ITUB20155775A1 - Sistema di prototipazione rapida - Google Patents

Description

Titolo: “Sistema di prototipazione rapida”

Testo della descrizione

La presente invenzione riguarda il settore dell’ elettronica e della prototipazione inerente a tal settore, in particolare la presente invenzione potrà essere promotrice di un settore particolare, ovvero quello della prototipazione rapida in ambito elettronico/elettrico e della micro e nanoelettronica.

Ancor più in particolare il settore d’interesse della presente invenzione è quello d’appartenenza originaria di Arduino, noto sistema di prototipazione e sviluppo in ambiente Open Source. Dal sistema Arduino hanno preso forma numerosi e più avanzati sistemi di prototipazione quali ad esempio: Nanode, Teensy ecc. fino al più recente Microduino. Proprio quest’ultimo sistema Microduino è in questo caso l’arte nota d’interesse per definire lo scopo della presente invenzione.

Detto sistema in particolare si applica a vari ambiti di prototipazione elettrica ed elettronica (ad esempio sistemi di monitoraggio e controllo, sistemi di misura, dispositivi elettromeccanici ed attuatori) e presenta differenti versioni base dotate di una selezione più o meno ampia di sensoristica o caratteristiche di interconnessione; tale base può poi essere ulteriormente espansa aggiungendovi funzionalità mediante l’utilizzo di moduli più specifici. L’unità centrale, comprendente solitamente un microcontrollore, viene programmata attraverso il caricamento di sketches (pacchetti software) elaborati ad esempio a mezzo pc. Nello specifico, le caratteristiche precise della variante Microduino, non sono ancora del tutto chiare visto che il prodotto è ancora in fase di lancio. In ogni caso, per quanto concerne ciò che di certo è noto l’unità primaria conserva un grado di complessità elevato in quanto dotata di microcontrollore e numerose interfacce di interconnessione. Il microcontrollore, a sua volta, necessita di programmazione esterna realizzata nel proprio ambiente di sviluppo. La parte hardware è essenzialmente scoperta e risulta così facilmente danneggiatole da agenti esterni, inoltre non è esente dalla necessità di saldature e comprende numerosi fili volanti. Ancora, molti dei moduli disponibili per l’espansione, risultano altrettanto complessi, di conseguenza costosi e, verosimilmente, meno affidabili rispetto a moduli meno complessi che non possono essere utilizzati in questa sede perché non adatti a questo tipo di sistema di gestione.

Il prodotto, per le caratteristiche sopra esposte, necessita di una preparazione tecnica non trascurabile dell’ utilizzatore, rendendosi cosi utilizzabile solo da una fascia ristretta di utenti esperti, ciò a discapito di una più ampia fascia di utenti interessati, ma impossibilitati all’uso per scarse conoscenze tecniche/specialistiche. Quindi per poter utilizzare un prodotto di tal genere si rende necessario un esperto del settore, ciò ovviamente penalizza notevolmente il dispositivo, il sistema e quant’altro basato su una tecnologia siffatta, destinandolo ad un mercato di nicchia, seppur interessante e tecnologicamente innovativo.

Ad oggi è in crescita la ricerca sul mercato di sistemi o dispositivi tecnologicamente innovativi che siano anche semplici da usare ed accessibili ad una più ampia fetta di mercato per permettere di ampliarne le funzionalità e potenzialità. In effetti pensando come detto al settore della prototipazione elettronica, detto settore è in crescita di giorno in giorno e con esso è in costante crescita la domanda di dispositivi e/o sistemi in grado di essere utilizzati per soddisfare esigenze sempre più specifiche e complesse, semplificando però la prototipazione e non essendo essi stessi degli oggetti complessi da assemblare e/o progettare.

La realizzazione di un prototipo di norma passa attraverso la fase di progettazione, produzione schede assemblaggio e validazione che porta alla definizione del prodotto finale che verrà di seguito industrializzato e certificato. In un mercato dove il rime to market è fondamentale, si pone il problema di come ridurre le fasi di realizzazione del prototipo e della sua validazione, e quindi aumentare la produttività e ridurre i costi in fase di design. La tecnologia attuale sviluppata e in via di sviluppo in tal senso pare presentare caratteristiche innovative, ma come qui sopra accennato, anche diversi problemi.

Per effettuare un’operazione di prototipazione industriale dunque di norma si ricorre ad esperti del settore, in particolare di specifici linguaggi informatici etc., ciò a discapito ad esempio dello sfruttamento delle risorse aziendali standard e rendendo plausibilmente più lenti alcuni processi di innovazione dato che pochi tra quelli che verosimilmente potrebbero essere interessati a promuovere progetti innovativi possono accedere alla prototipazione vera e propria per i qui citati problemi di complessità, costi, tempi e carenze tecniche delle strutture utilizzate.

Ulteriori problemi relativi alla prototipazione elettronica e microelettronica in generale, sono legati alla scarsa flessibilità: in molti casi, anche per prodotti di recente sviluppo, si nota che è necessario ricorrere a strutture hardware complesse per assolvere a funzioni semplici; di ciò si parlerà più approfonditamente nel seguito, quando saranno descritte le caratteristiche vantaggiose specifiche della presente invenzione.

