Progetto e realizzazione di una rete di sensori cablati per l’utilizzo in una centralina multisensoriale per imbarcazioni da diporto

Introduzione 
 
 
 
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Introduzione 
L’aumento delle vendite di imbarcazioni da diporto negli ultimi anni ha portato a 
una evoluzione delle barche stesse, dei sistemi e servizi presenti a bordo. Di qui la 
necessità di sviluppare apparati innovativi che permettano il monitoraggio dei 
parametri caratteristici relativi ai vari dispositivi, al fine di garantire maggiore 
sicurezza. 
L’integrazione dei sistemi in ambito marittimo propone sfide importanti ed è in 
questo ambito che si inserisce il lavoro svolto. Esso consiste nel progetto di un 
sistema modulare, con unità successivamente integrabili, in grado di soddisfare le 
esigenze personali dei diversi utenti. 
I vari moduli saranno adibiti al controllo dei seguenti parametri: 
 temperatura dei gas di scarico al fine di evitare un eccessivo 
surriscaldamento del motore e prevenirne danni irreversibili; 
 temperatura delle batterie “servizi” e “motore” per prevenire la fuoriuscita 
di idrogeno (possibile causa di esplosioni), dovuta ad un eccessivo 
aumento di temperatura, durante la fase di carica; 
 temperatura e umidità ambientale; 
 presenza di gas propano e/o butano, per tenere sotto controllo perdite 
accidentali;   
 presenza di fumo generato da incendi; 
 intrusione a bordo; 
 livello e natura dell’acqua in sentina, per conoscerne la quantità e la 
provenienza; 
 spostamento dell’ancora in ormeggio libero, per rilevare la perdita di presa 
della stessa, onde evitare la deriva indesiderata dell’imbarcazione. 
Ciascun modulo trasmetterà le informazioni alla centralina, alla quale è collegato, 
che provvederà ad elaborarle. L’aspetto peculiare del progetto sviluppato consiste 
nella possibilità di realizzare i collegamenti senza necessità di cablaggio, laddove 
risulti di pratica utilità, tramite tecnologia wireless. La scelta tra connessione via 
cavo o wireless è legata principalmente alla collocazione dei vari moduli.
Introduzione 
 
 
 
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La centralina, una volta ricevute ed elaborate le informazioni, provvederà all’invio 
della notifica di allarme all’utente, nel caso in cui esso si sia verificato. 
Sarà inoltre possibile effettuare un’interrogazione da remoto per conoscere lo 
stato del sistema.  
Il progetto del sistema è stato preceduto da una indagine conoscitiva dello stato 
dell’arte dei sistemi attualmente sul mercato. In seguito il lavoro ha richiesto 
un’accurata fase di ricerca dei sensori che meglio avrebbero soddisfatto le 
esigenze imposte dalle specifiche del sistema. 
Successivamente sono stati progettati i circuiti di condizionamento per adattare il 
segnale in uscita dai vari sensori con i circuiti di elaborazione e trasmissione del 
segnale, realizzati mediante microcontrollori. 
L’impiego di tali dispositivi ha condotto alla fase di sviluppo del firmware, 
particolarizzato per ogni specifica applicazione.
Cap.1 – Stato dell’arte e indagine dei sistemi esistenti 
 
 
 
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Capitolo 1 
Stato dell’arte e indagine dei 
sistemi esistenti 
 
La conoscenza dei sistemi esistenti sul mercato è un prerequisito essenziale di 
qualunque progetto. Infatti, prima di dedicarsi alla fase di progettazione è utile 
conoscere il cosiddetto “stato dell’arte” della tecnologia adottata nel settore di 
interesse. 
In questo capitolo verranno evidenziate le principali differenze esistenti tra i vari 
sistemi già presenti sul mercato e quello in oggetto. La conoscenza di tali 
differenze riveste un ruolo molto importante per poter progettare un sistema che 
abbia delle caratteristiche innovative e dei punti di forza. 
 
