applicativi con particolare riferimento a quello automotive. EOLO crp è il risultato di integrazione di tecnologie hardware e software che vanno dal concetto Reconfigurable Input Output (RIO) alla telemetria wireless GPRS alla programmazione in sistema operativo Real-Time. L hardware del sistema è composto da componenti off-theshelf e si distingue per la totale modularità, il che rende possibile adattare un unico strumento ad esigenze di misura diverse semplicemente passando attraverso una fase di configurazione software. La suite software si compone di applicativi destinati all unità di acquisizione Real-Time, all unità di monitoraggio su PDA e al personal computer per la configurazione e la ricezione dei dati di telemetria. Introduzione Il datalogger EOLO-cRP nasce dall ambizioso progetto di realizzare un sistema di acquisizione dati imbarcabile in grado di coniugare prestazioni, versatilità, comodità d uso e capacità di telecomunicazione in un unico prodotto. EOLO si propone come soluzione d avanguardia per il mercato automotive ma non solo, data appunto la sua natura versatile, modulare, configurabile. I requisiti che il datalogger EOLO soddisfa in tutte le sue declinazioni, come verrà esposto nel seguito, sono: robustezza e fattore di forma compatto, acquisizione e condizionamento segnali da svariati sensori con on board connectivity, modularità dell hardware, acquisizione dati su bus CAN. Nella sua forma più avanzata EOLO è in grado inoltre di effettuare telemetria wireless via GPRS e acquisizione dati con ricevitore GPS integrato. EOLO è previsto per l impiego sia in modalità headless (scatola nera) sia in connessione ad un unità di monitoraggio esterna.

2 Architettura Hardware EOLO si propone, a scelta, su due distinte piattaforme hardware di acquisizione e condizionamento segnali: NI Compact RIO (crio) e NI Compact Field Point (cfp). La scelta fra l una e l altra piattaforma determina fortemente le caratteristiche e le performance del sistema. La piattaforma cfp è privilegiata laddove si richieda un elevato numero di canali e una modularità spinta (ovvero un frequente e rapido cambio dei moduli di acquisizione), non siano pressanti le esigenze di compattezza, e le frequenze di campionamento richieste non superino i 100 Hz. D altra parte la piattaforma crio presenta un fattore di forma più accattivante e la capacità di acquisire dati ad altissima frequenza (100 ks/s), con la possibilità aggiuntiva di integrare un modem GSM/GPRS e un ricevitore GPS. Inoltre include nello chassis un FPGA da 3M gate riconfigurabile e permette quindi a tutti gli effetti di sviluppare hardware custom. EOLO crp rispecchia le capacità di acquisizione e condizionamento dei prodotti cfp e crio, è quindi compatibile con una varietà di sensori quali termocoppie, termoresistenze, estensimetri e celle di carico, accelerometri. Sono disponibili moduli per ingressi counter e linee digitali. Il processore Real Time dell unità di monitoraggio è dotato di una porta Ethernet e 1 (crio) / 4 (cfp) porte seriali per consentire comunicazione via TCP/IP o protocolli seriali con le unità di monitoraggio o (soluzioni custom) strumentazione esterna. La comunicazione sul bus CAN, nel caso della soluzione cfp, viene gestita mediante l ausilio di una scheda di conversione CAN/RS-232 esterna, montata appositamente sul cfp; per il crio si utilizza invece il modulo CAN NI 9853 con due porte ad alta velocità. L unità di monitoraggio abbinata (a richiesta) all unità di acquisizione (sia crio che cfp) può essere scelta fra due Personal Digital Assistant (PDA) di elevatissima robustezza e qualità, prodotti da DAP Technologies. Il PDA Microflex CE 8800 è dotato di schermo touch-screen 7.2 (risoluzione 640 x 480) e viene proposto per esigenze di visualizzazione spinte (fino a 32 canali simultaneamente in modalità numerica e 8 in modalità grafica). Questo PDA offre anche due slot PCMCIA per integrare ulteriori funzionalità (ad esempio WiFi ), 1 porta Ethernet e fino a 4 porte seriali. Il secondo tipo di palmare è il Microflex 2240, che presenta un fattore di forma più compatto mantenendo la stessa robustezza del CE 8800 (IP67). Il Microflex 2240 è particolarmente adatto a quelle situazioni ove lo spazio a disposizione scarseggia ed è sufficiente visualizzare simultaneamente pochi canali. Il Microflex 2240 presenta una porta seriale RS-232 e una porta USB, oltre a due slot di alloggiamento per CompactFlash.