A titolo d’esempio, esistono applicazioni più user friendly di Arduino per sviluppare sistemi proto tipali, ma dette soluzioni comprendono ulteriori svantaggi tecnici quali ad esempio le dimensioni (ed i costi) importanti nonché i limiti di forma legati ad alcuni sistemi di prototipazione, la scarsa specializzazione sensoristica ed espandibilità, la complessità dei sistemi risultanti e dei moduli di espansione elementari, rimpossibilità di poter configurare con rapidità funzioni personalizzate. Inoltre, spesso detti sistemi sono scarsamente affidabili.

Lo scopo della presente invenzione è dare una semplice ma efficace soluzione ai citati problemi.

Uno scopo della presente invenzione è 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 è realizzare dunque un sistema per la prototipazione che sia semplice da utilizzare.

E’ dunque uno scopo della presente invenzione realizzare un sistema per la prototipazione che sia rapido da impostare ed espandere.

E’ ancora uno scopo della presente invenzione realizzare un sistema per la prototipazione che consenta illimitate possibili espansioni di detto sistema.

E’ ancora uno scopo della presente invenzione realizzare un sistema per la prototipazione che sia accessibile sia agli esperti del settore che ai meno esperti e che sia dunque utilizzabile su larga scala.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è realizzare un sistema per la prototipazione rapida che sia utilizzabile dunque anche al di fuori della mera prototipazione a livello aziendale od industriale.

E’ uno scopo essenziale della presente invenzione descrivere un siffatto sistema che sia economico.

Ancora, uno scopo della presente invenzione è descrivere un sistema che sia pratico all’uso. Altro scopo è realizzare un sistema a basso consumo che possa funzionare a lungo. Uno e più scopi della presente invenzione sono risolvere i problemi d’arte nota qui sopra citati.

Questi ed ulteriori scopi verranno realizzati dal sistema descritto nella presente invenzione comprendente almeno un dispositivo primario che comprende almeno un modulo di interfaccia senza fili, almeno un’interfaccia di connessione con uno o una pluralità di moduli di espansione che comprendono a propria volta una o più interfacce di connessione con altrettanti moduli di espansione o dispositivi primari.

Ancora detto sistema comprende ulteriormente un terminale atto a connettersi a detto dispositivo mediante interfaccia con o senza fili, detto terminale essendo adatto a gestire il dispositivo e Γιιηο o la pluralità di moduli di espansione del sistema.

Detto dispositivo primario comprende ulteriormente un’unità di filtraggio dell’ alimentazione, detto sistema essendo atto a regolare l’alimentazione proveniente da una sorgente di alimentazione elettrica, quale ad esempio una batteria eventualmente posta in un modulo di espansione.

Detto sistema di proto tipazione in modo particolarmente vantaggioso permette la connessione di detto almeno un dispositivo primario a detti almeno uno o più moduli di espansione in modo “plug and play”, ovvero auto-riconoscente ed autoconfigurante.

In modo ulteriormente vantaggioso detto sistema di proto tipazione è facilmente configurabile, ovvero non abbisogna di conoscenze informatiche per essere utilizzato e messo in opera, questo perché detto terminale di detto sistema comprende mezzi di interazione per riconoscere il dispositivo principale e l’accoppiamento di detto dispositivo principale con ognuno di detta pluralità di moduli di espansione.

In modo ulteriormente vantaggioso tramite detti mezzi di interazione l’utente può impostare alcuni parametri funzionali a sua discrezione a seconda dei dispositivi primari e/o moduli di espansione che vengono utilizzati.

In ogni caso 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 permette P 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.

Il terminale a sua volta a questo punto può effettuare mediante detti mezzi di interazione un riconoscimento ulteriore a livello software di quanto connesso all’ almeno un dispositivo primario. A questo punto il terminale potrà interagire con il dispositivo primario ed i moduli di espansione ad esempio per impostare alcuni parametri personalizzati e/o per rifinire una funzionalità d’insieme. Il sistema di proto tipazione si attiva dunque rapidamente, in modo personalizzato dall’utente, in modo funzionale ed immediatamente efficiente.

L’utente quindi potrà quindi assemblare facilmente il prototipo hardware senza compiere errori o usare saldature etc., e interfacciarsi con detto terminale di detto sistema solo per eventualmente inserire le funzioni desiderate o leggere i parametri acquisiti.

In un secondo momento ad esempio detto terminale può essere svincolato dal resto del sistema che una volta impostato potrà eseguire le funzioni desiderate anche autonomamente.

Il funzionamento di detto terminale che comprende un’apposita e dedicata interfaccia utente sarà chiarito dalla descrizione delle tavole qui di seguito allegate.

Si noti che l’utente poco esperto senza avere conoscenze specifiche del settore qui d’interesse può assemblare uno o una pluralità di diversi sistemi di prototipazione senza possibilità di commettere errore grazie alla presenza ad esempio di pin nell’interfaccia di collegamento sui moduli di espansione, in modo vantaggioso la posizione di detti pin di dette interfacce di connessione, che sono ulteriormente mutuamente accoppiabili in modo univoco, permette anche di escludere che i moduli si possano collegare al dispositivo in modo sbagliato.

