GapTracker è un dispositivo progettato per il controllo e l’analisi delle deformazioni presenti nella scocca inferiore delle macchine utilizzate per il lavaggio delle bottiglie.
L’obiettivo del progetto è fornire uno strumento semplice da utilizzare, ma in grado di raccogliere una quantità significativa di dati durante il normale percorso della macchina. Attraverso la combinazione di un sensore di prossimità, un giroscopio e un sistema di registrazione temporale, GapTracker permette di individuare eventuali anomalie e di analizzarne successivamente la posizione.
Come funziona GapTracker
Il dispositivo viene inserito in uno degli alloggiamenti normalmente destinati alle bottiglie e fatto percorrere alla macchina il proprio ciclo di funzionamento, a secco e senza bottiglie.
Durante il tragitto, un sensore di prossimità installato nella parte inferiore di GapTracker misura con precisione millimetrica la distanza tra il dispositivo e il fondo della macchina.
La misura della distanza viene affiancata dai dati provenienti da un sensore inerziale, utilizzato per rilevare l’orientamento del dispositivo durante il percorso.
In questo modo ogni campione può contenere diverse informazioni:
- identificativo del dispositivo;
- data e ora della misurazione;
- distanza dal fondo della macchina;
- orientamento rilevato dal giroscopio;
- timestamp della misura.
Tutti i dati vengono memorizzati su una scheda di memoria, così da poter essere analizzati al termine della registrazione.
Un sistema di misura basato sulla correlazione dei dati
Uno degli aspetti più interessanti di GapTracker è la possibilità di correlare la distanza rilevata dal sensore con il tempo di percorrenza del dispositivo.
Un’eventuale variazione anomala della distanza dal fondo può infatti indicare la presenza di una deformazione o di un ostacolo.
Analizzando il momento in cui la variazione viene rilevata è possibile ottenere una prima indicazione della posizione dell’anomalia lungo il percorso.
I dati del giroscopio forniscono inoltre un’informazione complementare: eventuali rotazioni o variazioni dell’orientamento del dispositivo possono contribuire a identificare con maggiore precisione il punto in cui si è verificata la deformazione.
Il pannello di controllo
GapTracker è dotato di un pannello di controllo che consente di gestire le principali funzioni del dispositivo.
Il pannello comprende:
- interruttore di alimentazione per accendere e spegnere lo strumento;
- pulsante di selezione per scorrere le informazioni visualizzate sul display;
- pulsante di avvio per iniziare o interrompere una registrazione;
- display da 0,96″ per visualizzare lo stato e i dati del dispositivo;
- LED di stato per fornire un riscontro visivo sulle diverse modalità operative.
Il display permette di visualizzare, tra le altre informazioni, la versione del dispositivo, i valori delle misurazioni in tempo reale, i parametri di calibrazione, il sample rate e l’identificativo configurato.
Durante una registrazione vengono inoltre mostrati il numero di campioni acquisiti, la distanza dal fondo e i valori relativi all’orientamento del dispositivo.
Acquisizione delle misurazioni
L’avvio di una sessione di misura avviene premendo il pulsante rosso di avvio.
Il dispositivo può prevedere un breve ritardo configurabile prima dell’effettivo inizio dell’acquisizione. Questo intervallo consente di posizionare correttamente GapTracker nell’alloggiamento della macchina e di effettuare la calibrazione del giroscopio.
Una volta iniziata la registrazione, il LED verde indica che i dati vengono salvati sulla scheda di memoria, mentre il LED bianco fornisce un’ulteriore segnalazione durante l’acquisizione.
La registrazione può essere interrotta in qualsiasi momento premendo nuovamente il pulsante di avvio.
Organizzazione dei dati
GapTracker organizza automaticamente le registrazioni utilizzando la data fornita dal proprio timer interno.
All’avvio di una nuova sessione viene utilizzata una cartella associata alla data corrente e, all’interno di questa, viene creato un file di log con numerazione progressiva.
Questo approccio consente di effettuare più prove nella stessa giornata mantenendo separate le diverse sessioni di acquisizione.
I dati vengono salvati in formato testuale e possono quindi essere successivamente elaborati con software di analisi, fogli di calcolo o applicazioni sviluppate appositamente.
Un record di misura può avere, ad esempio, una struttura di questo tipo:
GapTracker_01 | 2021-01-09 | 20:45:19 | Y | 29 | 1 | 30 | 27
In questo caso sono presenti l’identificativo del dispositivo, la data, l’orario, il profilo del giroscopio, i relativi valori angolari e, infine, la distanza rilevata dal fondo della macchina.
Profili del giroscopio
Il sistema permette di configurare differenti modalità di rappresentazione dei dati provenienti dal giroscopio.
Tra i profili disponibili troviamo:
- Quaternion (Q);
- Euler Degrees Angles (E);
- Yaw, Pitch, Roll (Y);
- Real Acceleration (R);
- World Acceleration (W).
La scelta del profilo permette di adattare i dati registrati alle esigenze dell’analisi successiva.
Nel caso del profilo Yaw, Pitch, Roll, ad esempio, vengono registrati i tre valori angolari relativi all’orientamento del dispositivo.
Calibrazione
Prima dell’utilizzo è necessario effettuare la calibrazione del sensore di prossimità.
