Progettazione e realizzazione di hardware e software per l'acquisizione ed elaborazione di dati da rete CAN di veicoli fuoristrada

Il settore automobilistico - fin dalla sua nascita - ricopre un ruolo fondamentale per l'economia mondiale. La sua caratteristica principale è quella di essere un settore in continua evoluzione, e le grandi case automobilistiche fanno dell'innovazione la loro arma principale. L'evoluzione tecnologica è uno dei fattori fondamentali dello sviluppo dell'industria automobilistica, e da molti anni l'informatica è presente nel mercato automobilistico sotto forma di applicazioni software e apparecchi hardware di ogni tipo. I grandi marchi presenti sul mercato hanno standard qualitativi sempre più elevati; produttività e flessibilità nella produzione sono gli obiettivi principali, raggiungibili solo tramite computer e software che, interagendo con l'utente, traducano le richieste in azioni da far compiere agli apparecchi robotizzati. Le automobili di nuova generazione sono dotate di veri e propri computer in grado di gestire quasi tutti i componenti. L'ultima frontiera è la possibilità che anche stando nell'abitacolo di un'autovettura si sia connessi in rete aumentando sempre di più l'affidabilità e la sicurezza. L'automobile moderna è monitorata e gestita da decine di unità di controllo elettroniche (ECU) specifiche per i vari sottosistemi in cui è strutturata. In genere la più importante è l'unità di controllo del motore (EMS - Engine Management System), mentre le altre sono utilizzate per la trasmissione, il sistema d'antibloccaggio dei freni (ABS - Antilock Braking System), gli airbags, il servosterzo elettrico, i sistemi audio, gli alzacristalli elettrici, la chiusura centralizzata delle porte. Per poter gestire nel modo più efficiente possibile questa enorme quantità di dati - che vengono scambiati dalle varie sottoparti del sistema con il compito di supervisionare sia i componenti elettronici che meccanici - è necessaria la connettività. La rete CAN (Controller-Area Network) è stata ideata per soddisfare questa esigenza al fine di centralizzare ed elaborare le informazioni in modo da semplificare ed ottimizzare la gestione del veicolo e ottenere importanti vantaggi sia nella fase di test che in quella di utilizzo, non trascurando quella di manutenzione. Obiettivo di questa tesi è di progettare un sistema che sia in grado di acquisire autonomamente i parametri operativi di un veicolo fuoristrada che sono inviati sul CAN Bus dai dispositivi di controllo. Nel caso specifico il fuoristrada in esame è una trattrice 3 agricola dell'Istituto CNR - IMAMOTER di Torino e l'utilizzo dei dati acquisiti è finalizzato alla visualizzazione e registrazione dei parametri richiesti per una successiva analisi ed ottimizzazione delle prestazioni del suddetto veicolo anche in termini di efficienza energetica. L'idea di base è dare la possibilità che i dati rilevati dalla centralina del veicolo sulla rete CAN possano essere filtrati, letti ed inviati ad un applicativo software presente su di un computer (o su un dispositivo dotato di connettività wireless come smartphone o tablet) che li tratterà opportunamente. Una volta quindi identificato il modo di interfacciarsi con la rete CAN del veicolo e sviluppato un firmware adeguato, è fondamentale realizzare fisicamente un dispositivo da integrare nel sistema esistente. E' in quest'ottica che s'inserisce il progetto di una scheda elettronica che si occuperà dell'acquisizione dati secondo lo schema rappresentato in Fig1.1, dove i dati in arrivo dal veicolo sono visualizzati dall'utente attraverso un apposito software, Fig. 1.1: Schema rappresentativo del progetto Si è pensato di realizzare la scheda elettronica seguendo la filosofia dei sistemi embedded, architettura il cui compito è quello di eseguire operazioni molto specifiche, spesso con vincoli sull'esecuzione in tempo reale: questa scelta permette di ridurre al minimo l'hardware in termini di spazio, consumo e costo di realizzazione. Sistema embedded a bordo fuoristrada Scheda Acquisizione dati 4 Questi dispositivi si sono evoluti recentemente virando sulla creazione di architetture modulari che permettono il riutilizzo delle risorse disponibili. In questo modo si ottengono comunque dispositivi ottimizzati, ma in grado di mantenere un certo tipo di flessibilità nello sviluppo delle applicazioni, allargando quindi lo spettro dei possibili impieghi. Ed è secondo questi principi che nei prossimi capitoli verrà discussa nei particolari la progettazione della scheda di acquisizione dati evidenziando sia i perché delle scelte che le caratteristiche dei singoli componenti hardware utilizzati. Per quanto riguarda la parte software, sarà descritto in dettaglio dando enfasi ad alcuni aspetti del codice, in particolare la sezione di campionatura dei dati. Infine sarà data enfasi alla elaborazione dei dati ottenuti e alla loro visualizzazione durante la descrizione dell'applicazione utente.