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Figura 9: Conne�ore J1

La scheda si interfaccia con il modulo di controllo e radio-trasmissione PN00120 a�raverso il conne�ore J1. In particolare, il modulo PN21004 riporta alla scheda di controllo i seguenti segnali:

Nome segnale Tipologia segnale

IN_REED_1 Input digitale dal Reed-Switch

ADC_CURRENT Segnale di input analogico per la misura-zione della corrente AC

ADC_NTC Segnale di input analogico per la misura-zione della temperatura della scheda ADC_V_FASE Segnale di input analogico per la

misura-zione della tensione AC Tabella 3: Pin-out conne�ore J2

Pin Nome segnale Tipologia segnale

1 3.3 V Alimentazione

2 Ground (GND) Alimentazione

3 VCC_AUX Tensione di riferimento per il sensore NTC

4 Ground (GND) Alimentazione

5 IN_REED_1 Input digitale dal Reed-Switch

6 - Non connesso

7 ADC_CURRENT

(GND)

Input analogico per la misurazione della corrente AC

8 - Non connesso

9 ADC_NTC Input analogico per la misurazione della temperatura della scheda

10 ADC_V_FASE Input analogico per la misurazione della tensione AC

Tabella 4: Pin-out conne�ore J1

Maggio 2021 11

5 Cara�eristiche meccaniche

A livello meccanico il modulo ricalca le dimesioni della scheda PN00120 fa�a eccezione per un opportuna area lasciata volutamente libera per evitare che, in caso di montaggio

sovrapposto dei due moduli, la scheda PN21004 interferisca con l’antenna stampata sul PCB della "scheda madre".

Figura 10: Meccaniche della scheda

Dimensione Simbolo Valore

Lunghezza A 60.00 mm

Larghezza B 42.00 mm

- C 15.00 mm

- D 33.50 mm

Spessore PCB - 1.50 mm

Numero di livelli - 2

Spessore piste in rame - 35 um

Tabella 5: Dimensioni e specifiche di realizzazione della scheda

Conne�ore Tipologia

J1 5x2 pin / Passo 2.54mm

J2 Morse�o 2 pin / Passo 5.08mm J3 Morse�o 2 pin / Passo 5.08mm

Tabella 6: Specifiche conne�ori

Vite Tipologia

V1 Foro M3

V2 Foro M3

Tabella 7: Specifiche meccaniche per le viti di fissaggio

6 Silk-screen

Maggio 2021 13

7 Documenti allegati

Documento Tipo documento Autore

PN21004_3D.pdf 3D Render Jacopo Grecuccio

PN21004_SCH_R01.pdf Schema ele�rico Jacopo Grecuccio PN00120-HW.pdf Documentazione

tecnica della scheda PN00120

Jacopo Grecuccio

ACS724-Datasheet.pdf Datasheet del sensore di corrente

Allegro microsystems

Tabella 8: Elenco documenti allegati

8 Licenza e condizioni di utilizzo

Il so�oscri�o Jacopo Grecuccio, nato a Casarano (Lecce) il 24/04/1994, in qualità di autore del proge�o e di questo documento autorizza l’Università degli Studi di Perugia e i

proponenti del proge�o SIN_00968, senza limiti di tempo, anche ai sensi degli ar�. 10 e 320 cod.civ. e degli ar�. 96 e 97 legge 22.4.1941, n. 633, Legge sul diri�o d’autore, alla

pubblicazione, modifica e/o di�usione in qualsiasi forma del presente elaborato e prende a�o che la finalità di tali pubblicazioni sono meramente di cara�ere informativo ed eventualmente promozionale.