La procedura permette di determinare la distanza tra il sensore installato nella parte inferiore del dispositivo e il bordo di GapTracker.
Per avviare la calibrazione è sufficiente mantenere premuto il pulsante di selezione per almeno sei secondi. I LED rosso e verde indicano lo svolgimento della procedura.
Durante la calibrazione viene richiesto di appoggiare un oggetto piano, ad esempio un libro, sul bordo del dispositivo in corrispondenza del sensore.
Al termine viene visualizzata la distanza misurata in millimetri. Questo valore viene quindi inserito nel file di configurazione e utilizzato dal sistema per compensare le misure successive.
Configurazione del dispositivo
I principali parametri di GapTracker sono configurabili attraverso il file GTCONF.TXT, presente nella root della scheda di memoria.
Tra i parametri disponibili troviamo:
- name – identifica il dispositivo e viene riportato nei file di registrazione;
- samplerate – definisce l’intervallo di campionamento delle misure;
- calibraterange – contiene il valore ottenuto durante la calibrazione;
- gyroprofile – seleziona il profilo di acquisizione del giroscopio;
- startdelay – stabilisce il ritardo tra l’avvio della registrazione e l’inizio effettivo delle misure.
Il file permette inoltre di configurare il comportamento del LED di segnalazione in funzione della distanza rilevata.
È quindi possibile associare differenti intervalli di distanza a diverse frequenze di lampeggio, ottenendo un’indicazione visiva immediata durante l’utilizzo dello strumento.
Interfaccia seriale
Per le attività di configurazione e messa a punto è disponibile anche un’interfaccia seriale.
Il dispositivo può essere collegato a un computer tramite USB e la comunicazione viene attivata mantenendo premuto il pulsante di selezione per un intervallo compreso tra tre e sei secondi.
La comunicazione seriale utilizza un baud rate di 115200 bps con DTR abilitato.
Una volta stabilita la connessione, è possibile utilizzare un comune software per terminale seriale per impartire comandi al dispositivo.
Tra le funzioni disponibili:
m– visualizzazione del menu;t– sincronizzazione del timer interno con il computer;b– visualizzazione della percentuale di carica della batteria;x– uscita dall’interfaccia seriale.
Questa modalità è particolarmente utile durante la configurazione, la manutenzione e il debugging del sistema.
Alimentazione
GapTracker utilizza una batteria interna LiPo da 3,7 V e 2000 mAh.
Lo stato della batteria è sempre consultabile attraverso l’icona presente sul display.
Per la ricarica è sufficiente collegare il dispositivo tramite USB a un’alimentazione compatibile. Al termine della ricarica è possibile scollegare il cavo e verificare nuovamente il livello di carica dal display.
Gestione degli errori
Il sistema dispone di alcune segnalazioni che consentono di identificare rapidamente eventuali problemi.
Un LED rosso lampeggiante associato a un messaggio sul display può indicare, ad esempio:
- scheda di memoria non presente o non riconosciuta;
- problema con il modulo RTC;
- sensore di prossimità non riconosciuto;
- anomalie relative all’hardware o ai sensori.
La presenza di indicatori luminosi e messaggi sul display consente quindi di effettuare una prima diagnosi senza dover collegare necessariamente il dispositivo a un computer.
Dalla misura al rilevamento dell’anomalia
Il vero valore di GapTracker emerge dall’analisi dei dati raccolti.
Durante il percorso, una deformazione del fondo può produrre una variazione della distanza misurata dal sensore di prossimità. Se questa variazione supera i limiti considerati accettabili, il dato può essere utilizzato come indicatore di una possibile anomalia.
L’orario associato a ogni campione permette di ricostruire il momento in cui la variazione è avvenuta.
Il giroscopio aggiunge una seconda dimensione all’analisi: se il dispositivo cambia orientamento in corrispondenza dell’anomalia, le variazioni angolari possono fornire ulteriori informazioni sulla posizione e sulla dinamica dell’evento.
In questo modo GapTracker non si limita a rilevare una semplice distanza, ma crea una traccia temporale e inerziale del percorso effettuato all’interno della macchina.
Un sistema pensato per la diagnostica
GapTracker nasce quindi come strumento di supporto alla diagnostica delle macchine lavabottiglie.
La combinazione tra:
sensore di prossimità + giroscopio + riferimento temporale + registrazione dei dati
permette di trasformare il percorso del dispositivo in un insieme strutturato di misurazioni analizzabili.
Questo approccio può facilitare l’individuazione di deformazioni, irregolarità e variazioni della geometria del fondo della macchina, fornendo dati oggettivi utili durante le attività di verifica e manutenzione.
Conclusioni
GapTracker è un esempio di come sensori e sistemi embedded possano essere integrati in uno strumento dedicato alla diagnostica industriale.
Il dispositivo combina acquisizione della distanza, rilevazione dell’orientamento, gestione temporale e memorizzazione dei dati in un sistema compatto e configurabile.
Il risultato è uno strumento in grado di accompagnare la macchina durante il proprio ciclo di funzionamento e trasformare un controllo difficilmente quantificabile in una serie di dati misurabili, registrati e successivamente analizzabili.
La possibilità di configurare il sistema, calibrare i sensori, scegliere differenti profili del giroscopio e accedere ai dati attraverso la scheda di memoria rende GapTracker una piattaforma flessibile per attività di controllo e diagnostica.