EOLO cRP: la nuova frontiera dei datalogger imbarcabili

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"La modularità dell’hardware e del software - caratteritstica di NI - ci ha permesso di offrire quel valore aggiunto tipico di una soluzione aperta, di cui l’utente finale è generalmente alla ricerca. "

- L. Pasquini, EURINS

The Challenge:
Realizzare un sistema imbarcabile di acquisizione dati capace di integrare in un unico prodotto modularità software e hardware, resistenza a condizioni avverse, telemetria wireless, monitoraggio e configurazione in tempo reale, ricezione dati GPS.

The Solution:
Impiego della piattaforma NI CompactRIO (cRIO) e NI Compact FieldPoint (cFP) come unità modulari e configurabili di acquisizione dati. Utilizzo di dispositivi PDA di alta classe per il monitoraggio in condizioni avverse. Sviluppo di software destinato a target diversi, modulare, flessibile, adottando NI LabVIEW Real-Time, NI LabVIEW FPGA e NI LabVIEW PDA per lo sviluppo.

Author(s):
L. Pasquini - EURINS
S. Vianelli - EURINS

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 su sistema operativo Real-Time. L’hardware del sistema è composto da componenti off-the-shelf 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 ed al personal computer per la configurazione e la ricezione dei dati di telemetria.

Requisiti del sistema
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.
Come verrà più dettagliatamente esposto in seguito, i requisiti che il datalogger EOLO soddisfa in tutte le sue declinazioni 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 inoltre in grado di effettuare telemetria wireless via GPRS e acquisizione dati con ricevitore GPS integrato. EOLO è stato sviluppato per l’impiego sia in modalità headless (scatola nera) sia in connessione ad un’unità di monitoraggio esterna.

Architettura Hardware
EOLO si propone, a scelta, su due distinte piattaforme hardware di acquisizione e condizionamento segnali: CompactRIO (cRIO) e Compact FieldPoint (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 siano necessari un’elevato numero di canali ed una modularità spinta (ovvero un frequente e rapido cambio dei moduli di acquisizione), le esigenze di compattezza non siano pressanti e le frequenze di campionamento richieste non superino i 100 Hz. Dall’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. Nello chassis la piattaforma include inoltre un FPGA da 3M gate riconfigurabile, e permette quindi di sviluppare hardware custom a tutti gli effetti.
EOLO cRP rispecchia le capacità di acquisizione e condizionamento dei prodotti Compact FieldPoint e CompactRIO; ed è quindi compatibile con una varietà di sensori quali termocoppie, termoresistenze, estensimetri, celle di carico ed 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 di una o quatro porte seriali, rispettivamente per Compact FieldPoint e CompactRIO, per consentire la comunicazione via TCP/IP o protocolli seriali con le unità di monitoraggio o con strumentazione esterna, nel caso di soluzioni custom.
La comunicazione sul bus CAN, nel caso della soluzione Compact FieldPoint, viene gestita mediante l’ausilio di una scheda di conversione CAN/RS-232 esterna, montata appositamente sul Compact FieldPoint; per il CompactRIO 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 CompactRIO che Compact FieldPoint) 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 Microflex 2240, il quale presenta un fattore di forma più compatto mantenendo la stessa robustezza del CE 8800 (IP67). Microflex 2240 è particolarmente adatto a quelle situazioni ove lo spazio a disposizione scarseggia ed è sufficiente visualizzare simultaneamente pochi canali. Microflex 2240 presenta una porta seriale RS-232 e una porta USB, oltre a due slot di alloggiamento per CompactFlash.

Architettura e funzionalità del 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 (CompactRIO o Compact FieldPoint) è sviluppato in LabVIEW Real-Time. Nel caso della piattaforma Compact FieldPoint 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 Compact FieldPoint viene effettuata nell’ambiente Measurement and Automation Explorer. Nel caso della piattaforma CompactRIO, 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 ed 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 e 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.

Vantaggi della soluzione con prodotti NI
L’utilizzo di una piattaforma software comune in grado di gestire target differenti come un processore Real-Time (sia su compact-FieldPoint che su CompactRIO) e un FPGA, ha permesso di ridurre notevolmente i tempi di sviluppo in parallelo delle due versioni del prodotto. La modularità dell’hardware caratteristica di NI ci ha permesso di offrire quel valore aggiunto tipico di una soluzione aperta, di cui l’utente finale è generalmente alla ricerca. Inoltre, la disponibilità del modulo combinato GSM/GPRS/GPS sviluppato da terze parti per la piattaforma CompactRIO ha consentito di integrare la telemetria ed il posizionamento GPS in maniera semplice, cost-effective, mantenendo un fattore di forma compatto e senza perdere la modularità.

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