Casarano (LE), 17 Maggio 2021

Jacopo Grecuccio

Maggio 2021 15

Sistema di controllo con interfaccia di comunicazione radio 868 MHz

Jacopo Grecuccio

IoT consultant and Firmware developer

SP 72, 73042 Casarano (Lecce) Italy - VAT Number: IT-05116090753 E-mail: jacopogrecuccio1994@gmail.com

A�ività svolta nell’ambito dell’Avviso promosso dal Ministero dell’Università e della Ricerca per la presentazione di Idee proge�uali per Smart Cities and Communities and Social

Innovation di cui al D.D. n. 391/Ric. del 5 luglio 2012 e ss.mm.ii.. - SIN_00968 THE LEARNING METERS NETWORK: workpackage formativo del SCN_00398 - CUP

J49G14000140008

PN00120

Documentazione Hardware

Indice

1 Introduzione 3

2 Specifiche tecniche 4

2.1 Condizioni operative consigliate . . . 4 2.2 Cara�eristiche dei canali Analogico-Digitale . . . 4

3 Interfacce e pin-out 5

3.1 Interfaccia con sensori digitali/analogici (J1) . . . 5 3.2 Interfaccia con sistema Host/Slave (J2) . . . 6 3.3 Conne�ore di programmazione (J3) . . . 7

4 Cara�eristiche meccaniche 8

5 Silk-screen 9

6 Licenza e condizioni di utilizzo 11

Aprile 2021 1

Elenco delle tabelle

1 Parametri operativi consigliati . . . 4

2 Cara�eristiche del convertitore Analogico-Digitale . . . 4

3 Pin-out conne�ore J1 . . . 6

4 Pin-out conne�ore J2 . . . 7

5 Pin-out conne�ore J3 . . . 7

6 Dimensioni e specifiche di realizzazione della scheda . . . 8

7 Specifiche conne�ori . . . 8

8 Specifiche meccaniche per le viti di fissaggio . . . 9

9 Elenco documenti allegati . . . 10

Elenco delle figure

1 Scheda PN00120 . . . 3

2 Schema dei conne�ori . . . 5

3 Conne�ore J1 . . . 5

4 Conne�ore J2 . . . 6

5 Conne�ore J3 . . . 7

6 Meccaniche della scheda . . . 8

1 Introduzione

Figura 1: Scheda PN00120 La scheda PN-00120 è stata

proge�ata per svolgere il ruolo di modulo di comunicazione radio all’interno di una rete di sensori (Wireless-Sensors-Network WSN) che utilizzano la banda di frequenza 868MHz.

Il dispositivo si basa sul microcontrollore Texas Instruments CC1310 il quale è composto, ad alto livello, da due unità funzionali:

• RF-Core : ele�ronica che consente al dispositivo di comunicare e gestire in maniera e�iciente il canale radio 868MHz

• MCU-Core : basato su un

core Cortex-M3 e dotato delle principali periferiche per l’interfacciamento con sensori/dispositivi/sistemi esterno (I2C,UART,SPI,ADC) e di un modulo

cri�ografico hardware che può consentire l’implementazione di protocolli di trasmissione sicuri sul canale radio

La scheda è stata proge�ata in modo tale da poter utilizzare due tipologie di antenne:

• un’antenna “circuit-printed”, ovvero realizzata dire�amente sul PCB

• un’antenna esterna, connessa all’apposito conne�ore SMA di cui la scheda è dotata, per consentire eventuali miglioramenti delle prestazioni di trasmissione/ricezione sul canale radio

La proge�azione della scheda ele�ronica è stata condo�a al fine di creare un unico modulo hardware che potesse essere utilizzato per la realizzazione di due diversi a�ori all’interno di una rete wireless di sensori:

• Nodo periferico: dispositivo tipicamente collocato nel punto di misurazione (i.e. punto in cui viene “osservata” la grandezza da misurare) ed interfacciato con il/i

sensore/sensori utilizzati per rivelare la misura, che viene inviata poi al concentratore

• Concentratore: dispositivo tipicamente connesso al sistema che si occupa di elaborare i dati provenienti dai nodi periferici ed eventualmente inviarli verso altri sistemi (e.s.

a�raverso la rete internet).

Infine, il chip scelto (CC1310) consente di poter realizzare applicazioni low-power, essendo proge�ato secondo le specifiche di “ultra-low power device” e consentendo, a livello firmware, la gestione di vari stati di funzionamento (running, standby, sleep).