In particolare, detti moduli di espansione, a seconda della tipologia di modulo, possono comprendere almeno uno o più sensori di diverso tipo o più sensori del medesimo tipo (e/o interfacce tipo relè, pulsanti, buzzer display e/o attuatori e/o sistemi intelligenti dotati di CPU). In modo particolarmente vantaggioso detti moduli di espansione possono comprendere anche solo un sensore di qualsivoglia genere a seconda della funzione scelta; detti moduli di espansione risultano così estremamente semplici da utilizzare e non necessitano, nelle forme di realizzazione più semplici, di alcuna batteria, ciò a beneficio di un costo assai vantaggioso e di un ingombro ridotto oltre ad un beneficio per eventuali esigenze di certificazione del sistema prototipale. Quindi in modo particolarmente vantaggioso, ciò permette di realizzare moduli di espansione dedicati ad operazioni di base per la prototipazione decisamente snelli da utilizzare e rapidamente configurabili senza bisogno di intervento pratico alcuno.

Si noti che detti moduli di espansione possono essere più o meno complessi quindi comprendere parti elettriche ed elettroniche od altro a seconda delle necessità.

In modo ulteriormente vantaggioso, detto dispositivo primario e detti moduli di espansione, salvo l’accoppiamento delle parti mediante dette interfacce, non necessitano di alcuna interazione fisica di modifica da parte dell’utente, ovvero non è necessario che l’utente intervenga fisicamente in alcun modo su detto dispositivo primario e/o detti moduli, in quanto sia detto dispositivo primario che detti moduli come detto sono gestiti per ogni impostazione da detto terminale per cui, in modo decisamente vantaggioso, detto almeno un dispositivo primario e detti moduli possono essere posti in appositi contenitori di protezione, ad esempio sostanzialmente chiusi comprendenti dette interfacce di connessione fisica, ad esempio quali fessure o aree di innesto, per altri moduli o sensori od elementi addizionali.

Quindi in modo decisamente vantaggioso, detto almeno un dispositivo primario e detti moduli risultano facilmente maneggiabili e semplici da utilizzare. Infatti detto dispositivo primario funge da base per rinserimento successivo di uno o più moduli di espansione che vengono connessi a detto dispositivo primario mediante Γ accoppiamento di una semplice interfaccia di inserimento fisico quale ad esempio un alloggiamento con pin d’innesto maschio/femmina .

In particolare le interfacce di inserimento o connessione possono essere ad innesto diretto a livello hardware ovvero “plug and play”, ovvero connessioni fisiche. Si noti che dette interfacce in alcune varianti possono essere anche non fisiche.

Un ulteriore vantaggio è anche quello di ampliare in modo sensibile il mercato di interesse, passando da un dispositivo relegato principalmente ad uso in laboratorio e/o in ambito tecnico (hobbistica e prototipazione industriale) al mercato più ampio del “consumer” e degli accessori per dispositivi a larga diffusione quali smart phones, tablets, PCs etc.

In modo particolarmente vantaggioso, detto sistema di prototipazione rapida, utilizza tecnologie di comunicazione quali ad esempio comunicazione Bluetooth, Wi-Fi, ZIG-BEE, UWB etc. od ulteriori che potranno essere implementate purché adatte allo scopo delEinvenzione.

Si noti che questo è un vantaggio notevole rispetto alla citata arte nota Arduino, infatti in Arduino F unità centrale, di per sé, non si presta ad essere impiegata come dispositivo di comunicazione wireless a basso consumo e quindi non può essere utilizzata in più ampie fette di mercato quale quelle qui d’interesse.

Infine in modo ulteriormente vantaggioso detto innovativo sistema di prototipazione rapida potrà funzionare a lungo, questo perché il qui descritto sistema di prototipazione è basato su una tecnologia di comunicazione senza fili a basso consumo quindi tipicamente il funzionamento potrà durare mesi od anche anni, dato che in modo particolarmente vantaggioso le parti costituenti possono essere alimentate da comuni batterie, quali quelle da orologio. La presenza di almeno un sistema di alimentazione rende detto sistema autoalimentato.

In modo ulteriormente vantaggioso, alla luce dei vantaggi descritti fino ad ora, appare evidente che detto sistema di prototipazione è portatile, non necessitando di alcuna attività così detta “di banco” o di laboratorio, tutto ciò che serve per far funzionare detto sistema è già compreso nel sistema stesso.

