Sviluppo di un nuovo prodotto di monitoraggio di batterie

Dispositivi V-TAG forniti

Centraline BOX-IO

Magazzini monitorati

Sviluppo di una piattaforma IoT per la controllare e monitorare lo stato di batterie e accumulatori nei magazzini

Il Cliente ha richiesto la progettazione, sviluppo e fornitura di un prodotto (chiamato V-TAG) in grado di monitorare i parametri di stato di una batteria e di poter visualizzare i dati da remoto. Il requisito principale è stato quello di minimizzare al massimo i costi di fornitura e tutte le scelte di progettazione sono state prese per consegnare al Cliente un dispositivo economico. E’ stata impiegata la piattaforma IoT di EDALAB (BOX-IO) per ottimizzare i tempi di sviluppo, il dispositivo V-TAG raccoglie i dati dalla batteria/accumulatore e li invia al gateway presente nel magazzino, permettendo cosi la visualizzazione dei dati tramite la piattaforma Cloud già sviluppata.

Il progetto ha quindi richiesto un approccio per fasi incrementali passando dalla realizzazione di un prototipo rapido:

Analisi dello scenario e progettazione del dispositivo secondo l’operatività richiesta dal Cliente
Definizione delle specifiche della scheda elettronica con target price di costo
Prototipazione rapida del sistema per verificarne il funzionamento con il Cliente finale
Sviluppo prototipo ALFA e BETA per produzione in pre-serie e successivamente produzione su larga scala
Integrazione del nuovo dispositivo realizzato nella piattaforma Cloud di EDALAB
Personalizzazione della schermata di visualizzazione dati del dispositivo realizzato

Il prodotto V-TAG

Dispositivo IoT compatto per l'acquisizione dello stato delle batterie con lunga autonomia e attivazione magnetica.

Centralina di controllo

Centralina multiprotocollo per la raccolta dei dati da centinaia di V-TAG in ambienti industriali e logistici.

Applicazioni software

Piattaforma cloud per la visualizzazione dei dati, analisi dello stato di salute e gestione degli allarmi.

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Progettazione e sviluppo software, hardware e firmware

Per raggiungere gli obiettivi di costo prefissati dal Cliente, abbiamo deciso di approcciare il progetto per fasi incrementali. Una prima fase di prototipazione ci ha permesso fin da subito di affrontare le criticità e di valutare le funzionalità in campo. Una seconda fase di produzione ci ha invece permesso di ottimizzare il sistema e realizzare una quantità di dispositivi utili alla copertura del fabbisogno richiesto dal Cliente, pari a 1000 pezzi.

Alle criticità individuate nell’analisi iniziale si è aggiunta, in seguito ai primi test sul campo la necessità di mantenere un livello di protezione alto per il dispositivo V-TAG. Per questo motivo, in fase di progettazione iniziale abbiamo posto particolare attenzione al package della scheda in campo, per non dover tornare su scelte progettuali nelle fasi avanzate del progetto. Inoltre abbiamo dovuto ideare un sistema di accensione del dispositivo tramite magnete esterno: questo ha permesso di ridurre al massimo le lavorazioni sui case esterni per creare ulteriori pulsanti. Avvicinando un magnete standard al case il dispositivo si accenderà e inizierà a mandare il dato e, inoltre, dai test abbiamo simulato la durata della batteria raggiungendo fino a 20 anni di autonomia con uso continuo.

In fase di prototipazione abbiamo quindi superato le seguenti criticità:

› Efficienza nella comunicazione con un gran numero di sensori
› Dimensionamento della batteria in base alla comunicazione
› Protezione involucro per l’ambiente ostile

Risolte queste criticità si è passato alla realizzazione della soluzione finale composta dai seguenti elementi:

Dispositivo VTAG, oggetto di realizzazione: oltre alla parte meccanica, è stato curato particolarmente lo sviluppo del Firmware in modo da garantire la massima accuratezza dei dati raccolti sul campo.
Gateway di acquisizione dati con software di configurazione dei dispositivi V-TAG
Software di visualizzazione ed estrazione dati con possibilità di settare allarmi e notifiche

Soluzione tecnologica per controllare lo stato di salute delle batterie

La soluzione ha permesso al Cliente di dotarsi di uno strumento di monitoraggio intelligente a basso costo, facilmente scalabile e replicabile in diversi scenari di utilizzo. Il software è stato implementato con diverse funzionalità di gestione utenti e di visualizzazione dati. Il Cliente finale ha potuto cosi digitalizzare e ottimizzare le procedure di rilevamento dati.

