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SVILUPPO E IMPLEMENTAZIONE SU MICROCONTROLLORE

DI UN’ APPLICAZIONE WEB SERVER PER IL CONTROLLO DI UN

SISTEMA EMBEDDED

POLITECNICO DI BARIFACOLTA’ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRONICA

TESI DI LAUREA IN ELETTRONICA II

Laureanda

Pirulli Maria Antonella

RelatoreCh. mo Prof. F. Corsi

CorrelatoriCh. mo Prof. C. MarzoccaIng. P. Losito

ANNO ACCADEMICO 2007 – 2008

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OBBIETTIVO DELLA TESI

Sviluppo di un Web Server, implementato su dispositivi embedded, che costituisce l’interfaccia per un sistema di monitoraggio di veicoli adibiti al trasporto di merci pericolose, denominato Moni.C.A.

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Introduzione ai Web Service

Il Web Service è 'interfaccia che descrive una serie di operazioni richiamabili attraverso il web,in cui le informazioni sono trasmesse in formato testuale attraverso un protocollo di tipo request/reply come l’HTTP.

Il protocollo HTTP (acronimo di HyperText Transfer Protocol) è impiegato per il trasferimento di documenti principalmente in formato HTML.

L’HTMLè un semplice linguaggio che si occupa di definire la formattazione con cui Browser Web (Internet Explorer, Mozilla Firefox) visualizzerà tali informazioni.

Esempio di applicazione Web Service: Home page del sito del Politecnico di Bari

http://www.poliba.it

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Web Service: scenari applicativi

Operazione/Monitoraggioun operatore può richiedere una misura (nel caso di un sensore) o può agire su un attuatore.

Allarmei web service possono essere usati per allertare gli addetti alla sicurezza e alla manutenzione in caso di funzionamenti anomali o condizioni di particolare pericolo.

Web Service risultano ideali per le seguenti tipologie di applicazioni:

Configurazioneun operatore è in grado di modificare da remoto un ampio range di parametri di configurazione che possono essere memorizzati in memorie non volatili.

Diagnosi/Monitoraggioun operatore può richiedere in un qualsiasi momento particolari informazioni sullo stato del dispositivo monitorato.

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I vantaggi del protocollo Ethernet e il TCP/IP

La scelta del protocollo Ethernet comporta diversi vantaggi:

- grande scalabilità della rete;

- possibilità di gestire un elevato numero di nodi;

- possibilità di incrementare la lunghezza delle reti di controllo;

- le velocità di trasmissione;

- miglioramento delle performance e l’interoperabilità;

- possibilità di utilizzare dispositivi economici

Lo standard de facto del protocollo di comunicazione per Ethernet è il TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol )

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Il Sistema Moni.C.A.

Moni.CA.- Center

Il Sistema MoniCA, è un sistema di monitoraggio a controllo adattivo costituito da due sottosistemi denominati:

- Moni.C.A.- Terminal (la rete di sensori wireless)- Moni.CA.- Center (postazione remota)

Il Moni.C.A.- Terminal presenta un’architettura centralizzata nel quale il Nodo Coordinatore gestisce in remoto i moduli periferici, raccoglie i dati provenienti da questi, li memorizza in locale e li trasmette via GPRS al Moni.C.A.- Center. Gli altri Nodi invece acquisiscono i valori dei sensori e li inviano, attraverso la rete wireless Zigbee, al Nodo Coordinatore.

Il Moni.C.A.- Center è in grado di analizzare e pianificare i percorsi ottimali dei veicoli monitorati, grazie alle informazioni convogliate dal Moni.C.A.-Terminal e mediante sistemi software di controllo della viabilità è possibile prevenire e gestire eventuali situazioni di pericolo.