Questi ed ulteriori vantaggi realizzati dal sistema di prototipazione rapida descritto nella presente invenzione saranno ulteriormente chiariti ed approfonditi nella descrizione delle figure qui allegate in cui:

in fig. 1 è rappresentata una forma di realizzazione di base del sistema di prototipazione descritto dalla presente invenzione;

in fig. 2 è rappresentata un’ulteriore forma di realizzazione di base del sistema di prototipazione descritto dalla presente invenzione;

in fig. 3 è rappresentata un’ulteriore fonna di realizzazione implementata del sistema di prototipazione descritto dalla presente invenzione;

in fig. 4 è rappresentato un esempio di configurazione o forma di realizzazione operativa del sistema di prototipazione descritto dalla presente invenzione;

in fig. 5 è rappresentato un ulteriore esempio di configurazione o forma di realizzazione operativa del sistema di prototipazione descritto dalla presente invenzione;

in fig, 6 è rappresentato un ulteriore esempio di configurazione o forma di realizzazione operativa del sistema di prototipazione descritto dalla presente invenzione;

in fig. 7 è rappresentato un ultimo esempio di configurazione o forma di realizzazione operativa del sistema di prototipazione descritto dalla presente invenzione;

In particolare in figura 1 è rappresentata una possibile forma di realizzazione base del sistema di prototipazione industriale e non rapida 1 realizzato secondo la presente invenzione che comprende un dispositivo primario 2, uno o più moduli di espansione 3, di cui almeno un modulo di espansione 3 è fisicamente connesso a detto dispositivo primario 2 e gli ulteriori moduli di espansione 3 possono essere connessi al dispositivo primario 2 oppure tra loro ad esempio a serie od in parallelo od in molteplici combinazioni.

Il dispositivo primario 2 comprende un modulo di interfaccia senza fili 4 per la comunicazione con un terminale di comunicazione e gestione 5, almeno un’interfaccia di connessione fisica 7 con uno od una pluralità di moduli di espansione 3 che comprendono a propria volta una o più interfacce di connessione fisica 7’, l<n>con altrettanti moduli 3 o dispositivi primari 2, A seconda del modulo di espansione 3 che viene connesso si può utilizzare una porta dedicata quale ad esempio una porta analogica/digitale e/o seriale/par all elo/I2C, etc.

Si noti che, in ogni caso, la modalità di comunicazione tra detto dispositivo 2 e il terminale di comunicazione e gestione 5 è qui descritta in via preferenziale mediante trasmissione e ricezione dati in modalità senza fili, ma detta connessione tra detto dispositivo primario 2 e detto terminale di comunicazione e gestione 5 può avvenire anche mediante connessione fisica, ovvero via cavo come ad esempio mediante connessione USB, mini USB od altro.

Nella presente configurazione di base il dispositivo primario 2 comunica con un terminale 5 quale ad esempio un tablet, smartphone, PC, hardware dedicato (lettori) etc. e/o direttamente con infrastrutture di comunicazione 10 quali ad esempio Internet, Internet of things, clouds, etc. e con dispositivi esterni (qui non rappresentati) che saranno citati nei seguenti esempi di forme di realizzazione preferite. La comunicazione con i moduli di espansione avviene solitamente tramite connessioni dedicate ovvero interfacce 7 (ad es. seriali, parallele, linee dedicate digitali e/o analogiche) ma potrebbe avvenire anche mediante altre tecnologie di comunicazione (RF, luce, suoni ed ultrasuoni etc.) non fisiche. I moduli di espansione solitamente sono costituiti da moduli elementari quali sensori (ad es temperatura, pressione, accelerazione etc.), interfacce (ad es. relè, pulsantiere, buzzer, led, display etc.) attuatori (ad es. elettrovalvole, motori, etc.) e moduli di alimentazione (ad es batterie, DC/DC con verter, etc.). Ancora, in alcune possibili forme di realizzazione i moduli di espansione possono anche essere più “evoluti” ovvero ad esempio possono essere dotati di periferiche, capacità di elaborazione (CPU) etc. per interpretare eventuali comandi inviati dal terminale 5 ed/od eseguire autonomamente operazioni più complesse.

Il dispositivo primario 2 di comunicazione può anche avere a bordo un’unità di filtraggio e/o regolazione delle alimentazioni (power supply) comprendente ad es. DC/DC converter, filtri etc.) Nella qui mostrata configurazione di base le funzioni operative del sistema 1 sono gestite dal terminale 5 mediante, ad esempio, l’uso di applicazioni dedicate o programmi dedicati allo scopo e quindi il dispositivo primario 2 agisce da interfaccia per la gestione delle comunicazioni tra i moduli di espansione 3 e il terminale 5.

In fìg. 2 è rappresentata una variante di una forma di rappresentazione preferita di base di detto sistema di prò totipaz ione 1, ove detto dispositivo primario 2 comprende ulteriormente un’unità di filtraggio dell’ alimentazione, un processore 11, comprendente elementi di base quali una memoria flash 12 e una RAM 13 che fungono anche da memoria interna del sistema di prototipazione 1. Detto processore 11 con annessi memoria flash 12 e RAM 13 permette al dispositivo primario 3 di realizzare alcune funzioni anche eventualmente in assenza di comunicazione con il terminale di comunicazione e gestione 5. Si noti infatti che, in alcune forme di realizzazione della presente invenzione, il terminale 5 può non essere presente in fasi successive alle impostazioni di fabbrica.

