IT202000019933A1 - Sistema di prototipazione istantanea - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DEL BREVETTO PER INVENZIONE DAL
TITOLO: ?SISTEMA DI PROTOTIPAZIONE ISTANTANEA?
TESTO DELLA DESCRIZIONE
AMBITO DELL?INVENZIONE
La presente invenzione riguarda un perfezionamento del brevetto 102015000075169.di propriet? della richiedente medesima, il cui settore di interesse ? quello dell?elettronica e della prototipazione ivi inerente, in particolare l'invenzione pregressa era promotrice del settore della prototipazione rapida in ambito elettronico/elettrico e della micro e nanoelettronica.
STATO DELL ARTE
Ancor pi? in particolare il settore d?interesse della presente invenzione ? quello d?appartenenza originaria di Arduino e derivati, il primo essendo un noto sistema di prototipazione e sviluppo in ambiente Open Source cos? come lo ? Rapsberry, questi come noto sono tutti metodi definiti di prototipazione rapida.
Ricapitolando quanto di saliente: tali piattaforme di prototipazione rapida richiedono competenze e tempi per consentire la necessaria scrittura di codici e/o SW e/o configurazioni manuali dell?HW.
Con riferimento ora alla precedente invenzione, ancora di estrema attualit? rispetto al settore, si riassume quanto segue: nella precedente invenzione in particolare si faceva riferimento ad un sistema di prototipazione rapida in cui veniva descritto un dispositivo primario atto a riconoscere e/o configurare moduli di espansione connessi a detto dispositivo primario mediante mezzi di autoriconoscimento quali riconoscimento di un ID che identificava univocamente ogni modulo di espansione. Il riconoscimento dei moduli permetteva l?autoconfigurazione a livello di dispositivo primario che riconoscendo il modulo assegnava dinamicamente a questi moduli di espansione uno specifico indirizzo per la comunicazione su bus tra almeno il dispositivo primario ed almeno un modulo permettendo un rapido e semplice utilizzo.
In modo particolarmente vantaggioso tale sistema consentiva una prototipazione semplice e rapida, senza necessit? di tempi di programmazione lunghi come per Arduino e gli altri noti.
L?estrema semplicit? ed efficacia del sistema essendo tutt?oggi all?avanguardia nella tecnica fino ad ora nota.
La richiedente tuttavia con lo sviluppo del prodotto, ha potuto perfezionare alcuni aspetti rispetto alla versione originale dello stesso, che consentono vantaggiosamente di avere ulteriori sviluppi rispetto al prodotto e sistema originale, ci? consentendo di proporre una vera e propria prototipazione ?istantanea? (e non solo ?rapida?) al mercato. Ancora, grazie a tali perfezionamenti ? stato possibile altres? ampliare la gamma di ?mattoncini? utilizzabili nel sistema e dunque ampliare il settore di utilizzo, cosa che prima non era possibile a causa dell?assegnazione di un ID o indirizzo univoco ad ogni modulo secondario.
Con riferimento dunque alla versione base del progetto, si evidenzia quanto segue ricollegandosi al discorso qui sopra: il dispositivo primario ed i moduli secondari originali erano prodotti in una pluralit? di tipologie ed ogni tipologia era contraddistinta da un ID univoco, questo si ? rivelato col tempo a volte svantaggioso, in quanto tale aspetto non permetteva di adattare l?utilizzo delle nuove famiglie di MEMST (Micro Electrical Mechanical Systems) al presente sistema di prototipazione (si spiegher? in seguito).
Sempre con riferimento al brevetto precedente, una volta portata a termine la prototipazione, rimaneva comunque necessario dover abbandonare l?assieme prototipale per passare successivamente alle fasi di industrializzazione, produzione, collaudo e certificazione ci? limitando la brevit? dei tempi solo alla fase di prototipazione. Per passare da un prototipo ad un prodotto infatti, di norma sono sempre necessarie le fasi di industrializzare, produzione collaudo e certificazione.
