ItemLOG – Embedded systém s RFID a indukčním snímačem polohy

Sledování a prokazatelné monitorování technologických procesů má zásadní význam při řízení kvality výroby, zajištění následných logistických procesů (např. Just in Time) nebo zaručení povolené manipulace s daným objektem. Centrum automatické identifikace na ČVUT v Praze (CAI) proto vyvinulo embedded systém, který je obecně použitelný pro sledování pohybu zboží, součástek či mechanických částí strojů v různých typech provozu. Zařízení vzniklo v rámci studentských prací řešených v CAI, které jsou v dnešní době směrovány zejména k funkčním výstupům pro budoucí nasazení v technické praxi.

Obr. 1 Základní deska ALIX

HW část zařízení

Jádrem celého systému je deska ALIX s těmito parametry:

• CPU: 500 MHz AMD Geode LX800
• DRAM: 256 MB DDR DRAM
• Storage: CompactFlash socket, 44 pin IDE
• Power: DC jack or passive POE, min. 7 V až max. 20 V
• Expansion: 1 miniPCI slot, LPC bus
• Connectivity: 3 Ethernet channels (Via VT6015M 10/100)
• I/O: DB9 serial port, dual USB port
• Board size: 6×6" (152,4×152,4 mm) – same as WRAP.1E
• Firmware: tinyBIOS

Data se ukládají na kartu Compact- Flash o velikosti 4 GB. Pro vzdálenou správu je pak využit miniPCI slot pro Wifi kartu.

Obr. 2 Prototyp systému

Z hardwarové části je dále využita technologie RFID, která sestává z několika částí:

• Tagy (transpondéry)
• Čtečka
• Software pro správu (middleware, PC aplikace)

Tagy se připevňují na sledované předměty a obsahují jedinečný identifikátor, který zaručuje nezaměnitelnost předmětu, jehož obsahem jsou i data o konkrétním sledovaném objektu. Čtečka komunikuje s tagem přes připojenou anténu v daném kmitočtovém pásmu (v UHF pásmu to jsou kmitočty 865–868 MHz), řídí jeho činnost (čas a frekvenci snímání, filtraci dat, čtení, zápis) a nashromážděná data posílá do obslužného SW (PC aplikace, middleware + databáze).

Embedded systém využívá čtečku typu RFI21.1EU UHF RFID (výrobce Metra Blansko a.s.) a tagy UPM ShortDipole.

Obr. 3 Indukční snímač polohy

Pro sledování počtu výrobních cyklů (například počet zdvihů lisovacího nástroje či pohyblivé části formy) je využit indukční snímač polohy typu EI 1204pposs. Jedná se o válcový snímač z nerez oceli o průměru 12 mm. Snímací vzdálenost snímače je 4 mm, napájení je v rozmezí 10–40 VDC, spínání realizuje tranzistor PNP s otevřeným kolektorem s frekvencí snímání až 500 Hz.

SW část zařízení

Deska ALIX pracuje vždy pod určitým operačním systémem. Výrobce nabízí možnost instalace hned několika OS – FreeBSD, Linux, NetBSD, OpenBSD a další. Nejlepší volbou je vzhledem k dostupné dokumentaci a bezplatné distribuci Linux. OS Linux nabízí hned několik verzí a lze je rozdělit podle velikosti instalace, malé/velké podpory specifického určení (server, firewall apod.). Při vývoji jsme zvolili verzi Voyage Linux, která je založena na Debian Sarge r3.1/Etch r4.0/Lennyr 5.0/Squeeze r6.0. Jádrem je Linux 3.0/2.6 kernel. Základní instalace vyžaduje 128MB datový prostor. OS Voyage Linux je nejprve nainstalován na kartu CompactFlash a poté je pomocí komunikace minicom umožněn přístup k OS.

Komunikace s RFID čtečkou se provádí přes virtuální sériový port pomocí USB rozhraní a open source knihoven (libusb). Pro zpřístupnění základních komunikačních operací mezi čtečkou a PC (inicializace knihoven, vyhledání RFID čtečky, otevření portu RFID čtečky a zahájení komunikace, I/O instrukce atd.) se používají dostupné funkce. Následuje komunikace s tagem, pošle se tedy příkaz pro identifikaci tagu a poté se načte jeho údaj. Pokud jsou všechny údaje k dispozici, čtečka přestane číst.

Komunikace mezi deskou ALIX a indukčním snímačem polohy se provádí pomocí sériového rozhraní a indukční snímač je ovládán dvěma vstupními signály a jedním výstupním.

Poslední SW částí je interpretace dat. Zařízení je chápáno jako server, ke kterému se připojuje klient, tedy obslužné PC, a to pomocí Wi-Fi. Komunikace probíhá standardně pomocí TCP/IP protokolu. Nejprve je nutné na desce (server) nastavit wlan0 interface a automatické spouštění této konfigurace, poté způsob připojení k serveru. Pro přístup se používají tyto programy či příkazy: Putty (OS Windows), SSH command (OS Linux), JellyFiSSH (Mac OS) a ConnectBot (Android).

Z uživatelského hlediska lze pak jen na vzdáleném PC či chytrém telefonu spustit webový prohlížeč a zadat příslušnou IP adresu. V zobrazené tabulce je uvedeno ID tagu, čas čtení, počet čtení a možnost smazání dat o tagu. Přístup na tyto stránky je možné navíc ochránit heslem, případně zajistit přístup pomocí FTP a stažení jednotlivých csv souborů.

Obr. 4 Print screen webového rozhraní ItemLOGu ze vzdáleného PC

Představené řešení je ukázkou standardního postupu vývoje a výroby nových zařízení dnešních dní. Tedy nikoliv klasické a pro mnoho z nás tak dobře známé konstruování elektrotechnických zařízení s využitím součástkové základny, ale stavebnicové uspořádání funkčních bloků s obslužným SW. Popsané zařízení umožňuje celkem snadno modifikovat požadované funkce či periferie a snadno jej tak přizpůsobit dalším aplikacím v oblasti automatické identifikace. Nově vznikající fenomén Internetu věcí totiž není jen automatická identifikace, ale především řízená výměna získaných dat s nadřízenými systémy a jejich vhodná interpretace pro nové ekonomické přínosy.