In fig. 3 è rappresentato un esempio di ulteriori elementi che possono essere compresi nel dispositivo primario 2 del sistema di prò totipaz ione 1 in una particolare forma di realizzazione della presente invenzione; oltre al modulo di interfaccia 4 è presente anche un sistema su circuito integrato 15 (SOC) che comprende ad esempio un sensore addizionale ed un orologio in tempo reale (RTC). Detto sistema su circuito integrato 15 (SOC) permette di ampliare le funzioni del dispositivo primario 2 ad esempio comprendendo anche un dispositivo di crittografìa od un sensore di temperatura etc. Appare evidente all’ esperto del settore che detto dispositivo primario 2 consente di fornire molteplici funzionalità di base a costi e consumi decisamente bassi, dato che come è noto, le parti costituenti di detto sistema, sono decisamente semplici e economiche da realizzare ed assemblare.

Si rende così possibile creare un mercato più ampio ed appetibile ai più, data la semplicità di utilizzo che verrà meglio descritta qui di seguito, senza contare il fatto che un tale dispositivo primario 2 compreso in detto sistema 1 è decisamente innovativo.

Il citato sensore di temperatura può avere varie ovvie applicazioni, mentre la crittografìa va incontro ad esigenze di particolari applicazioni ove è richiesta una grande affidabilità nella trasmissione dei dati come spesso avviene nei sistemi di pagamento (se si volesse ad esempio utilizzare il sistema per aprire le sbarre di accesso ad un parcheggio e nel contempo gestire i pagamenti di detto parcheggio in sicurezza; oppure nel caso di gestione di informazioni personali quali dati sanitari, bancari, o personali di qualsivoglia natura).

In fig, 4 è rappresentata una possibile forma di realizzazione molto semplice del sistema di prototipazione rapida 1 descritto dalla presente invenzione; qui detto sistema 1 comprende un dispositivo primario 2 configurato con un’unità di filtraggio dell’alimentazione 6, un’interfaccia di connessione fisica 7 con un primo modulo di espansione 3.1 che qui è un sensore di temperatura analogico, a sua volta connesso con un secondo modulo di espansione 3.2 che qui è una batteria. I moduli 3.1 e 3.2 sono connessi tra loro mediante una o più interfacce di connessione fisica 7’ ,7”.

E’ particolarmente rilevante sottolineare che qui e di seguito s’intende per standardizzato uno standard definito dalla richiedente in fase di progettazione e di produzione di ogni parte del qui descritto sistema di prototipazione rapida 1.

Si noti che in modo particolarmente vantaggioso, dette interfacce di connessione 7 di detto almeno un dispositivo primario 2 e dette interfacce di connessione 7’ ,7”, etc. di detti uno o più moduli di espansione 3 sono standardizzate ovvero mutuamente uguali e/o compatibili tra loro, dunque il numero di moduli 3 di espansione connessi tra loro e/o con detto dispositivo è espandibile sostanzialmente illimitatamente, questo anche perché detto dispositivo primario può riconoscere un numero sostanzialmente illimitato di moduli ad esso connessi e connessi tra loro. In questa semplice configurazione operativa il dispositivo primario 2 acquisisce i dati dal sensore di temperatura tramite un convertitore analogico digitale ADC 20 che consente al radio modem 4 di trasmettere il valore digitalizzato della temperatura. I moduli di espansione esterni 3.1, 3.2 sono assai elementari e sono come detto costituiti da detto sensore di temperatura analogico (modulo 3) e da una batteria (modulo 3’), i valori di detto sensore di temperatura sono campionati dal convertitore analogico digitale 20 e sono trasmessi dal radio modem 4 al terminale 5 per la successiva elaborazione. Tali dati possono essere trasferiti, qualora la trasmissione avvenga wireless come nella qui descritta forma di realizzazione, ad esempio via Bluetooth o Wi-Fi od altre tecnologie, anche non necessariamente a radio frequenza, adatta allo scopo (ex. ottica, suoni, ultrasuoni etc.).

Come detto in precedenza, il sistema di prototipazione 1 è totalmente autoconfigurante. Il terminale 5 di comunicazione è in tutto per tutto un terminale di interfaccia che comprende in modo ulteriormente vantaggioso detti mezzi di comunicazione che possono essere impostati a seconda dei dispositivi primari e/o moduli di espansione che vengono utilizzati, quindi l’utente poco esperto senza avere conoscenze specifiche del settore può assemblare uno o una pluralità di diversi sistemi di prototipazione che al momento della interconnessione reciproca si auto-riconoscono e di conseguenza portano a termine la o le funzioni richieste in modo del tutto automatico con rispetto alle azioni dell’utente stesso. L’utente quindi, potrà interfacciarsi solo con detto terminale di detto sistema per inserire i parametri o alcune funzioni desiderate; in questo caso ad esempio il terminale 5 può essere un tablet o uno smartphone, e detti mezzi di comunicazione possono essere ad esempio apposite applicazioni (APP) user- friendly per detti dispositivi. A seconda dunque dei dati inviati dal dispositivo primario 2 su cui vengono montati i moduli 3.1, 3.2 (dove avviene un primo autoriconoscimento ed autoconfgurazione a livello hardware), il terminale 5 riconosce ulteriormente detti moduli 3.1, 3.2 e di conseguenza permette mediante detti mezzi di comunicazione l’interazione con detto assieme dispositivo 2/ moduli 3.1 e 3.2; si effettua dunque un ulteriore riconoscimento a livello software mediante il terminale 5.