› Riduzione del tempo di rilevazione dei dati

› Gestione degli allarmi con notifiche intelligenti

› Integrazione con ERP

1. V-TAG – Dispositivo IoT per il monitoraggio batterie

Il V-TAG è un dispositivo IoT sviluppato su misura per il monitoraggio remoto e continuativo dello stato delle batterie e accumulatori.
È stato progettato con un target di costo estremamente contenuto, pur garantendo affidabilità, autonomia e resistenza in ambienti ostili.
Le principali caratteristiche includono:

Interfacciamento diretto via RS232 con la batteria/accumulatore.
Raccolta di dati elettrici (tensione, corrente, temperatura, carica residua, cicli).
Attivazione tramite magnete esterno, evitando pulsanti fisici e semplificando l’assemblaggio.
Batteria interna a lunga durata, testata per funzionare fino a 20 anni in uso continuo.
Package robusto e sigillato, ottimizzato per ambienti polverosi o soggetti a umidità.
Firmware leggero e affidabile, con priorità alla riduzione dei consumi e alla precisione dei dati raccolti.

2. Gateway – Centralina di raccolta dati

Il gateway funge da hub centralizzato per la ricezione dei dati trasmessi dai dispositivi V-TAG.
Grazie al supporto ai protocolli LoRa, Zigbee, Wi-Fi e 4G, garantisce:

Elevata interoperabilità con dispositivi eterogenei e sensori di terze parti.
Copertura estesa in ambienti industriali o magazzini fino a diversi chilometri.
Gestione centralizzata di centinaia di V-TAG simultaneamente.
Software integrato di configurazione, che consente la gestione rapida dei dispositivi, l’associazione e la diagnostica.
Invio sicuro dei dati al cloud, tramite canali cifrati e protocolli MQTT/HTTPS.

3. Software – Piattaforma di visualizzazione e analisi

La piattaforma software sviluppata da EDALAB, parte dell’infrastruttura BOX-IO, consente:

Visualizzazione in tempo reale dei parametri raccolti da ogni singolo V-TAG.
Analisi dello stato di salute delle batterie, con algoritmi che identificano anomalie, degrado o condizioni critiche.
Gestione di allarmi e notifiche intelligenti, configurabili in base a soglie operative.
Cruscotti personalizzati per operatori, manutentori e supervisori.
Esportazione dei dati e integrazione con ERP e sistemi di gestione esterni.
Gestione multi-utente e multi-sito, per scalare la soluzione su diverse sedi o impianti.

Fasi di progetto per realizzare la piattaforma IoT

Analisi dei requisiti e definizione target costi

Collaborazione con il Cliente per definire requisiti funzionali e vincoli economici. Progettazione della soluzione con attenzione alla scalabilità e al contenimento dei costi.

Progettazione hardware e prototipazione rapida

Sviluppo dei primi prototipi della scheda elettronica (fase ALFA), test di comunicazione e raccolta dati, verifica dei consumi e simulazione di autonomia.

Sviluppo firmware e test sul campo

Implementazione del firmware ottimizzato per la raccolta dei dati, gestione energetica e invio tramite protocollo radio al gateway.
Test sul campo per la validazione delle prestazioni in ambienti reali (magazzini, celle logistiche, depositi).

Sviluppo gateway e interfaccia software

Realizzazione della centralina gateway e del relativo software di configurazione. Integrazione con il backend cloud esistente (BOX-IO) per la gestione dati e visualizzazione.

Fase BETA e produzione pre-serie
Produzione di una prima serie di 1000 dispositivi, test di stabilità e messa in opera presso il Cliente per valutare l’intera catena di funzionamento (dati → cloud → dashboard).

Ottimizzazione hardware e avvio produzione in serie

Sulla base del feedback raccolto, ottimizzazione del design hardware per produzione su larga scala.
Avvio della produzione in serie di 5000 unità, con test funzionali e collaudi automatici.

Deploy definitivo e supporto continuativo
Messa in opera completa del sistema, supporto post-deploy, gestione degli aggiornamenti e manutenzione tramite sistema di ticketing.

Grazie a un approccio modulare e progressivo, il progetto ha raggiunto l’obiettivo di realizzare una piattaforma IoT economica, scalabile, affidabile e pronta per l’uso industriale, permettendo al Cliente di digitalizzare i processi di monitoraggio con un ottimo rapporto costi-benefici.