3 Figura 1: Il datalogger EOLO crp consiste in una unità di acquisizione dati vera e propria, che può essere scelta su piattaforma CompactRIO o Compact Field Point. L unità di monitoraggio è costituita da un palmare di alta classe ed elevato grado di robustezza, con due opzioni a schermo grande (7.2 ) o piccolo (240 x 320).

4 Architettura software La suite software del sistema si compone di un modulo per l unità di acquisizione Real-Time, uno per l unità di monitoraggio, e uno per PC destinato alla ricezione dati telemetria. Il modulo software real-time (crio o cfp) è sviluppato in LabVIEW Real-Time. Nel caso della piattaforma cfp l applicativo utilizza i driver FieldPoint per l acquisizione dati dai moduli di input analogici e/o digitali installati, e la configurazione a basso livello del banco cfp viene effettuata nell ambiente Measurement and Automation Explorer. Nel caso della piattaforma crio, l FPGA viene programmato a seconda dei moduli fisicamente presenti utilizzando LabVIEW FPGA e la trasmissione verso il controller Real Time dei dati acquisiti dal campo avviene su bus PCI. Al fine di garantire la compatibilità con le diverse configurazioni hardware, vengono forniti diversi bitstream per l FPGA, che possono essere scaricati sull unità semplicemente via FTP. L applicativo embedded svolge una serie di funzioni di notevole valore aggiunto: applicazione di scale di ingegnerizzazione sia tabellari che polinomiali; assegnazione di nomi logici ai canali fisici e definizione delle unità di misura; memorizzazione e definizione di setup di sistema personalizzati richiamabili in qualsiasi momento secondo le esigenze di test; definizione di canali di trigger per l inizio e la fine dell acquisizione; gestione di due loop paralleli di acquisizione, uno ad alta frequenza per segnali veloci e uno a bassa frequenza per segnali variabili lentamente, quali termocoppie, in modo da ottimizzare le prestazioni globali del sistema; trasmissione su richiesta, via Ethernet TCP/IP o seriale RS-232, dei dati all unità di monitoraggio; trasmissione via GPRS in tempo reale dei dati acquisiti verso un server centrale; ricezione dati GPS. L applicativo software destinato alle unità di monitoraggio è sviluppato in LabVIEW PDA. Mediante TCP/IP su Ethernet o comunicazione RS-232, il PDA riceve l elenco dei nomi e delle unità di misura dei canali attivi sull unità di acquisizione e il loro valore in tempo reale, rendendolo disponibile in forma numerica e/o grafica. La configurazione del datalogger in termini di nomi logici, scale di ingegnerizzazione, richiamo setup, viene effettuata da PC interfacciandosi con l applicativo embedded attraverso un Web Browser. La ricezione dati di telemetria viene effettuata da un modulo appositamente sviluppato che, oltre a ricevere e mostrare i dati in tempo reale, può effettuare il recupero dei files registrati.

5 Figura 2: Il software di gestione del sistema si compone di moduli residenti sul target Real-Time, sul PDA e sul PC in caso di telemetria. Il software è responsabile di numerose funzioni quali: configurazione della strategia di acquisizione, assegnazione di nomi logici e scale di ingegnerizzazione, comunicazione via TCP/IP o RS-232 fra unità di acquisizione e display, telemetria in tempo reale e recupero dati registrati.