Di seguito verranno presentati i principali elementi hardware e software adottati per la realizzazione del PoC, descrivendo le caratteristiche per ognuno di esso.
4.1.1 Piezoelettrico
Il sensore adottato per la rilevazione delle vibrazioni delle tubature è un piezoelettrico della serie LDT, prodotto dalla Measurement Specialities (MEAS).
Figura 4.1 – Sensore piezoelettrico MEAS
Questo sensore, costituito da un sottile film e da un massa ottonata posta all’estremità, è spesso utilizzato per rilevare la flessione, il tocco, la vibrazione e gli urti. Quando oscilla o viene piegato genera una tensione a bassa potenza, la cui intensità varia in funzione della deformazione subita, che può assumere valori fino a +/- 90V.
Davide Pellegrino [114/146] Esso deve essere collocato su di un supporto fisico realizzato con un materiale preferibilmente predisposto alla propagazione delle vibrazioni. Qualora tale supporto venga sottoposto ad una sollecitazione che ne provochi l’insorgere di vibrazioni superficiali, queste si trasferiscono anche al piezoelettrico, amplificate dalla presenza del massa, generando ai capi del sensore una tensione proporzionale alla vibrazione percepita.
4.1.2 Arduino
Arduino Duemilanove è una piattaforma hardware programmabile, con cui è possibile
creare circuiti per molte applicazioni, soprattutto in ambito di robotica ed automazione.
Figura 4.2 – Arduino Duemilanove
Collegata l’alimentazione (USB del PC o batteria), si accende ed avvia il programma caricato mediante l’IDE (Integrated Development Environment) eseguendolo in un loop infinito (fino a quando non si toglie l'alimentazione al dispositivo).
Il linguaggio di programmazione è basato su Wiring, un ambiente di sviluppo Open-
Source di facile applicazione, basato su C e C++.
La scheda Arduino può essere connessa ad una grande varietà di sensori mediante i suoi pin, sia digitali che analogici. Inoltre offre due possibili valori di alimentazione, 3.3V e 5V.
4.1.3 Modulo WM-Bus
Il modulo ME50-169 della Telit è specificatamente progettato per comunicazioni Machine- to-Machine (M2M) con protocollo WM-bus nella banda a 169 MHz (riservata a questo tipo di applicazioni dalla direttiva europea 2005/928/CE).
Figura 4.3 – ME50-169
Grazie alla sua sensibilità ed alle caratteristiche di propagazione della banda a 169 MHz, il modulo è perfettamente adatto per comunicazioni a lunga portata.
Davide Pellegrino [115/146] Esso offre 25 mW di potenza d’uscita e la possibilità di essere alimentato anche a batteria, perfettamente in linea con le richieste di risparmio energetico, tipiche dei sensori utilizzati nell’ambito delle Smart Cities.
4.1.4 Board EVK
La board EVK consente, mediante una piedinatura appropriata, l’interconnessione con i moduli Wireless M-Bus della Telit (ME50, ME70); tale collegamento permette di programmare i moduli ed eseguire il testing di opportune funzionalità.
Figura 4.4 – Board EVK
La board può essere alimentata a batteria, oppure via USB o direttamente mediante i pin GND e VCC presenti sulla scheda; nei primi due casi l’accensione e lo spegnimento sono pilotati mediante uno switch. Inoltre la porta USB di cui è dotata ne consente la connessione al PC per la programmazione del modulo.
Per effettuare il testing del modulo, Telecom Italia ha inoltre fornito il software ME50 Testing
Application; esso si presenta con una interfaccia grafica (Figura 4.5) mediante la quale è
possibile selezionare le diverse modalità operative del Telit ME50-169 e, una volta avviato, il formato ed il contenuto dei frame trasmessi. Per una trattazione più approfondita si rimanda nel proseguo.
Figura 4.5 – Interfaccia grafica ME50 Testing Application
4.1.5 Gateway
Davide Pellegrino [116/146] principali, una radio short range, una GSM/GPRS e l’altra USB.
Figura 4.6 – Gateway GG863-SR
Il modulo radio serve per interfacciare il gateway con i sensori mediante una tra le diverse bande ISM di funzionamento (169 MHz, 433 MHz, 868MHz, 915 MHz e 2,4 GHz); l’apparato inoltre permette l’utilizzo di diversi stack protocollari (ZigBee, Wireless M-Bus o proprietari) e diverse topologie di reti (mesh, stella, 802.14.4/ZigBee). In funzione della frequenza di funzionamento e del livello di potenza in uscita si può arrivare a coprire aree con raggi che variano tra i 70 m ed i 40 Km.
Le restanti due interfacce vengono utilizzate per trasmettere le informazioni raccolte ad un centro di elaborazione dati; in base al tipo di collegamento di quest’ultimo potrà essere utilizzata una scheda SIM con traffico GPRS (priva del codice PIN) per comunicazioni di tipo 2G oppure un cavo mini USB per comunicazioni di tipo seriale.
4.1.6 Maglia rete idrica
Come premesso inizialmente nel capitolo, è stata riprodotta in scala una maglia delle rete idrica di San Vito lo Capo; per la sua realizzazione sono stati adoperati tubi e snodi in PP (polipropilene) con diametro esterno di 20 mm e, per la simulazione della perdita, è stato utilizzato un valvolino inserito in una giunzione a T.
In Figura 4.7 sono riportate le misure dei singoli tratti della maglia ed è possibile vedere la sua struttura nel complesso.
Davide Pellegrino [117/146] Figura 4.7 – Riproduzione maglia rete idrica
Per immettere l’acqua nella tubatura è stata adottata una pompa idraulica (portata di 2800 l/h e pressione di 2,30 m) con pescaggio all’interno di una vaschetta (40x30x13 cm con capacità di 11 litri) posta al di sotto del piano che sostiene il circuito idrico; tale vaschetta consente anche il recupero dell’acqua che fuoriesce dal tubo e dalla perdita, ottenendo così un circuito chiuso
4.1.7 Server TLI
A supporto delle componenti hardware appena descritte, è stato implementato il server TLI che, sebbene sia una versione semplificata del reale server Telecom, ne realizza le principali funzionalità. Infatti, in riferimeno a quanto descritto nel paragrafo 3.3.2, il server deve essere in grado di accreditare gli utenti, ricevere i dati dalla rete e permetterne l’elaborazione, oltre a fornire un sistema di ticketing per la richiesta di manutenzione di un noise logger.
L’utente interagisce con tale server mediante una interfaccia web appositamente realizzata (come si può vedere nel paragrafo 4.4, che permette in maniera semplice ed immediata di gestire la doppia maglia di sensori della propria rete idrica. Un esempio, di come questa si presenti, è mostrato nell’immagine seguente:
Davide Pellegrino [118/146] Figura 4.8 – Segnalazione dell’area di perdita mediante l’interfaccia web
Nel prosieguo della trattazione non sarà possibile effettuare una descrizione più dettagliata delle scelte tecnologiche che hanno portato all’implementazione di tale server, in quanto Telecom Italia ha preferito non divulgare informazioni potenzialmente sensibili.