Si noti, a titolo d’esempio, che detti moduli di espansione possono essere sensori, attuatori, sistemi di alimentazione anche diversi da batterie (ad es. celle solari, sistemi ad induzione etc.) od unità intelligenti, ovvero dotate a propria volta di microprocessori atti a svolgere indipendentemente ulteriori funzioni, etc.

Si noti ulteriormente che detto terminale 5 può anche essere presente solo in fase di configurazione firmware del sistema di proto tipaz ione 1, al momento della produzione. Nella configurazione qui descritta, è stato creato un dispositivo Bluetooth in grado di misurare la temperatura; un esempio di possibile espansione delle funzioni, è rappresentato in figura 5.

Nell’ esempio applicativo di figura 5 viene realizzato un dispositivo di controllo intelligente per irrigazione automatica delle piante che comprende nella presente forma di realizzazione un dispositivo primario 2 comprendente un processore 11 comprendente elementi di base 12,13 come descritti in fi g. 3, porte 8 seriali e gli elementi di base descritti anche nelle figure da 1 a 4. Detto dispositivo primario 2, è connesso ad un modulo di espansione 3.1 che comprende un sensore digitale per la misura della temperatura, un modulo 3.2 comprendente un sensore di umidità connesso a sua volta ad un modulo 3.3 comprendente un sensore di pressione connesso a sua volta ad un modulo elettrovalvola 3.4 (di natura quindi differente dai precedenti moduli) che è connesso a sua volta ad un modulo 3.5 batteria.

In questa forma di realizzazione i moduli da 3.1 a 3.5 sono connessi tra loro in serie mediante interfacce di comunicazione 7 del modulo primario 2 (ma potrebbero essere connessi anche in parallelo tramite apposita espansione od in altri modi come detto in precedenza). Nel qui descritto sistema di irrigazione automatica per piante il dispositivo primario 2 gestisce le comunicazioni seriali dei moduli da 3.1 a 3.4 esterni dotati come detto di sensori elementari quali temperatura, umidità e pressione e riceve Γ alimentazione dalla batteria che si è definita modulo 3.5. Il siffatto sistema attiva detto modulo 3.4 elettrovalvola che è connessa ai tubi di irrigazione. Il terminale 5, mediante un apposito applicativo, interagisce con l’utente ed utilizza i dati provenienti dai sensori per rilevare le condizioni climatiche esterne (barometro) e/o parametri fisici della pianta (i.e. umidità del terreno). Tale applicativo può quindi gestire in modo intelligente l’apertura dell’elettrovalvola per rirrigazione delle piante, può anche confrontare tali valori con dati meteorologici presenti su internet per realizzare un barometro ancor più evoluto e gestire al meglio rirrigazione anche utilizzando dati di orari e cicli giorno/notte del determinato periodo. In una ulteriore forma di realizzazione, il processore 11 presente sul dispositivo primario 2 può provvedere autonomamente, anche in assenza della comunicazione con il terminale 5 ad irrigare le piante in base alle condizioni rilevate dai sensori presenti nei moduli 3.1, 3.2, 3.3 esterni; detto dispositivo primario 2 può dunque in alcune varianti agire anche in autonomia.

La forma di realizzazione preferita di figura 5, viene ulteriormente specializzata nella forma di realizzazione della figura 6. Oltre al dispositivo primario 2 ed ai moduli da 3.1 a 3.5 di figura 5, al sistema di prototipazione 1 di figura 6 è stato aggiunto un modulo di espansione 3.6 che in questo caso è un modulo d’intelligenza complesso per provvedere anche in assenza della comunicazione con il terminale 5 ad irrigare le piante in base alle condizioni rilevate dai sensori presenti nei moduli di espansione esterni per sgravare il dispositivo primario 2 dalle relative necessità di elaborazione; in questo modo, il dispositivo primario 2 può ad esempio dedicare le proprie risorse, ovvero il processore 11, all’ esecuzione di altre funzioni. Qui sono rappresentati un modulo batteria 3.7 ed un modulo unità di ricarica 3.8 per poter fornire continuità di alimentazione.

Si noti che qui il collegamento tra moduli risulta più complesso, in ogni caso grazie al riconoscimento “plug and play” su cui il sistema è basato, ogni modulo in automatico viene riconosciuto a livello centrale grazie al dispositivo primario 2 e/o al terminale 5 e di conseguenza il sistema di prototipazione risulta attivo e funzionante senza che Γ utente abbia dovuto fare nessuna operazione di programmazione informatica o azione di modifiche fisiche elettriche od elettroniche al sistema 1.