Aprile 2021 3

2 Specifiche tecniche

2.1 Condizioni operative consigliate

Descrizione Simbolo Minimo Val. Tipico Massimo Unità di misura Temperatura di

Descrizione Simbolo Minimo Val. Tipico Massimo Unità di misura Tensione in

Tabella 2: Cara�eristiche del convertitore Analogico-Digitale

3 Interfacce e pin-out

Figura 2: Schema dei conne�ori

3.1 Interfaccia con sensori digitali/analogici (J1)

Figura 3: Conne�ore J1

Il conne�ore J1 consente alla scheda di essere interfacciata con sensori aventi interfaccia di comunicazione digitale, dispositivi di I/O digitali (es. LED, Bo�oni), segnali analogici. Sul conne�ore sono riportati i pin DIO_0, DIO_1, DIO_5, DIO_6, DIO_7, DIO_8, DIO_9 dell’MCU CC1310, i quali possono essere configurati, a livello firmware, per svolgere le funzioni riportate nella tabella seguente.

Aprile 2021 5

Pin Nome segnale Tipologia segnale 1 V3v3(+3.3 V) Alimentazione 2 Ground (GND) Alimentazione

3 IO5 Input/Output digitale o Input analogico 4 Ground (GND) Alimentazione

5 IO6 Input/Output digitale o Input analogico

6 IO0/RXD1 Segnale di ricezione UART , I/O Digitale o Input analogico 7 IO7 Input/Output digitale o Input analogico

8 IO1/TXD1 Segnale di trasmissione UART , I/O Digitale o Input analogico 9 IO8 Input/Output digitale o Input analogico

10 IO9 Input/Output digitale o Input analogico Tabella 3: Pin-out conne�ore J1

3.2 Interfaccia con sistema Host/Slave (J2)

Figura 4: Conne�ore J2

A�raverso i pin disponibili sul conne�ore J2, la scheda può essere connessa ad un sistema host sfru�ando, a seconda delle specifiche del sistema host, uno qualsiasi dei seguenti protocolli di comunicazione seriale:

• UART

• SPI

Su tale conne�ore sono infa�i mappati i pin DIO_10, D_11, DIO_12, DIO_13, DIO_14 dell’MCU CC1310, che a livello firmware possono essere opportunamente configurati per implementare i protocolli di cui sopra.

Per maggiori informazioni sulla configurazione dei pin e sullo sviluppo del firmware, fare

Pin Nome segnale Tipologia segnale

1 Ground (GND) Alimentazione

2 Host/Slave IO / SPI CS 1 SPI Chip-select , Input/Output digitale 3 RXD2 / SPI MOSI SPI MOSI , Segnale di ricezione UART 4 TXD2 / SPI MISO SPI MISO , Segnale di trasmissione UART 5 Host/Slave IO 2 / SPI SCLK SPI Clock , Input/Output digitale

6 RST CC1310 Segnale di reset del MCU

7 Ground (GND) Alimentazione

Il conne�ore J3 presente sulla scheda, rende disponibili i segnali JTAG per la programmazione della MCU.

Figura 5: Conne�ore J3

Pin Nome segnale Tipologia segnale 1 RST CC1310 Segnale di reset del MCU 2 V3v3 (+3.3 V) Alimentazione

3 Ground (GND) Alimentazione

4 JTAG TCK Interfaccia di programmazione JTAG 5 JTAG TMS Interfaccia di programmazione JTAG

Tabella 5: Pin-out conne�ore J3

Aprile 2021 7

4 Cara�eristiche meccaniche

Figura 6: Meccaniche della scheda

Dimensione Simbolo Valore

Lunghezza A 60.00 mm

Larghezza B 42.00 mm

Spessore PCB - 1.50 mm

Numero di livelli - 2

Spessore piste in rame - 35 um

Tabella 6: Dimensioni e specifiche di realizzazione della scheda

Conne�ore Tipologia

J1 5x2 pin / Passo 2.54mm

J2 10x1 pin / Passo 2.54mm

J3 5x1 pin / Passo 2.54mm

U1 SMA / 5-pin Through-hole

BTH_1 Conne�ore ba�eria "a bo�one"