Con l?uso e il perfezionamento del progetto, gli inventori si sono resi conto che si ottengono benefici lungo tutta la catena di sviluppo da prototipo a prodotto come di seguito specificato.
Uno scopo della presente invenzione ? dare una semplice ma efficace soluzione ai citati problemi d?arte nota e limiti del sistema precedente, seppur performante.
Uno scopo della presente invenzione ? dunque mettere chiunque, come ad esempio aziende e privati anche senza particolari conoscenze tecniche, in grado di costruire in modo ?immediato? ed efficace i propri prototipi dei propri dispositivi.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? mantenere tutti i vantaggi dell'invenzione che si va a perfezionare.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? permettere l'utilizzo nel sistema di pi? tipologie di moduli.
E? ancora uno scopo della presente invenzione ? realizzare un sistema per la prototipazione che sia a basso consumo energetico, anche di tre ordini di grandezza inferiori alla concorrenza.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un sistema per la prototipazione per efficientare l?intero ciclo di sviluppo del prodotto ottenendo quindi un sistema di prototipazione istantanea.
BREVE DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE
Con riferimento alla precedente invenzione, si riassume quanto segue con riferimento ad una delle figure originariamente depositate.
Veniva descritto e rivendicato un sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica comprendente almeno un dispositivo primario, un terminale per l?interazione con almeno una parte del dispositivo primario, almeno uno o pi? moduli di espansione aggiuntivi connessi a detto dispositivo primario mediante interfacce di connessione caratterizzato dal fatto che detti moduli di espansione sono moduli sostanzialmente standardizzati per permettere la comunicazione ed il riconoscimento di ognuno di detti moduli di espansione da detto almeno un dispositivo primario , ovvero dette interfacce di connessione di detti uno o pi? moduli di espansione sono mutuamente uguali e/o compatibili tra loro, detti moduli essendo connessi a detto dispositivo primario e/o tra loro, mediante dette interfacce di connessione quali pin mutuamente accoppiabili posti sui moduli di espansione e sul dispositivo primario, per accoppiare detti moduli tra loro e/o con detto dispositivo in modo univoco, detti pin comprendendo dei contatti elettrici essendo conformati in modo da inserirsi in cavit? femmina comprese nei moduli, dette cavit? comprendendo a loro volta contatti elettrici, per permettere la comunicazione tra i moduli e la trasmissione di energia dal dispositivo primario agli altri moduli, detto dispositivo primario essendo atto a riconoscere e/o configurare ognuno di detti moduli di espansione connessi a detto dispositivo , mediante mezzi di autoriconoscimento quali riconoscimento di un ID che identifica univocamente ogni modulo di espansione, detto riconoscimento permettendo l?autoconfigurazione a livello di dispositivo primario che riconoscendo il modulo assegna dinamicamente a questi uno specifico indirizzo per la comunicazione su bus tra almeno detto dispositivo e detto almeno un modulo permettendo un rapido e semplice utilizzo.
In modo particolare si fa notare che nell?arte nota (cfr. brevetto 102015000075169 essenziale per il brevetto era il fatto che ?al momento della connessione al dispositivo primario detti moduli di espansione vengono riconosciuti da detto dispositivo primario mediante mezzi di autoriconoscimento quali riconoscimento di un ID che identifica univocamente ogni modulo di espansione. Il riconoscimento tramite ID univoco ad ogni singolo modulo, anche del medesimo genere o categoria permetteva l?autoconfigurazione a livello di dispositivo primario che una volta riconosciuto il modulo di espansione assegna dinamicamente a questo uno specifico indirizzo per la comunicazione su bus comune a tutti i dispositivi evitando di usare tecniche statiche (ad es. deep Switches) e che richiederebbero intervento da parte dell?utente; qui avviene dunque una configurazione ed un riconoscimento a livello hardware.
