Progettazione di una piattaforma di misurazione scalabile

Ovunque si guardi, è possibile trovare riferimenti a cose «smart»: smartphone, smart TV, smart home e persino smart city. L’intelligenza dei dispositivi che ci circondano continua ad aumentare, e forse quell’intelligenza è ancora più importante nei sistemi di servizi che sostengono le nostre città. Le reti elettriche del mondo, in particolare, stanno subendo una rivoluzione nei sistemi di controllo che collegano le centrali elettriche alle fabbriche, alle imprese e alle abitazioni. Quella che un tempo era una rete di sistemi elettromeccanici sta diventando sempre più automatizzata e gestita da dispositivi sempre più intelligenti. Questi dispositivi formano una rete elettrica più intelligente che sostiene una serie di tendenze: dalla generazione centralizzata a quella distribuita; dal flusso di informazioni unidirezionale a quello bidirezionale; e dalla tradizionale generazione di energia costante a una varietà di fonti di generazione rinnovabili che possono cambiare nel tempo.

Queste tendenze verso una smart grid migliorano la connettività, aumentano la resistenza alle variazioni di domanda di energia e portano ad una maggiore efficienza energetica complessiva. I microcontroller (MCU) sono il cuore di numerosi dispositivi, come i gateway di raccolta dei dati, gli indicatori di guasto, le unità terminali remote e i contatori intelligenti, che sono centrali per la smart grid.

In questo articolo verranno analizzati quattro importanti caratteristiche di una MCU in applicazioni smart grid/smart metering.

Grande memoria integrata

L’intelligenza aggiunta in un dispositivo di misurazione si traduce in più complessità, più velocità e più codice. La smart grid utilizza un numero maggiore di standard di comunicazione cablati e wireless rispetto alle reti elettriche tradizionali e tali standard cambieranno nel tempo mentre ne emergeranno di nuovi. Queste condizioni rendono necessaria una grande quantità di memoria flash integrata, sia per contenere più stack di comunicazione, sia per disporre della memoria necessaria per supportare aggiornamenti sicuri e affidabili su un host contatore intelligente. Con il passare del tempo, è probabile che aumentino i requisiti di comunicazione cablata e wireless, il che significa che la scelta della MCU dovrebbe includere una piattaforma che consenta la scalabilità del progetto.

Funzionamento a bassa potenza

A mano a mano che le fonti di energia diventano più numerose, la fornitura di energia elettrica potrebbe non essere più costante in alcune località. Il supporto di una smart grid richiede dispositivi a bassa potenza che possano funzionare il più a lungo possibile, anche durante interruzioni di corrente, per mantenere il controllo e la comunicazione. La bassa potenza è ancora più importante per i contatori non elettrici, come i contatori a batteria del gas o dell’acqua, la cui aspettativa di vita può essere di 10 o più anni.

Rilevamento e misurazione accurati

In un contatore intelligente, la MCU rappresenta l’hub responsabile della raccolta dei dati di utilizzo e della relativa segnalazione ai nodi di controllo a monte. È necessario un rilevamento accurato sotto forma di conversione analogica-digitale (ADC) di precisione, associata a frequenze di campionamento più elevate per misurare correttamente l’energia o altri usi del servizio. Anche l’utilizzo a bassa potenza è importante, poiché consente frequenze di campionamento più elevate e un’immagine più precisa dell’utilizzo del servizio senza sacrificare la durata della batteria.

Piattaforma di sviluppo unificata

Lo sviluppo di sistemi per l’infrastruttura di smart metering richiede l’uso di più MCU per fornire comunicazioni cablate o wireless, nonché funzioni di metrologia e host. Un ambiente unificato può consentire uno sviluppo rapido ed efficiente di nuove applicazioni fornendo driver convalidati e documentati, stack di comunicazione ed esempi di codice. Costruire un sistema in questo modo consente un facile riutilizzo del codice dell’applicazione, mentre la scalabilità del sistema permette di includere più protocolli wireless (come Sub-1 GHz, 2,4 GHz e soluzioni dual-band) o di espandersi per includere soluzioni stack (come Wireless M-Bus, Zigbee, Thread, 6LoWPAN, Bluetoot® Low Energy o altre soluzioni proprietarie).

MCU SimpleLink MSP432

Per soddisfare le esigenze in continua evoluzione dei dispositivi di rete intelligente e dei contatori di servizi più intelligenti, TI ha sviluppato la linea di MCU SimpleLink MSP432. Questa gamma offre un funzionamento a bassa potenza con ampie opzioni per la memoria flash da 512 kB, 1 MB o addirittura 2 MB. Le MCU contengono periferiche integrate rivolte alle esigenze dell’infrastruttura della rete intelligente, tra cui un ADC a rumore ridotto e bassa potenza, e un controller per display a cristalli liquidi (LCD) a bassa potenza. La Figura 1 mostra un esempio di come è possibile iniziare a creare il proprio contatore intelligente con la MCU host MSP432P4.

Figura 1: Configurazione per un contatore intelligente con una MCU MSP432

Tutte le caratteristiche sono collegate al kit di sviluppo software SimpleLink (SDK), che consente agli sviluppatori il trasferimento dell’investimento per un singolo dispositivo in un’intera famiglia di prodotti di MCU SimpleLink cablate e wireless.

Risorse supplementari

• Per ulteriori informazioni su come le MCU SimpleLink possono contribuire ad un sistema basato su MCU è possibile consultare la TechNote TI «SimpleLink MSP432P4 – Host per lo smart metering».
• Osservate la MCU MSP432P4111 SimpleLink a segnale misto, il relativo Kit di sviluppo LaunchPad™e l’SDK MSP432.
• Consultate il Progetto di riferimento per metrologia shunt polifase con AFE isolato.
• Leggete il rapporto applicativo «Scalabilità nella gamma di MCU SimpleLink MSP432P4».
• Guardate il video di formazione «2 MSP432 SimpleLink Bluetooth Low Energy OTA con compressione LZ4».

Bob Landers, Texas Instruments