Espandendo il numero di sensori e/o attuatori utilizzabili, sarà possibile costruire un numero illimitato di sistemi di prototipazione 1 in modo semplice e veloce, semplicemente combinando insieme i diversi moduli di espansione 3 che servono per comporre ogni funzione desiderata. Grazie alla presente invenzione il tempo di realizzazione anche di prototipi industriali si ridurrà ai pochi secondi necessari per incastrare fisicamente i vari moduli elementari tra loro, mentre la fase di vali dazione dell’innovativo sistema di prototipazione 1 si ridurrà al minimo in quanto il corretto funzionamento di tutti i dispositivi principali 2 e di tutti i moduli di espansione 3 elementari, verrà v alidato precedentemente dal produttore in fase di collaudo.

Infine, nella figura 7, è rappresentato un ulteriore esempio applicativo pratico di una forma di realizzazione del sistema di prototipazione rapido 1 descritto dalla presente invenzione. Il dispositivo primario 2 in questo caso è il medesimo di figura 2,5 e 6, i moduli di espansione qui connessi sono invece un modulo accelerometro 30 connesso a sua volta ad un modulo etilometro 31 connesso a sua volta ad un modulo relè 32 connesso a sua volta ad un modulo batteria 33 connesso a sua volta ad un’unità di ricarica 34.

Con questa configurazione, s’intende realizzare un sistema di riconoscimento e verifica del tasso alcoolico del guidatore per consentire al guidatore stesso di attivare o meno l’accensione di una veicolo. Ad esempio, volendo applicare detto sistema in autovetture a noleggio e/o private, l’accensione della macchina può esser attivata solo in presenza della comunicazione di uno specifico terminale 5 che identifica il guidatore. Detto terminale 5 darà istruzioni al guidatore di effettuare il test dell’etilometro che sarà presente sulla vettura e solo a seguito dell’esito di detto test detto sistema consentirà ravviamento della vettura. Il sistema qui descritto viene alimentato dal modulo 33 batteria ricaricabile e dal modulo unità di ricarica 34. Il modulo relè 32 in questo caso dà il consenso all’ avvio della macchina.

Si noti in particolare che il dispositivo primario 2 e relativi moduli di espansione 3 possono avere qualsivoglia forma adatta allo scopo realizzati vo del dispositivo o modulo a seconda dello scopo del dispositivo primario o modulo di espansione stesso; ancora, un’eventuale copertura o “case” per detto dispositivo e/o detti uno o più moduli, possono avere qualsivoglia forma adatta allo scopo. Un esempio può essere una forma di cubo, triangolo, parallelepipedo, cilindro, cono, etc,, purché le interfacce di connessione 7 reciproche siano quelle standardizzate come definito in precedenza. In particolare come detto, le interfacce 7, 7’, 7”<”>possono essere anche interfacce non fisiche ovvero basate su altri possibili mezzi di comunicazione e/o trasferimento di energia (elettromagnetico, luce, suoni, ultrasuoni, etc.) che non richiedano necessariamente una connessione fisica.

In particolare, si noti che una tecnologia di comunicazione particolarmente preferita tra detto dispositivo principale 2 e detto terminale di comunicazione e trasmissione 5 è la tecnologia Bluetooth in quanto con la tecnologia attuale risulta essere di bassissimo consumo, di basso costo, semplice da utilizzare e versatile per questo tipo di applicazioni. Tuttavia, come detto in precedenza, la tecnologia di comunicazione utilizzata può essere di qualsivoglia tipo purché adatta allo scopo della presente invenzione: ad esempio tecnologie di comunicazione Wi-Fi, ZIG-BEE, UWB etc. o ancora tecnologie di comunicazione basate su altri principi fisici (luce, suoni, ultrasuoni etc.)

Dunque, l’innovativo sistema di prototipazione industriale I descritto dalla presente invenzione presenta caratteristiche innovative per quanto riguarda la facilità di utilizzo e di espansione, la semplicità e quindi anche l’affidabilità dell’hardware, la possibilità di essere gestito e controllato attraverso terminali 5 di ultima generazione delegando ad essi l’eventuale complessità computazionale attraverso una intuitiva interfaccia d’uso. Detto sistema di prototipazione risulta quindi a tutti gli effetti un sistema di prototipazione hardware rapido, che consente ad utenti esperti ma anche non esperti di creare nuovi prototipi senza la necessità di conoscenze informatiche. Il prototipo stesso, grazie ai moduli di espansione qui inventivamente descritti, potrà invece assolvere a compiti sia semplici che estremamente complessi. Il qui descritto sistema di proto tipazione rapida innovativo potrà dunque essere mezzo a sua volta per la creazione di dispositivi, sistemi o metodi innovativi, dando spazio all’abilità inventiva e al problem solving di aziende e privati.

Come detto, in modo particolarmente vantaggioso, detto terminale 5 di comunicazione e trasmissione verrà integrato con appositi mezzi di comunicazione (quali ad esempio applicazioni per smartphone o programmi) che permettono di interagire con ogni parte del sistema in modo intuitivo, rapido, diretto e quindi user friendly.

