Mikrotehoisen sulautetun järjestelmän suunnittelu, toteutus ja verifiointi pilottilaitteistossa
Olsbo, Severi (2020)
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021091717847
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021091717847
Tiivistelmä
Työssä suunniteltiin ja rakennettiin pilottilaitteisto VTT Oy:n projektiin, jolla pystyttiin testaamaan tulevaisuuden lokerikkojärjestelmän energiaomavaraista toimintaa sekä tehonjakotekniikkaa lokerolaitteiden välillä. Työhön tehtiin lyhyt teknologiaselvitys uusimmista ohjelmistoteknologioiden kehityksistä erittäin vähätehoisille sulautetuille prosessoriarkkitehtuureille.
Pilotin toteutuksen tavoitteena oli toimivan prototyypin rakentaminen sekä sille energiatehokkaan ohjelmiston toteuttaminen. Lopuksi työssä arvioitiin VTT:n lokerikkojärjestelmän arkkitehtuuria prototyypin perusteella ja esitettiin löydettyjä parannuskohteita.
Teknologiaselvityksen aihe rajattiin kahteen osaan, joista arvioitiin olevan laajasti hyötyä mikro- ja vähätehoisten sulautettujen laitteiden kehittäjille. Nämä olivat ohjelmiston kääntövaiheessa tehtä vät automaattiset optimoinnit koodiin sekä kehittäjää helpottavat uudet työkalut energiataseen arviointiin kehitystyön aikana. Selvitys tehtiin kirjallisuuskatselmuksena tutkimustuloksiin ja kaupallisiin tuotteisiin energiatehokkaasta ohjelmistokehityksestä.
Opinnäytetyössä toteutettua pilottilaitetta varten VTT:n projektissa suunniteltu lokerikkojärjestelmän arkkitehtuuri yksinkertaistettiin. Sen teknologiavalinnat tarkastettiin ja muutamia muutoksia tehtiin projektin edellisen vaiheen oppien perusteella. Pilottia varten tehtiin piirilevy, johon saatiin suunniteltua suurin osa prototyypin komponenteista. Yhteensä kolme prototyyppiä rakennettiin. Ohjelmisto tehtiin nRF52832-mikroprosessorille C-kieltä käyttämällä. Se koostui väyläkommunikaatioprotokollan parantamisesta, sensorimittauksien toteuttamisesta ja tehonjaon algoritmista. Ohjelmiston sekä elektroniikan tehonkulutus testattiin virtaprofiilianalysaattorilla ja pilotin energian kulutusta arvioitiin järjestelmää skaalautuessa suuremmaksi.
Rakennettu prototyyppilaitteisto toimi kaikilta osin suunnitellusti ja ohjelmisto saatiin toimimaan erittäin vähällä teholla. Arkkitehtuuria arvioitiin prototyyppilaitteen perusteella ja useita parannusehdotuksia tehtiin liittyen kommunikaatioon, tehonkulutukseen ja luotettavuuteen sekä turvallisuuteen.
Teknologiaselvityksessä keskityttiin enimmäkseen yleiskäyttöisiin testausohjelmiin ja koodioptimointiin, joista löydettiin lupaavia uusia tekniikoita energian säätämiseksi sekä uudenlaisia strategioita mikrotehoisten laitteiden energianhallintaan ja mittaamiseen.
Pilotin toteutuksen tavoitteena oli toimivan prototyypin rakentaminen sekä sille energiatehokkaan ohjelmiston toteuttaminen. Lopuksi työssä arvioitiin VTT:n lokerikkojärjestelmän arkkitehtuuria prototyypin perusteella ja esitettiin löydettyjä parannuskohteita.
Teknologiaselvityksen aihe rajattiin kahteen osaan, joista arvioitiin olevan laajasti hyötyä mikro- ja vähätehoisten sulautettujen laitteiden kehittäjille. Nämä olivat ohjelmiston kääntövaiheessa tehtä vät automaattiset optimoinnit koodiin sekä kehittäjää helpottavat uudet työkalut energiataseen arviointiin kehitystyön aikana. Selvitys tehtiin kirjallisuuskatselmuksena tutkimustuloksiin ja kaupallisiin tuotteisiin energiatehokkaasta ohjelmistokehityksestä.
Opinnäytetyössä toteutettua pilottilaitetta varten VTT:n projektissa suunniteltu lokerikkojärjestelmän arkkitehtuuri yksinkertaistettiin. Sen teknologiavalinnat tarkastettiin ja muutamia muutoksia tehtiin projektin edellisen vaiheen oppien perusteella. Pilottia varten tehtiin piirilevy, johon saatiin suunniteltua suurin osa prototyypin komponenteista. Yhteensä kolme prototyyppiä rakennettiin. Ohjelmisto tehtiin nRF52832-mikroprosessorille C-kieltä käyttämällä. Se koostui väyläkommunikaatioprotokollan parantamisesta, sensorimittauksien toteuttamisesta ja tehonjaon algoritmista. Ohjelmiston sekä elektroniikan tehonkulutus testattiin virtaprofiilianalysaattorilla ja pilotin energian kulutusta arvioitiin järjestelmää skaalautuessa suuremmaksi.
Rakennettu prototyyppilaitteisto toimi kaikilta osin suunnitellusti ja ohjelmisto saatiin toimimaan erittäin vähällä teholla. Arkkitehtuuria arvioitiin prototyyppilaitteen perusteella ja useita parannusehdotuksia tehtiin liittyen kommunikaatioon, tehonkulutukseen ja luotettavuuteen sekä turvallisuuteen.
Teknologiaselvityksessä keskityttiin enimmäkseen yleiskäyttöisiin testausohjelmiin ja koodioptimointiin, joista löydettiin lupaavia uusia tekniikoita energian säätämiseksi sekä uudenlaisia strategioita mikrotehoisten laitteiden energianhallintaan ja mittaamiseen.