Tabella 7: Specifiche conne�ori

Vite Tipologia

V1 Foro M3

V2 Foro M3

Tabella 8: Specifiche meccaniche per le viti di fissaggio

5 Silk-screen

Aprile 2021 9

Documenti allegati

Documento Tipo documento Autore

PN00120_3D.pdf 3D Render Jacopo Grecuccio

PN00120_SCH_R01.pdf Schema ele�rico Jacopo Grecuccio CC1310_datasheet.pdf Datasheet Texas Instruments CC1310_tech_ref.pdf Manuale Tecnico Texas Instruments

Tabella 9: Elenco documenti allegati

6 Licenza e condizioni di utilizzo

Il so�oscri�o Jacopo Grecuccio, nato a Casarano (Lecce) il 24/04/1994, in qualità di autore del proge�o e di questo documento autorizza l’Università degli Studi di Perugia e i

proponenti del proge�o SIN_00968, senza limiti di tempo, anche ai sensi degli ar�. 10 e 320 cod.civ. e degli ar�. 96 e 97 legge 22.4.1941, n. 633, Legge sul diri�o d’autore, alla

pubblicazione, modifica e/o di�usione in qualsiasi forma del presente elaborato e prende a�o che la finalità di tali pubblicazioni sono meramente di cara�ere informativo ed eventualmente promozionale.

Casarano (LE), 12 Aprile 2021

Jacopo Grecuccio

Aprile 2021 11

consumo energetico domestico

Jacopo Grecuccio

IoT consultant and Firmware developer

SP 72, 73042 Casarano (Lecce) Italy - VAT Number: IT-05116090753 E-mail: jacopogrecuccio1994@gmail.com

A�ività svolta nell’ambito dell’Avviso promosso dal Ministero dell’Università e della Ricerca per la presentazione di Idee proge�uali per Smart Cities and Communities and Social

Innovation di cui al D.D. n. 391/Ric. del 5 luglio 2012 e ss.mm.ii.. - SIN_00968 THE LEARNING METERS NETWORK: workpackage formativo del SCN_00398 - CUP

J49G14000140008

Indice

1 Descrizione del sistema 3

1.1 Componenti del sistema . . . 3

1.2 Interfacce di comunicazione . . . 4

1.3 Entità-Relazioni . . . 4

2 Comunicazione sul canale radio 6 2.1 Specifiche del protocollo radio . . . 6

2.2 Protocollo dell’applicazione . . . 6

3 Nodo di misurazione 8 3.1 Specifiche Hardware . . . 8

3.2 Descrizione funzionale . . . 8

3.2.1 A�ivazione della procedura di pairing . . . 8

3.2.2 Pairing con un concentratore . . . 9

3.2.3 Reset delle informazioni di pairing . . . 11

3.2.4 Rilevazione dei dati dal campo . . . 11

3.3 Invio di una le�ura al concentratore . . . 12

4 Concentratore radio 13 4.1 Specifiche Hardware . . . 13

4.2 Descrizione funzionale . . . 13

4.3 Interazione con il gateway IoT-Blockchain . . . 14

4.4 Registrazione di un dato in blockchain . . . 14

5 Licenza e condizioni di utilizzo 17

Giugno 2021 1

Elenco delle tabelle

1 Riepilogo dei principali parametri del canale radio . . . 6

2 Stru�ura dell’intestazione di un pacche�o . . . 6

3 Tipologie dei pacche�i scambiati tra nodo e concentratore . . . 7

4 Specifiche di interconnessione tra PN00120 e PN21004 . . . 8

5 Parametri della comunicazione UART . . . 13

6 Documenti allegati . . . 16

Elenco delle figure

1 Schema logico del Sistema di Monitoraggio Energetico . . . 3

2 Diagramma Entità-Relazioni . . . 5

3 Rendering del nodo di misurazione . . . 8

4 Diagramma di sequenza della procedura di pairing . . . 10

5 Diagramma di sequenza dell’invio dei dati . . . 12

6 Rendering del concentratore . . . 13

1 Descrizione del sistema

Il sistema sviluppato consente il monitoraggio del cosnumo energetico di vari

dispositivi/ele�rodomestici all’interno di una singola utenza domestica e registrare i dati all’interno di un’infrastru�ura blockchain interagendo con un opportuno Smart-Contract.

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