EOLO cRP: la nuova frontiera dei datalogger imbarcabili

EURINS SRL
Via Marzocchi 2/B
40069 Zola Predosa (BO) – Italy
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.