Di particolare importanza ? che il presente perfezionamento in sostanza ?ribalta? tale concetto, in pratica per ottimizzare risorse, costi, consumi ed affidabilit?, oltre che ad ampliare il panorama di moduli che si possono utilizzare, a tutto vantaggio dunque dello stare al passo con lo sviluppo tecnologico che offre nuove soluzioni in tempi rapidissimi, si ? ?stravolto? il concetto di ?identificazione univoca? introducendo una modifica sostanziale nell?autoconfigurazione, ovvero non si hanno pi? ID statici che identificano univocamente ogni singolo modulo, bens? moduli del medesimo tipo ovvero con medesima funzione, saranno in un ?gruppo? con un medesimo ID ovvero indirizzo.
In sostanza dunque viene descritto e rivendicato:
Un sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica comprendente almeno un dispositivo primario, un terminale per l?interazione con almeno una parte del dispositivo primario, almeno uno o pi? moduli di espansione aggiuntivi connessi a detto dispositivo primario mediante interfacce di connessione, detti moduli di espansione sono moduli sostanzialmente standardizzati per permettere la comunicazione ed il riconoscimento di detti moduli di espansione da detto almeno un dispositivo primario, ovvero detti moduli essendo connessi a detto dispositivo primario e/o tra loro, caratterizzato dal fatto che detti moduli di espansione essendo suddivisi in gruppi o categorie di moduli di espansione uguali tra loro aventi un medesimo ID ovvero indirizzo di riconoscimento, detto riconoscimento permettendo la comunicazione su bus tra almeno detto dispositivo e detto almeno un modulo di almeno una categoria o gruppo, detta comunicazione permettendo l?autoconfigurazione a livello di dispositivo primario che riconoscendo la categoria o gruppo di moduli configura dinamicamente detta categoria o gruppo di moduli permettendo un rapido e semplice utilizzo, ci? velocizzando
l?operazione di configurazione del sistema, detto sistema essendo di prototipazione istantanea.
Per gruppi o categorie di moduli s?intendono e definiscono moduli con una medesima funzionalit?.
Si noti che nella versione precedente moduli del medesimo tipo o gruppo o categoria avevano tutti assegnato un ID differente tra loro, ci? rendendo laboriosa la configurazione del sistema.
Nella presente versione moduli della stessa tipologia hanno tutti medesimo identificativo od indirizzo, ci? velocizzando molto la configurazione degli stessi.
In modo vantaggioso, si avr? assegnamento dinamico di un ID differente tra moduli dello stesso gruppo solo quando sul medesimo dispositivo primario vanno ad inserire pi? moduli dello stesso tipo, ci? per riconoscerli ovviamente tra loro. Si mantiene dunque l?utilizzo di indirizzi o ID univoci, ovvero l?assegnazione di id univoci solo quando vi siano pi? moduli della stessa tipologia inseriti su un medesimo dispositivo primario.
In modo vantaggioso, moduli di tipo MEMST possono essere utilizzati su detto sistema di prototipazione istantanea senza far ricorso a componenti addizionali per la gestione degli indirizzamenti che aumenterebbero il consumo (0.1-10 mA) e diminuirebbero l?affidabilit? (aumentando il numero di componenti).
In modo ulteriormente vantaggioso nel sistema possono essere inseriti una variet? di dispositivi di comunicazione oltre ai dispositivi di comunicazione primari in modo da avere la possibilit? di utilizzo di pi? tipologie di canali di comunicazione.
Si possono inserire nel sistema altri moduli esterni al primario con trasmettitori quali: moduli di tipo Wi-Fi, Sigfox, NB-IoT, LoRa, etc per connettersi ad Internet tramite reti WAN, LP-WAN etc oppure per aggiungere funzionalit? addizionali, quali a titolo di esempio localizzazione tramite UWB.
In modo ulteriormente vantaggioso i componenti analogici e le porte di comunicazione sono tutte sullo stesso chip a differenza del brevetto precedente, ove tali parti erano disposte su pi? componenti discreti separati tra lori, ci? con beneficio sulla riduzione dei consumi questo grazie alla possibilit? di utilizzo di MEMS.
