Systém pro řízení a správu dat a jeho aplikace se čtečkami RFID a váhami

V minulých vydáních tohoto časopisu byl popsán jednoduchý systém pro řízení a sběr dat založený na modulu vestavěného mikropočítače a jeho desky připojení BaseBoard, obsahující jednotky čidel vyvinutých společností Ryston Electronics. Jedna aplikace tohoto systému v automotivní oblasti stojí díky velkému potenciálu rozvoje za to popsat.

Prvky systému

Základním stavebním kamenem je modul vestavného počítače Combi, vybavený procesorem ARM926 na 400 MHz, velkou pamětí SDRAM a Flash a rozsáhlou bohatou výbavou periferií, přerušovacího mechanismu a signálů řady populárních rozhraní jako SPI, I2C, 1-Wire a porty Ethernet a USB2.0 (2× Host, 1× Function), s operačním systémem reálného času (RT Linux). Dále je na modulu programovatelný logický obvod (FPGA) Xilinx Spartan 3.

Díky němu má modul obrovský potenciál pro implementaci či připojení sběrnice rychlých komunikačních rozhraní, může realizovat řadu funkcí logických obvodů pro komunikaci, aritmetiku atd. Obvod FPGA má mnoho vývodů vyvedených na dva konektory pro uživatele a současně je propojen s procesorem přes rychlou 32bitovou sběrnici, takže se tváří vůči němu jako inteligentní 2portová paměť. V uvedené aplikaci jsou v obvodu naprogramovány čtyři rozhraní RS-485, obvod sensoru polohy s inkrementálním čítačem a řada vstupů z vnějšího prostředí s funkcí detektoru změny pro napojení na vstup přerušení procesoru.

Modul vestavného počítače Combi je připojen konektory (běžné hřebínky a dutinky s roztečí 2,54 mm) k základní desce navržené pro automobilní aplikace. Deska má několik ochranných a zabezpečovacích obvodů, aby bylo možno snadno realizovat bezpečnostní funkce předepisované novými normami pro strojní zařízení, a současně zodolněné vstupy a výstupy, které vydrží drsné podmínky popelářské technologie. Díky použitým konektorům a součástkám je deskajednoduchá, ale robustní a servisovatelná.

20141209005 maly
Obr. 1 Deska BB-Auto nesoucí modul Combi

 

Obr2-bloksch-sys orezObr. 2 Blokové schéma systému

Vstupy a výstupy plní funkci ovládacích tlačítek a indikátorů, koncových spínačů, sensorů polohy/otočení a bezpečnostní „obálky“, která rozpojením reaguje na narušení bezpečnostní zóny, a tím okamžitě zastaví stroj. Základní deska BB-Auto je navržena pro palubní síť 24 V nákladních aut, avšak pro jiné aplikace může být pružně pozměněna i na jiné napájení a jiné obvody rozhraní. Na desku BB-Auto s modulem Combi může být dále připojen další modul, který na sobě nese komunikátor GSM/GPRS a přijímač GPS, včetně antén, a servisní ovládací panel s tlačítky a grafickým displejem.
Dalšími prvky systému jsou dvě síťové jednotky sběru dat a dalších funkcí, z nichž je použito analogové rozhraní s 30bitovým A/D převodníkem pro tenzometrické váhové čidlo. Dvě tyto jednotky jsou umístěny v bezprostřední blízkosti váhového čidla ve vyklápěcím mechanismu nákladního auta. Síťové jednotky jsou připojeny přes síťový přepínač (LAN Switch), který dále zajišťuje přenos dat mimo systém pomocí WiFi rozhraní. S použitím inteligentního přepínače je možno například vytvářet pravidla pro blokování nebo změny paketů procházejících přes switch a provádět statistické či jiné výpočty. Switch dále napájí váhové moduly přes injektor PoE. Posledním použitým prvkem jsou 2 moduly RFID čtecího zařízení s integrovanou anténou, vyvinuté ve společnosti Ryston Electronics.
Pro velký dosah (1–6 m) pracuje v pásmu UHF dle normy ISO18000-6 a má možnost připojení
USB či RS-485. Modul vyžaduje programovou podporu základního systému pro správnou detekci a čtení tagů. V dané aplikaci jsou použity dva moduly/antény, které jsou umístěny nad vyklápěcím zařízením. Tag je na nádobě či kontejneru upevněn v její spodní části kryté kolečky, takže při vysypávání je vystaven anténě čtecího zařízení. Nedílnou součástí je programové vybavení, tedy operační systém (RT Linux) a aplikační program pracující v reálném čase. Jeho popis je nad rámec tohoto článku, je však zřejmé, že obsluha mnoha periferních zařízení současně si žádá právě aplikaci pod RT operačním systémem.

Mobilní aplikace

Spojením uvedených prvků tak vznikl inteligentní automotivní systém s možností rozšiřování na téměř neomezený počet portů, s vestavěným výkonným mikropočítačem schopným zpracovávat a ukládat data, s možností propojení do mobilní sítě LAN, GSM/GPRS, GPS a interními porty USB pro nastavování a záložní záznam na flash disk. Tato centrální jednotka (v pouzdru např. Bopla) byla instalována na technologickou nástavbu nákladního automobilu pro svoz komunálního nebo bio odpadu. K centrální jednotce mohly být variantně připojeny jednotky pro vážení anebo čtečky tagů na nádobách na odpad. Jelikož vyklápěcí mechanismus je dělený (buď nezávislý vyklapěč pro dvě nádoby, anebo spojený hydraulicky ovládaným čepem pro kontejner), je v těchto módech také nutno správně ovládat hydraulické mechanismy. Ukazuje se, že elektronické řízení začíná být výhodnější, i když je nutno implementovat zabezpečovací obvody, tlačítko Centrál-STOP atd.

Závěr – současnost a perspektivy

Modulární systém je výhodný pro nabízení různým provozovatelům svozu podle jejich potřeb a také se rýsují nové možnosti. Vážení vysypávaného odpadu si žádá zvážení plné a pak prázdné nádoby, u kontejnerů se hmotnosti změřené oběma stranami zvedáku musejí přepočítat.
Systém je nutno kalibrovat a do centrální jednotky je třeba naprogramovat aplikaci pro vážení „za letu“ – v pohybu, aby se vážením provoz nezpomaloval. To bylo vyřešeno použitím G-sensoru (čidla zrychlení ve 3 osách) a sensoru polohy. Systém bylo podle očekávání nutno adaptovat pro několik typů vozidel, ale zároveň s tím se ukázaly nové možnosti, jako jsou myčky kontejnerů, čistě elektronickéřízení místo hydraulického odlehčení a soulad s bezpečnostními normami. Pro zavedení evidence a dalšího zpracování dat byla vytvořena kancelářská databázová aplikace splňující požadavky na ochranu dat. Aplikace umožňuje statistiku a současně administraci uživatelů a tagů. K tomu slouží čtečka připojená přes USB pro terénní práci. Zákaznické úpravy a další funkce je možno vytvořit na základě zadání.


Ryston Electronics s.r.o.