6DOF motion sensor

2_6DOF motion sensor_medium

Embed heeft de ‘6DOF Motion sensor met BlackBox’ ontwikkeld voor Siri Marine. Het is een uniek systeem, dat wereldwijd ingezet wordt in bergingsoperaties en in het monitoren van schepen.

Doel van de 6DOF motion sensor

Dit systeem meet de beweging van schepen, analyseert de meetdata en voorspelt de toekomstige bewegingen van de schepen. Dit systeem wordt bijvoorbeeld gebruikt bij de berging van schepen. Het systeem is onder andere op de Costa Concordia ingezet, nadat deze gezonken was. Bergingspersoneel kan dit systeem gebruiken om te weten te komen of ze het schip veilig kunnen betreden.

Werking van de 6DOF motion sensor

Op verschillende plekken in het schip worden sensoren geplaatst. Deze sensoren zijn verbonden met een logger, de BlackBox. De 6DOF (Degrees Of Freedom) sensor bestaat uit accelerometers en gyroscopen. Met behulp van MEMS technologie meet de sensor versnellingen en hoekverdraaiingen. De BlackBox is een 8-core DSP. De BlackBox ontvangt de data uit de sensoren en analyseert deze data. Het bergingspersoneel interpreteert de analyse en baseert hun berging-beslissingen hierop. Embed heeft het systeem speciaal ontwikkeld voor gebruik onder extreme (IP 67/68) (weers-)omstandigheden.

Embed heeft dit systeem niet alleen ontwikkeld, maar coördineert ook de productie. Voor de kalibratie van de sensoren heeft Embed de 6DoF kalibratietool ontwikkeld.

Technische achtergrond BlackBox

De ontwikkeling van BlackBox was een interessante uitdaging voor Embed. Deze uitdaging heeft succes gehad; inmiddels wordt de BlackBox wereldwijd gebruikt.

De belangrijkste kenmerken van de BlackBox zijn:

  • Hij bezit acht RS485 ingangen, waarover acht sensoren kunnen worden uitgelezen.
  • De BlackBox logt de binnengekomen waarden.
  • Op de BlackBox draait een embedded Linux installatie.
  • De BlackBox biedt ondersteuning voor opslag op een SD kaart.
  • De BlackBox is te benaderen via internet, over een beveiligde verbinding.

Zoals gezegd was het ontwikkelen van de BlackBox een interessante uitdaging voor Embed. Hieronder staan de grootste uitdagingen, plus de door Embed gevonden oplossingen beschreven.

  • Het realtime karakter
    • Tijdens een meting mogen absoluut geen sensor metingen verloren gaan. De standaard Linux kernel is niet realtime en daarom heeft Embed ervoor gekozen om elke sensor poort te voorzien van een extra eigen microprocessor. Deze microprocessor kan timestamps nauwkeurig vaststellen en kan waarde lokaal bufferen. Daardoor is gewaarborgd dat alle samples worden verwerkt.
  • Lage ‘latency’
    • Nadat de BlackBox was ontwikkeld, heeft een partner van Siri Marine in samenwerking met Embed een PC-applicatie ontwikkeld. Met deze applicatie worden in realtime sensor meetwaarden gevisualiseerd. De vertraging tussen binnenkomst en weergave van de waarden is hierbij geminimaliseerd.
  • Beveiliging
    • De opgeslagen gegevens in de BlackBox bevatten gevoelige informatie. De BlackBox is daarom dusdanig beveiligd dat derden de opgeslagen gegevens niet kunnen inzien zonder de juiste toegangscodes.
  • Berekeningen
    • De BlackBox slaat de binnengekomen meetwaarden op. Asynchroon hiervan past de BlackBox signaalanayse toe. Het gaat hierbij om filters en matrix berekeningen. Deze berekeningen heeft Embed gemodelleerd met behulp van ‘Octave’. Dit is een open source ‘Matlab’ variant.
  • Testen
    • De gemodelleerde berekeningen uit Octave zijn geoptimaliseerd voor de BlackBox. Embed heeft getest of de optimalisatie geen fouten heeft geïntroduceerd. Embed heeft dat gedaan door logs te maken van de sensor meetwaarden. Vervolgens heeft Embed berekeningen losgelaten op de meetgegevens. Deze berekeningen werden uitgevoerd op de PC. Een programma op de PC heeft de logs vervolgens afgespeeld. Daarbij werd de originele sensoremeting aangeboden aan de aan de PC aangesloten BlackBox. De door de BlackBox berekende resultaten zijn vergeleken met de eerder op de PC berekende resultaten. Deze kwamen overeen.