Anche la programmazione della fase di pre-processing sar? sempre vantaggiosamente elaborata dal medesimo chip grazie alla possibilit? di utilizzo di MEMS.
Descrizione dell?invenzione
A titolo di esempio, come indicato precedentemente, applicando questo sistema di catalogazione per il sistema plug and play, sar? possibile adattare l?utilizzo delle qui sopra dette nuove famiglie di MEMS (Micro Electrical Mechanical Systems) che integrano sensori sempre pi? performanti in un unico chip dotato di porta di comunicazione seriale e che permettono di ridurre ulteriormente il numero di componenti usati consentendo di diminuire i consumi ed i costi, aumentando nel contempo l?affidabilit?, vengono introdotte le seguenti caratteristiche innovative e distintive rispetto al precedente brevetto con particolare riferimento al sistema di autoconfigurazione: si usa infatti l?indirizzo per la comunicazione tra bus per identificare in modo univoco una stessa tipologia di moduli, intendendo con ci? moduli contraddistinti da una stessa e precisa funzionalit?, come ad esempio una tipologia di moduli che usano lo stesso sensore di accelerazione o di umidit? o lo stesso tipo di attuatore quali ad esempio lo stesso tipo di rel? , buzzer, LED etc. o ancora lo stesso tipo di dispositivo di comunicazione quali ad esempio lo stesso transceiver Wi-Fi, UWB, Sigfox, NB-IoT, LoRa, ed altri.
Si apre una parentesi riguardo agli elementi MEMST: detti moduli vantaggiosamente integrano sensori sempre pi? performanti. L?utilizzo delle micro e nanotecnologie per la realizzazione di sensori, introduce vantaggi che vanno oltre la loro crescente miniaturizzazione, in quanto non solo impattano sul miglioramento delle loro prestazioni intrinseche, in termini di sensibilit?, accuratezza, precisione e consumi ,ma integrano anche l?elettronica di pre-processing e condizionamento dei segnali in un unico chip dotato di porta di comunicazione seriale.
A livello di sistema inoltre come gi? detto sopra, si riduce il numero di componenti usati (ad esempio l?analogica, il preprocessing e le porte di comunicazione sono tutte nello stesso chip mentre prima stavano su pi? componenti discreti) consentendo di ottenere ulteriori benefici sulla riduzione dei consumi (meno componenti meno capacit? parassite nei pin e nelle piste di collegamento e meno driver/buffer/amplificatori addizionali utilizzati in asservimento ai pin di I/O analogici o digitali che siano) dei costi (meno componenti meno costi non solo per un fattore economico ma anche perch? rimanendo sullo stesso chip/MEMST non necessita di sprecare silicio per realizzare ad esempio i buffer dei pin di uscita utili solo per pilotare i maggiori carichi capacitivi dei pad pin e piste sui PCBs), aumentando nel contempo l?affidabilit? (meno componenti => meno cause/probabilit? di guasto).
Se infatti da una parte ha senso pratico collegare allo stesso dispositivo primario pi? pulsanti uguali, ad es. per segnalare al DP scelte diverse, o pi? rel? uguali, ad es. per attivare tramite di essi con lo stesso DP pi? attuatori in modo indipendente (es motore 1 motore 2 e motore 3) oppure per attivare pi? LED uguali, per segnalare in virt? di posizioni o lenti con colori diversi tramite lo stesso Dispositivo primario pi? eventi diversi, dall?altra ha meno senso ipotizzare che allo stesso dispositivo primario possano essere collegati due sensori di accelerazione o di umidit? o di CO2 uguali in quanto nella maggior parte dei casi di utilizzo pratico, essendo spesso confinati in spazi contigui, non porterebbero vantaggio al contenuto informativo e peserebbero solo sui costi e consumi del sistema.
