APPEN D I CE D
P
ROTOTIPO HARDWARE PERI
NCLINOMETROT
RIASSIALEIn quest a sezione sarà most rat o in breve lo sviluppo di una int erfaccia hardware per l acquisizione di dat i di inclinazione lungo i t re assi x,y,z.
Benché il lavoro si sia temporaneamente arrest at o ad una fase primaria di prototipazione, è stato possibile apprezzare alcuni risultati significativi.
Il modo di procedere rispecchia pienament e quello seguit o per la realizzazione dell int erfaccia cust om per l inclinometro. Dunque occorre una board su cui posizionare il sensore di accelerazione e int erfacciarla con un microcont rollore, su cui sviluppare il firmware per la comunicazione dat i con l int erfaccia LabVIEW.
Il sensore scelt o è il chip LISL3LV02DQ prodot t o dalla ST Microelectronics[25].
Figura 1.D: Il sensore di accelerazione LIS3LV02DQ
APPENDICE D PROTOTIPO HARDWARE PER INCLINOMETRO TRIASSIALE
Quest o è in grado di rilevare l accelerazione lungo i t re assi x, y, z fino a valori di ± 6 g. Il funzionament o è anche per esso basat o su t ecniche di lavorazione miniaturizzate del silicio.
Il LIS3LV02DQ è in grado di comunicare, per quant o riguarda i dat i misurat i e i comandi da ricevere, at t raverso le int erfacce SP I o IC2. Dat o che è st at o svolt o un lavoro simile per il sensore di inclinazione, si sceglie di operare una comunicazione SPI.
Al suo int erno il chip dispone di opport uni regist ri dat i, di st at o e di configurazione. I valori di accelerazione rilevat i sono memorizzat i, in binario complement o a 2, nei regist ri a 12 bit OUTX_L, OUTX_H, OUTY _L, OUTY _H, OUTZ_L, OUTZ_H.
P er quest ioni di limit i t emporali è st at o scelt o di svolgere il lavoro con l ausilio della board AVR STK 500 [26] della ATMEL. Questa offre tutti gli st rument i necessari per uno sviluppo più rapido possibile di applicazioni con microcontrollore.
Figura 2.D: La board di sviluppo AVR STK 500
Il microcont rollore scelt o è l ATmega163 [27] della ATMEL; esso present a prestazioni superiori rispet t o a quello impiegat o nella board per l inclinomet ro, soddisfacendo pienament e gli scopi prefissat i, inolt re è uno dei chip supportati dalla board di sviluppo utilizzata.
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Il firmware rispecchia in gran part e quello sviluppat o per l alt ra board; le differenze sostanziali consistono nelle funzioni di lettura dati, ora diverse, e nelle operazioni di configurazione del µC. Nonost ant e quest e modifiche i file realizzat i sono essenzialment e simili, come le funzioni svolt e da ciascuno di essi.
Il microcont rollore sarà poi int erfacciat o di nuovo con il soft ware LabVIEW, il quale, mediant e l invio di apposit i carat t eri via seriale, farà richiest a al primo di eseguire le dovut e funzioni sul sensore. In Tabella 1.D sono riportate le funzioni svolte dal firmware.
Carattere ASCII HEX
Funzione Descrizione
0 30 Reset
Si ripristinano per i registri di configurazione, i valori di default, stabiliti in fase di programmazione per gli scopi prefissati
1 31 Calibrazione
Si carica il contenuto dei registri interni stabilito in fase di fabbricazione. Ciò consente un buon comportamento nella fase operativa del sensore
2 32 Lettura
accelerazioni asse x
Si leggono i dati di accelerazione lungo l asse x (contenuto dei registri OUTX_L e OUTX_H)
3 33
Lettura accelerazioni
asse y
Si leggono i dati di accelerazione lungo l asse y (contenuto dei registri OUTY_L e OUTY_H)
4 34 Lettura
accelerazioni asse z
Si leggono i dati di accelerazione lungo l asse z (contenuto dei registri OUTZ_L e OUTZ_H)
Tabella 1.D: Funzioni eseguite dal firmware per il controllo del sensore di accelerazione triassiale
P er l int erfacciament o del sensore di accelerazione con la AVR STK 500 viene ut ilizzat o una miniboard, realizzat a in laborat orio, su cui sono
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posizionat i il chip e un apposit o connet t ore per i collegament i SPI e delle alimentazioni (vedi Figura 3.D). La realizzazione di tale scheda non è stata necessaria, dato che era già presente in laboratorio, essendo stata utilizzata per scopi precedenti.
Figura 3.D: La miniboard utilizzata per l'interfacciamento del sensore con l'AVR STK 500
Nelle Figure 4.D, 5.D, 6.D è possibile osservare i segnali di comunicazione SP I durant e la let t ura rispet t ivament e di dat i di accelerazione lungo gli assi x, y e z. Le immagini sono state acquisite con oscilloscopio digitale durante i test di sviluppo in laboratorio.
I segnali rappresentati sono:
- blu = uscita del sensore (DO) - verde = ingresso sensore (DI)
- rosso = CLOCK per trasmissione SPI
Figura 4.D: Segnali di comunicazione SPI per la lettura del dato di accelerazione lungo l asse x 020FH = 515 mg
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Si not i che la let t ura del dat o avviene in due cicli di clock, il primo per leggere OUTX_H, OUT Y _ H, OUTZ_H, il secondo per OUTX_L, OUTY_L, OUTZ_L.
Figura 5.D: Segnali di comunicazione SPI per la lettura del dato di accelerazione lungo l asse y "FFFCH = -4 mg"
Figura 6.D: Segnali di comunicazione SPI per la lettura del dato di accelerazione lungo l'asse z "038AH = 885 mg"
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P er quant o riguarda l applicazione LabVIEW è st at a sviluppat a una VI, non inserit a però nel Pershing Yacht Supervisor, in grado di comunicare con il sensore e di eseguire su di esso le funzioni richieste.
Figura 7.D: L'ineterfaccia LabVIEW per la comunicazione con il sensore LIS3LV02DQ
La VI permet t e di acquisire i dat i ricevut i dal sensore t ramit e l invio degli opport uni carat t eri al microcont rollore. Sul pannello grafico sono visualizzat e le st ringhe in esadecimale ricevut e, cont enut e nei regist ri dat i, e i corrispondenti valori espressi in mg.
Sono gest it e inolt re le richiest e di reset e calibrazione del sensore mediant e appositi pulsanti.
In fase di t est , eseguit i muovendo manualment e la miniboard, si sono rilevat i dat i accet t abili che most rano il corret t o operare dell applicazione.
Passi ult eriori consist eranno, in sedi successive, nell int egrazione della VI all int erno del sist ema Pershing Yacht Supervisor e nella realizzazione di una board d int erfaccia cust om, come già effet t uat o per l inclinomet ro.
