Lo scopo del progetto SIADiagCarrelli è quello di sviluppare un sistema di diagnostica dei carrelli ferroviari basato su sensori in grado di rilevare le grandezze fisiche come accelerazione, vibrazioni etc. L’energia elettrica necessaria per il funzionamento di tali sensori è garantita mediante lo sviluppo di sistemi innovativi in grado di recuperare energia dalla dinamica vibrazionale dei carrelli stessi.
In questo ambito l’attività della sezione di Napoli dell’ISASI (già IMM) è focalizzata sullo studio e la scelta sensori fisici adatti alla misura delle grandezze fisiche in esame e alla definizione delle configurazioni più adeguate all’integrazione dei sensori stessi nel sistema di misura e di generazione di energia elettrica. Tale attività, in una fase preliminare, ha richiesto un’attenta valutazione dello stato dell’arte mirando ad identificare le tipologie di componenti hardware per la sensorizzazione (accelerometria, inclinometria, giroscopia, inerziale, estensimetria) del carrello ferroviario nella modalità più adeguata al fine di soddisfare i requisiti funzionali di progetto richiesti.
In particolare, l’analisi è stata rivolta alle misure delle accelerazioni lungo i tre assi (longitudinale, laterale e verticale) e della velocità di imbardata.
Per le varie misure da effettuare sono stati definiti i parametri fondamentali e le principali specifiche da rispettare per l’utilizzo in ambito ferroviario.
In particolare, sono stati individuati come fondamentali i seguenti parametri:
- Fondo scala
- Risposta in frequenza
- Sensibilità
- Intervallo di temperature
- Resistenza agli shock
- Consumo di energia elettrica
I principi fisici delle principali tipologie di sensori disponibili sono stati valutati, confrontandone le prestazioni. Ed è stata prevista l’eventuale implementazione e progettazione di una piattaforma di comunicazione, necessaria all’integrazione dei vari sensori con lo scopo di ottenere un flusso di dati omogeneo da poter facilmente essere interpretato e/o trasmesso.
Un diagramma a blocchi dell’intera configurazione progettata è riportato nella figura 1.
Per minimizzare il numero di interconnessioni da effettuare con la board esterna per il trasferimento dati, è stata scelta una connessione bifilare basata un protocollo seriale di tipo I2C. In particolare, sono presenti le seguenti due linee seriali di comunicazione:
- SDA (Serial DAta) per i dati
- SCL (Serial CLock) per il clock
Tutta la circuiteria è stata sviluppata e programmata per ridurre al minimo il consumo di potenza e quindi rendere autosufficiente il sistema con l’energia prodotta dal sistema di Energy Harvesting. Proprio relativo a questa ultima parte dell’attività si è resa necessaria un’approfondita analisi e configurazione della logica di controllo del sistema di sensori. Tale attività ha permesso di trovare il bilanciamento ottimale tra consumo energetico e prestazioni dinamiche del sistema; inoltre è stata considerata la più ampia flessibilità possibile nella configurazione in modo da potersi adattare, entro certi limiti, ai parametri di funzionamento richiesti. Sono state provate e sviluppate, infatti, diverse configurazioni in funzione delle prestazioni e sono stati misurati gli assorbimenti elettrici relativi.
Il prototipo di sistema così sviluppato presenta un assorbimento massimi al di sotto dei 30mW con frequenza di operazione di circa 250Hz, ossia valori pienamente compatibili con le potenze generate dal sistema di energy harvesting e l’osservazione della dinamica di carrello.
Nella figura seguente è riportato a titolo esemplificativo, la trasmissione dei dati verso la board esterna a due frequenze di funzionamento (20Hz e 170Hz):
Partner coinvolti