Sulla base di queste considerazioni si aggiunger? la logica addizionale per la configurazione dinamica dell?indirizzo solo a moduli che ne hanno effettivo bisogno, risparmiando risorse, riducendo costi, consumi e migliorando l?affidabilit? dei singoli moduli e dell?intero sistema.
In modo del tutto innovativo e vantaggioso e con differenza considerevole rispetto alla domanda di brevetto di cui la presente ? un perfezionamento, con il nuovo si sistema di prototipazione istantanea si ottiene, in particolare vantaggio per:
- industrializzazione, necessaria per trasformare il prototipo in un prodotto con costi, fattori di forma, prestazioni e consumi ottimizzati, si riutilizza un insieme di primitive HW, FW e SW che caratterizzano ogni modulo (es collegamenti e layout del PCB per la parte HW, FW per la gestione dei singoli sensori ed attuatori utilizzati nei moduli con il SOC utilizzato nel DP, SW per la comunicazione dei dati provenienti da sensori e comandi per attuatori da parte del terminale) e sono gi? predisposte e verificate per il funzionamento di insieme. Per ottenere una versione industrializzata del prototipo a livello pratico si dovranno normalmente solo togliere le ridondanze comuni ai vari moduli, quali connettori, logica addizionale per gestione di collegamenti di bus etc, che sono necessarie per realizzare il nostro sistema di prototipazione istantanea, e quindi riassemblare le primitive unendole l?una con l?altra per ottenere i modelli costruttivi dell?HW e funzionali del FW e del SW del dispositivo industrializzato. I tempi per questo processo si riducono ad ore, massimo giorni, contro le settimane ed i mesi necessari allo stato dell?arte.
- produzione e collaudo, si riutilizzano processi produttivi e di approvvigionamento predefiniti, gi? validati ed avviati per gestire questo tipo di produzioni, traendo vantaggi logistici ed economici da ordinativi fatti su scala maggiore (si usano componenti simili per i moduli e per i dispositivi industrializzati). Anche le attrezzature e procedure di collaudo sono riutilizzabili su vari progetti in quanto si utilizzano sempre gli stessi moduli
- certificazione: si riutilizzano moduli capostipiti gi? certificati risparmiando costi e tempi necessari per la certificazione, ad es. per le prove RED.
Ai fini pratici ci? ha consentito di introdurre ulteriori vantaggi, che divengono punti di forza rispetto alla concorrenza e si concretizzano nell?offerta di un servizio Fast Route to Production, ovvero di un efficiente servizio di industrializzazione e produzione in grado di abbattere in media tempi e costi di sviluppo del 90% rispetto alle soluzioni concorrenti.
Si noti, in modo ulteriormente vantaggioso, che nel sistema possono essere inseriti altri dispositivi di comunicazione, ovvero la comunicazione non avviene solo tramite i dispositivi primari. E? dunque vantaggiosamente possibile avere altri moduli di comunicazione a parte i moduli di comunicazione primari classici gi? descritti in precedenza.
Per applicazioni pratiche, vantaggiosamente, si possono inserire nel sistema altri moduli esterni al primario con transreceiver quali: moduli di tipo Wi-Fi, Sigfox, NB-IoT, LoRa, etc per connettersi ad Internet tramite reti WAN, LP-WAN etc oppure per aggiungere funzionalit? addizionali, quali a titolo di esempio localizzazione tramite UWB.
Il sistema diviene a tutti gli effetti un sistema di prototipazione ?istantanea? con tutti i vantaggi ivi connessi evidenti ad ogni operatore del settore.
Per ogni dettaglio tecnico specifico non approfondito in questa sede, si rimanda al brevetto concesso 102015000075169 ove sono dettagliatamente descritte le parti in comune con il presente perfezionamento.
