Il concetto di smart grid nasce come risposta alla preoccupazione generale riguardante i cambiamenti climatici e la sostenibilità delle fonti energetiche fossili, oltre che alla crescente domanda di energia elettrica, man mano che sempre più apparecchiature elettriche ed elettroniche diventano parte integrante della vita quotidiana. Grazie a una comunicazione bidirezionale tra il gestore di rete e l'impianto dell'utente, le reti di trasporto e distribuzione dell'energia elettrica intelligenti permetteranno ai produttori di energia di gestire meglio la domanda in modo da evitare eccessivi picchi di assorbimento e promuovere modelli di consumo più sostenibili a lungo termine. Tra le importanti funzioni che verranno svolte dalle smart grid vi sarà l'aggiornamento automatico delle tariffe, in modo che l'impianto dell'utente possa essere programmato per svolgere compiti a bassa priorità durante i periodi in cui vi è una bassa domanda di energia elettrica. In questo modo si consente agli apparecchi intelligenti di prelevare sempre l'energia a più basso costo, a tutto vantaggio dell'utente, permettendo al contempo un uso più efficiente ed economico della capacità di generazione disponibile.
Rendere la smart grid una realtà
La migrazione delle tradizionali infrastrutture di rete e apparecchiature verso un modello di tipo intelligente è un impegno importante che richiede, a livello nazionale, l'aggiornamento dei normali contatori con l'installazione di nuove unità intelligenti in grado di comunicare con il gestore di rete, memorizzare dati (come ad esempio informazioni tariffarie) e controllare l'alimentazione delle apparecchiature dell'utente. Tali apparecchiature dovranno inoltre essere aggiornate per poter rispondere ai comandi di accensione/spegnimento provenienti dal contatore intelligente. Ci sono quindi opportunità significative per i sistemi embedded che permetteranno un uso più intelligente dell'energia in tutte le case del futuro. Anche se la misura elettronica precisa dell'energia elettrica consumata è una tecnica ormai ben consolidata, gli approcci adottati per la realizzazione pratica di funzioni intelligenti sono meno maturi e continuano ad evolvere rapidamente. Le caratteristiche e gli elementi di progetto dei contatori intelligenti cambiano rapidamente man mano che si comprendono quali sono le nuove esigenze del mercato in termini di specifiche e funzionalità e qual è il modo migliore per attuarle. Alcuni elementi chiave che emersi includono la necessità di avere una piattaforma a bassissima potenza, nonché una connettività totale; ciò è necessario per permettere all'utente di comunicare con chi offre il servizio, tipicamente utilizzando la tecnologia si trasmissione dati su linee elettriche (powerline) oppure wireless, o di collegarsi alle apparecchiature di casa, e per supportare comunicazioni basate sul web che consentano all'utente di gestire la casa e gli elettrodomestici da remoto, utilizzando uno smartphone o un Pc. Facendo da tramite tra il fornitore di energia, gli apparecchi collegati e l'utente, il contatore intelligente può contribuire a realizzare l'idea di una casa confortevole, controllabile a distanza e che consente di verificare e regolare il riscaldamento, le luci, la sicurezza e altri comfort, ovunque e tramite Internet.
Il cuore del contatore intelligente
Sono oggi disponibili diversi microcontrollori che combinano processori ARM Cortex-M3 con interfacce integrate Ethernet e Usb e la possibilità di connettersi a una rete wireless esterna oppure a un modem per linea elettrica. Tali dispositivi sono ideali per l'uso in sistemi di misura avanzati e possono essere utilizzati in un'ampia gamma di sistemi industriali di rilevamento e controllo, in particolare quando sono integrate periferiche per la connettività can e il controllo di motori. Realizzare la connettività Internet può essere tuttavia un po' più complesso. Anche se il microcontrollore può offrire gli elementi hardware necessari, come ad esempio un controllore Ethernet 10/100/1000, lo sviluppatore si trova spesso a dover integrare il software del server web in maniera autonoma. La scelta di un software adatto può essere complessa e disorientante, richiedendo agli sviluppatori di valutare molteplici offerte di terze parti. Inoltre, le prestazioni e la qualità del risultato finale possono dipendere in larga misura dall'ottenere un'interazione soddisfacente tra server web, microcontrollore e sistema operativo. Con la serie TMPM369, Toshiba Electronics ha unito i vantaggi del core Arm Cortex-M3 con numerose periferiche per la connettività e il controllo industriale, come le interfacce Can2.0B, Ethernet 10/100 e Usb, convertitori A/D e D/A a canali multipli e timer di precisione. Il rivelatore hardware della frequenza di oscillazione di Toshiba, che consente agli elettrodomestici di rispettare lo standard di sicurezza Iec 60730 (classe B), è anch'esso integrato. Inoltre, gli sviluppatori possono integrare rapidamente la connettività web in dispositivi come i contatori intelligenti o in impianti di controllo industriale e sistemi di rete, sfruttando l'ambiente di sviluppo di Toshiba che permette un'integrazione semplice ed efficiente di un server web nel microcontrollore. Per creare questo ambiente, Toshiba ha collaborato con Atollic, fornitore di tool di sviluppo, e Segger, specialista di software embedded. Il Server Web embOS/IP di Segger è una pila di protocolli Tcp/IP e http indipendente dalla Cpu, strettamente integrata nel sistema operativo embOS. La pila è ottimizzata per operare in modo efficiente in un ambiente embedded a basso costo; ha un bassissimo impatto sulla memoria e un driver di struttura semplice, inoltre fornisce un Api che consente un facile accesso alle applicazioni che utilizzano la libreria standard di socket in C.
Ottimizzare il server web embedded
Il Server Web embOS/IP fornisce i protocolli di trasporto, di rete e di collegamento che supportano il protocollo html di livello applicativo. La pila può anche essere ampliata per gestire più tipi di utilizzo, aggiungendo altri protocolli applicativi come Ftp e Smtp. Il server web permette a un sistema embedded, ad esempio un contatore intelligente, di visualizzare pagine web con contenuto generato dinamicamente. Ha una connessione di tipo Common Gateway Interface e supporta tutte le funzionalità tipicamente richieste da un sistema embedded, come le connessioni multiple, l'autenticazione e i moduli. Un vantaggio importante per i dispositivi embedded è il suo basso consumo di Ram, che si ottiene attraverso una gestione efficiente della memoria tampone (buffer). Ciò favorisce lo sviluppo di prodotti generalmente piccoli, economici e poco dispendiosi. La pila html del server web può essere utilizzata con una qualsiasi pila Tcp/IP conforme a Rfc.
Raggiungere il mercato
L'ambiente ottimizzato che comprende dispositivi microcontrollori, un efficiente server web embedded e strumenti di sviluppo, analisi del codice e automazione dei test all'interno delle suite Atollic TrueStudio, TrueAnalyzer e TrueInspector contribuisce a semplificare e accelerare la progettazione di dispositivi intelligenti connessi. Come ulteriore aiuto allo sviluppo, lo starter kit fornisce una piattaforma che permette lo sviluppo praticamente immediato di software applicativo. Fornito come dispositivo hardware chiavi in mano, il kit supporta lo sviluppo di una varietà di applicazioni embedded, e fornisce abbondanti risorse per l'interfaccia utente, un'interfaccia di controllo motori e una connettività conforme agli standard del settore. Combinando insieme tutte queste risorse, il nuovo ambiente di sviluppo rende più agevoli le operazioni di selezione, integrazione e ottimizzazione di un server web embedded al fine di permettere di comunicare con il contatore intelligente tramite Internet.
