Sapere in tempo reale di quanti gradi è aperto il boma rispetto all'asse della barca è uno dei dati più utili — e più difficili da misurare bene — nella regolazione della vela. Con SailSensor BoomAngle abbiamo affrontato il problema con un approccio che ha portato a un brevetto depositato all'UIBM. Questo è il racconto tecnico di come ci siamo arrivati.
Progetto proprietario Moxá Design · Dominio: nautica / IoT a basso consumo · Stato: brevetto depositato, prodotto in produzione.
La soluzione classica — un encoder o un potenziometro alla base del boma (gooseneck) — richiede cablaggio lungo l'albero, soffre l'ambiente marino e si usura proprio nel punto più sollecitato dell'attrezzatura. Inadatto a una barca da regata.
Mettere un solo sensore inerziale sul boma sembra ovvio, ma misura l'orientamento del boma rispetto alla terra, non rispetto alla barca. Quando lo scafo rolla, beccheggia e sbanda, quel dato si sporca: il movimento della barca si somma a quello del boma e non sai più distinguerli.
I giroscopi MEMS derivano nel tempo (drift). Su una traversata di ore, un angolo che a inizio bordo era corretto diventa progressivamente sbagliato. Per un dato di regolazione vela, un errore che cresce in silenzio è peggio di nessun dato.
Niente cavi lungo l'albero. Il sensore vive sul boma e deve comunicare senza fili con il resto della barca.
Alimentazione a batteria. Cambiare la pila ogni stagione non è accettabile: serve un consumo medio nell'ordine dei microampere.
Spruzzi, immersione temporanea, sole, salsedine e sbattimenti. L'housing deve sopravvivere sopra coperta per anni.
Sotto questa soglia il dato è utile per la regolazione fine; sopra, è solo un'indicazione di massima.
Deve misurare l'angolo del boma relativo allo scafo, qualunque cosa faccia la barca sotto.
La svolta è stata smettere di chiedere a un sensore di misurare un angolo assoluto, e usarne due: un'unità di riferimento solidale allo scafo e una sul boma. Entrambe stimano il proprio orientamento come quaternione; il sistema calcola poi il quaternione differenziale tra le due.
Il vantaggio è che tutto ciò che le due unità hanno in comune — il rollio, il beccheggio e lo sbandamento della barca — si elide nella differenza. Quello che resta è l'angolo del boma rispetto allo scafo, pulito dal moto dell'imbarcazione. E poiché le due derive dei giroscopi sono correlate, anche il drift si compensa in larga parte invece di accumularsi: è proprio questo il cuore della rivendicazione brevettuale.
L'algoritmo di fusione (accelerometro + giroscopio + magnetometro) gira direttamente sul microcontrollore Nordic in Zephyr RTOS, in virgola fissa dove serve, per restare entro il budget energetico.
Invece di mantenere una connessione BLE, il sensore trasmette in advertising: nessun pairing, nessun handshake da rinegoziare, e il dato è ricevibile contemporaneamente dall'app e dal bridge di bordo. È la scelta che abbatte di più i consumi.
Lo stesso pacchetto alimenta l'app SailTrim Helper sullo smartphone del velista e il bridge NMEA2000, che lo porta su plotter e display di bordo.
Un sensore d'angolo del boma che non ha cavi da rompere, non scarica la batteria a fine stagione, non si fa ingannare dal moto della barca e non deriva nel tempo. La tecnologia di fusione differenziale è oggi oggetto di domanda di brevetto depositata all'UIBM.
Un singolo IMU misura l'orientamento rispetto alla terra e include il moto della barca. Con due unità — una di riferimento sullo scafo e una sul boma — si calcola il quaternione differenziale: il moto comune dell'imbarcazione si elide e resta il solo angolo del boma rispetto allo scafo, con la deriva dei giroscopi in larga parte compensata.
L'obiettivo di progetto è un errore inferiore a 0,5° RMS, la soglia sotto la quale il dato è utilizzabile per la regolazione fine della vela e non solo come indicazione di massima.
Via BLE in modalità advertising (senza connessione): nessun pairing da gestire e consumi ridotti al minimo. Lo stesso dato è ricevuto sia dall'app SailTrim Helper sia dal bridge NMEA2000 che lo distribuisce a plotter e display di bordo.
SailSensor BoomAngle è un prodotto proprietario Moxá Design parte dell'ecosistema SailSensor, con tecnologia oggetto di domanda di brevetto depositata all'UIBM. Maggiori informazioni sul sito dedicato sailsensor.it.
Sensoristica inerziale, fusione di dati, dispositivi BLE a bassissimo consumo per ambienti ostili: se hai una grandezza fisica difficile da misurare bene, è esattamente il tipo di problema che ci piace risolvere. La discovery iniziale è gratuita.
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