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Il Nodo Coordinatore della Rete

Le sue funzionalità principali del nodo coordinatore sono:• la gestione della rete ZigBee • il controllo, in tempo reale, dello stato dei sensori e dei parametri inerziali, • la gestione della comunicazione con il Moni.C.A.-Center, utilizzando un protocollo GPRS • la gestione della comunicazione con il dispositivo Moni.C.A.-Mobile, attraverso lo standard Bluetooth;• la gestione del ricevitore GPS con l’acquisizione dei dati attraverso le stringhe previste dallo standard

NMEA• la memorizzazione dei dati acquisiti dal sistema attraverso un supporto rimovibile di tipo Secure Digital;• la gestione di un’interfaccia Ethernet, con l’implementazione di un applicativo Web Server

MCU

LAN

BLUETOOTH

ZIGBEE GPRS

GPS

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La comunicazione ethernet

WSN - Nodo Coordinatore

PIC 24 SPI

ControllerPIC18

+TransceiverENC28J60

Dispositivo portatile

L’ applicativo firmware è composto da due sezioni fondamentali:

• la comunicazione con il browser utente, realizzata attraverso interfaccia ethernet, utilizzando il protocollo HTTP e gestendo opportunamente le pagine HTML su cui si è strutturato il Web Server.

• la comunicazione con la Sezione MCU del Nodo Coordinatore del sistema Moni.C.A.-Terminal, attraverso interfaccia SPI,con la quale si realizza uno scambio dati tra il dispositivo, che svolge il ruolo di controller della Sezione LAN, e il PIC24 utilizzato come unità di elaborazione generale dell’apparato.

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L’interfaccia Monical Terminal

L’interfaccia dell’applicativo web service implementato sul Nodo Coordinatore è composta da 4 pagine HTML.

La prima pagina denominata “STATO”, è utilizzata per la visualizzazione dei dati monitorati dai sensori attivi quali:

•Temperatura,•Pressione,•Umidità•Radiazioni•Concentrazione di CO

Ciascun nodo sensore po’ essere selezionato attraverso il menù a tendina posizionato nel frame sinistro

Applicativo Web Server - Pagina STATO.

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L’interfaccia Monical Terminal

La seconda pagina denominata SETTING GENERALE, consente di visualizzare ed impostare alcuni fondamentali parametri di funzionamento del sistema:

- la targa del veicolo;

- l’operatore di telefonia mobile;

- il numero di telefono di riferimento;

- l’indirizzo Bluetooth del Moni.C.A.-Mobile;

- l’indirizzo IP;

- porte Socket Out;

- porte Socket In;

Applicativo Web Server - Pagina SETTING GENERALE.

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L’interfaccia Monical Terminal

La terza pagina denominata “SETTING SOGLIE”,consente di visualizzare ed impostare valori di soglia relativi ai sensori presenti nel sistema, ed i parametri di assetto del veicolo rilevati dalla piattaforma inerziale.I valori di soglia minima e massima relativi ai sensori che è possibile inserire sono:

Temperatura;• Umidità relativa; • Pressione;• Concentrazione CO;• Concentrazione di radiazioni ionizzanti;• Vibrazioni;• Shock meccanici;• Inclinazione asse X;• Inclinazione asse Y.Applicativo Web Server - Pagina SETTING SOGLIE.

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L’interfaccia Monical Terminal

L’ultima pagina denominata “INS”, visualizza tutti i valori relativi alla radiolocalizzazione del mezzo ed ai parametri rilevati dalla piattaforma inerziale, ovvero:

• data e ora;• latitudine;• longitudine;• altitudine;• numero di satelliti GPS in visibilità;• velocità;• direzione;• vibrazioni;• inclinazione attorno all’asse X;• inclinazione attorno all’asse Y.

Applicativo Web Server - Pagina INS

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CONCLUSIONI

Il progetto di tesi ha soddisfatto pienamente le specifiche richieste, in termini:

- di semplicità di utilizzo;- di codice sviluppato, adattato ad un’architettura povera di risorse come un sistema embedded;- di semplicità della infrastruttura hardware;- di basso costo di implementazione.

Sviluppi futuri :l’inserimento di un modulo di autenticazione,nella pagina HTML iniziale, attraverso il quale limitare l’utilizzo dell’interfaccia e la modifica dei parametri del sistema ai soli account abilitati.

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GRAZIE PER L’ATTENZIONE