Infine si ricorda che, tra gli innumerevoli vantaggi descritti nella presente invenzione, vi sono: F autoriconoscimento ed autocofigurazione a livello hardware mediante semplice connessione (fisica o non) dei vari moduli e dispositivo in modo “plug and play”, l’interazione rapida mediante terminale, l’elettronica sostanzialmente completamente protetta in quanto come detto detti moduli di espansione e dispositivi primari possono essere racchiusi in un apposito involucro o box protettivo che ne consente la facile maneggiabilità; ciò è possibile inoltre anche perché detti moduli di espansione e detto almeno un dispositivo primario sono standardizzati in ogni loro forma di realizzazione, ovvero hanno interfacce mutuamente uguali e/o compatibili e comunicano sostanzialmente vicendevolmente mediante mezzi di riconoscimento comuni. Quanto detto rende dunque detti moduli di espansione e detto almeno un dispositivo primario facili da produrre e realizzabili in serie. Si osserva che in modo particolarmente vantaggioso tutti i vantaggi qui citati che permettono la realizzazione in fase di produzione di dispositivi primari e moduli di espansione standardizzati portano ulteriori vantaggi in termini di riduzione dei costi.

In ultimo è ovviamente sempre possibile permettere agli utenti esperti di sviluppare il proprio sistema di prototipazione in ambiente di laboratorio; in questo caso eventualmente i moduli e il dispositivo potranno essere resi disponibili anche senza box protettivo.

L’espansione e la diffusione di deto sistema di prototipazione rapida potrà inoltre beneficiare di una piattaforma software Open Source al fine di sviluppare ulteriormente le possibilità d’uso di deto sistema di prototipazione rapida.

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.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di prototipazione rapida (1) per la prototipazione elettrica ed elettronica comprendente almeno un dispositivo primario (2), un terminale (5) per l’interazione con almeno una parte del dispositivo primario (2), almeno uno o più moduli di espansione (3) aggiuntivi connessi a detto dispositivo primario (2) mediante interfacce di connessione (7) caratterizzato dal fatto che detti moduli di espansione (3) sono moduli sostanzialmente standardizzati per permettere la comunicazione ed il riconoscimento di ognuno di detti moduli di espansione (3) da detto almeno un dispositivo primario (2), detti moduli (3) essendo connessi a detto dispositivo primario (2) e/o tra loro, mediante interfacce di connessione (7, 7’, 7”) standard, detto dispositivo primario (2) essendo atto a riconoscere e/o configurare ognuno di detti moduli di espansione (3) standardizzati connessi a detto dispositivo (2), detto sistema essendo autoriconoscente ed autoconfigurante.
2. 2. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto terminale (5) comprende mezzi di interazione tra detto terminale (5) e detto dispositivo primario (2) connesso a uno od una pluralità di moduli di espansione (3) per il riconoscimento e/o la configurazione di detto almeno un dispositivo primario (2) connesso a detti uno o più moduli di espansione (3) per rimpostazione di alcuni parametri e la ricezione di dati da detto assieme dispositivo (2)/ modulo/i (3).
3. 3. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un dispositivo primario (2) e detti almeno uno o più moduli di espansione (3) sono sostanzialmente chiusi ovvero compresi in un involucro esterno di protezione comprendente almeno dette interfacce di connessione (7, 7’, 7”) quali fessure o aree di innesto, per rinserimento di altri moduli (3) o sensori od elementi addizionali.
4. 4. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo primario (2) e detti moduli di espansione (3) sono prodotti in una od una pluralità di tipologie standard ognuna di dette tipologie essendo contraddistinta da un ID univoco per l’immediato riconoscimento da parte di ogni altro dispositivo (2) e/o modulo (3).
5. 5. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo le rivendicazioni precedenti, in cui dette interfacce di connessione (7,7’,7”,7<n>) sono pins mutamente accoppiabili posti sui moduli di espansione (3) e sul dispositivo primario (2) e la posizione di detti pins permette di accoppiare detti moduli tra loro e/o con detto dispositivo in modo univoco.
6. 6. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo le rivendicazioni precedenti, in cui dette interfacce di connessione (7) di detto almeno un dispositivo primario (2) e dette interfacce di connessione (7’ ,7”, etc.) di detti uno o più moduli di espansione (3) sono standardizzate e mutuamente uguali e/o compatibili tra loro, dunque il numero di moduli (3) di espansione connessi tra loro e/o con detto dispositivo è espandibile sostanzialmente illimitatamente, detto dispositivo primario (2) essendo autoconfigurante.
7. 7. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo le rivendicazioni precedenti, in cui dette interfacce di connessione (7, 7’, 7” etc.) sono direttamente innestabili a livello hardware “plug and play”.
8. 8. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo le rivendicazioni precedenti, in cui ogni elemento funzionale del sistema di prototipazione rapida (1) è compreso nel sistema detto sistema essendo portatile.
9. 9. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo primario (2) comprende almeno un modulo (4) per comunicazioni senza fili ad esempio a radio frequenza, ottiche, sonore, ultrasonore od ulteriori per comunicare con detto terminale (5).
10. 10. Sistema di prototipazione rapida (1) secondo la rivendicazione 9, in cui detto dispositivo primario (2) comprende almeno un sistema di alimentazione (6) e detto modulo per la comunicazione senza fili (4) utilizza tecnologia Bluetooth low energy rendendo il sistema di prototipazione rapida (1) un sistema autoalimentato a basso consumo.