Queste sono solo alcune delle forme di realizzazione possibili vantaggiose del sistema innovativo per la prototipazione industriale rapida 1 descritto dalla presente invenzione. Si noti che, ogni variante in dimensione delle parti costituenti il sistema 1, forma, materiale, tipo di interfaccia di collegamento tra i moduli e con il terminale che siano fisiche o non fisiche, numero di parti comprese nel dispositivo od ulteriori mezzi facenti funzioni gli elementi costitutivi qui descritti, sono da considerarsi oggetto della presente invenzione cosi come meglio descritto dalle annesse rivendicazioni che sono da considerarsi parte integrante della presente descrizione.
Claims (8)
1. Sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica comprendente almeno un dispositivo primario, un terminale per l?interazione con almeno una parte del dispositivo primario, almeno uno o pi? moduli di espansione aggiuntivi connessi a detto dispositivo primario mediante interfacce di connessione, detti moduli di espansione sono moduli sostanzialmente standardizzati per permettere la comunicazione ed il riconoscimento di detti moduli di espansione da detto almeno un dispositivo primario, ovvero detti moduli essendo connessi a detto dispositivo primario e/o tra loro, caratterizzato dal fatto che detti moduli di espansione essendo suddivisi in gruppi o categorie di moduli di espansione uguali tra loro aventi un medesimo ID ovvero indirizzo di riconoscimento, detto riconoscimento permettendo la comunicazione su bus tra almeno detto dispositivo e detto almeno un modulo di almeno una categoria o gruppo, detta comunicazione permettendo l?autoconfigurazione a livello di dispositivo primario che riconoscendo la categoria o gruppo di moduli configura dinamicamente detta categoria o gruppo di moduli permettendo un rapido e semplice utilizzo, ci? velocizzando l?operazione di configurazione del sistema, detto sistema essendo di prototipazione istantanea.
2. Il sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica secondo la rivendicazione 1, in cui per gruppi o categorie di moduli s?intendono e definiscono moduli con una medesima funzionalit? in cui moduli della stessa tipologia hanno tutti medesimo identificativo od indirizzo, ci? velocizzando molto la configurazione degli stessi.
3. Il sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica secondo le rivendicazioni precedenti, in cui si attua assegnamento dinamico di un ID differente tra moduli dello stesso gruppo solo quando sul medesimo dispositivo primario si vanno ad inserire pi? moduli dello stesso tipo, ci? per riconoscerli tra loro, si mantiene l?utilizzo di indirizzi o ID univoci, ovvero l?assegnazione di id univoci solo quando vi siano pi? moduli della stessa tipologia inseriti su un medesimo dispositivo primario.
4. Il sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica secondo le rivendicazioni precedenti, in cui moduli di tipo MEMST possono essere utilizzati su detto sistema di prototipazione istantanea senza far ricorso a componenti addizionali per la gestione degli indirizzamenti ci? a beneficio di consumi ridotti ed aumentata affidabilit?.
5. Il sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica secondo le rivendicazioni precedenti, in cui in detto sistema possono essere inseriti una variet? di dispositivi di comunicazione oltre ai dispositivi di comunicazione primari in modo da avere la possibilit? di utilizzo di pi? tipologie di canali di comunicazione.
6. Il sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica secondo le rivendicazioni precedenti, in cui si possono inserire nel sistema altri moduli esterni al primario con trasmettitori quali: moduli di tipo Wi-Fi, Sigfox, NB-IoT, LoRa, etc per connettersi ad Internet tramite reti WAN, LP-WAN etc oppure per aggiungere funzionalit? addizionali, quali a titolo di esempio localizzazione tramite UWB.
7. Il sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica secondo le rivendicazioni precedenti, in cui i componenti analogici e le porte di comunicazione sono tutte sullo stesso chip, ci? con beneficio sulla riduzione dei consumi utilizzando moduli MEMS.
8. Il sistema per la prototipazione elettrica ed elettronica secondo le rivendicazioni precedenti, in cui la programmazione della fase di pre-processing sar? elaborata dal medesimo chip utilizzando moduli MEMS.
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