1.1 Overview sui sistemi esistenti 
Il lavoro di ricerca che ho svolto ha evidenziato un mercato della sicurezza e del 
monitoraggio di imbarcazioni da diporto vasto e variegato, con prodotti che, per 
fascia di prezzo e prestazioni, sono destinati ad un target di utenza molto ristretto. 
Nell’ottica di ampliare il bacino di utenza a cui il prodotto è destinato, la 
riduzione dei costi, pur mantenendo un livello di prestazioni adeguato, è stato uno 
degli aspetti presi in considerazione nella fase di indagine. 
Tra i sistemi emersi dalla ricerca, quelli che più si avvicinano come struttura e 
come fascia di utenza alle caratteristiche previste da questo lavoro, sono i seguenti: 
 Yacht Sentinel; 
 Boat Sat; 
 Barca Linea Controllo; 
 BoatCom; 
 VSB 100. 
Di seguito verranno dettagliate le caratteristiche dei sistemi elencati, 
soffermandosi sulle differenze salienti che caratterizzano il lavoro in esame.
Cap.1 – Stato dell’arte e indagine dei sistemi esistenti 
 
 
 
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1.2 Yacht sentinel 
Lo Yacht sentinel permette di controllare 
costantemente lo stato dell’imbarcazione e avvisare 
l’utente, attraverso il telefono cellulare, in caso di 
problemi. Il sistema prevede le seguenti funzioni: 
 Allarme ancora: quando in ormeggio libero, memorizza le coordinate GPS 
dell’imbarcazione, ne controlla costantemente la posizione e in caso di 
spostamento oltre il perimetro di sicurezza impostato (impostabile a passi 
di 5 metri), invia un SMS al numero definito dall’utente; 
 Allarme mancanza di alimentazione da banchina: avvisa a mezzo SMS di 
allarme, della mancanza di alimentazione dalla banchina; 
 Allarme batteria: monitora il livello di tensione della batteria e in caso di 
batteria scarica (abbassamento di almeno 1 V), manda un messaggio di 
allarme tramite rete GSM; 
 Controllo temperatura: rileva la temperatura nella cabina principale e se 
questa dovesse risultare inferiore al limite minimo o superiore al limite 
massimo (impostabili dall’utente) ne da avviso tramite SMS; 
 Allarme attracco: controlla gli spostamenti della barca quando attraccata, 
con lo stesso sistema adoperato per l’allarme ancora, entro un perimetro di 
sicurezza fisso di 30 m; 
 Tracking GPS: permette di conoscere latitudine, longitudine, rotta e 
velocità mediante GPS, i quali verranno inviati tramite SMS in caso di 
richiesta; 
 Allarme livello acqua in sentina: controlla il livello dell’acqua in sentina e 
in caso di necessità invia allarme a mezzo SMS; 
 Allarme intrusione: sensori a contatto magnetico rilevano l’aperura della 
porta delle cabina principale, segnalando tramite SMS l’eventuale 
intrusione ; 
Il sistema Yacht Sentinel prevede inoltre il controllo da remoto di tutti gli aspetti 
elencati per mezzo di un set di comandi tramite SMS.
Cap.1 – Stato dell’arte e indagine dei sistemi esistenti 
 
 
 
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1.3 Boat Sat 
Il Boat Sat è un apparecchio di localizzazione satellitare per 
imbarcazioni a vela e a motore con specifiche funzioni di 
sicurezza e di logistica. Questo apparato integra la tecnologia 
del GPS e del GSM e permette di gestire la sorveglianza 
completa e di garantire la sicurezza dell’imbarcazione anche 
in assenza di personale. Le funzionalità previste sono: 
 Posizione dell’imbarcazione a mezzo GPS e funzione di tracking; 
 Allarme anti-intrusione; 
 Allarme temperatura; 
 Allarme presenza acqua in sentina; 
 Allarme spostamento  o furto dell’imbarcazione; 
 Allarme controllo ormeggio in rada con segnalazione spostamento ancora; 
 Allarme soglia minima batteria principale; 
 Allarme sensore fumo (opzionale): rileva la presenza di fumo in caso di 
incendio; 
 Funzione Black Box: registra tutti gli eventi di sicurezza, le comunicazioni, 
i percorsi e i relativi dati; 
La generazione di un allarme prevede l’invio di un SMS con messaggi 
personalizzati a più numeri preimpostati. 
Inoltre il Boat Sat, date le sue caratteristiche - in particolar modo la funzione 
Black Box - si rivela uno strumento particolarmente utile alle flotte commerciali. 
 
1.4 Barca Linea Controllo 
Questo sistema permette di gestire la supervisione di un’imbarcazione e il 
controllo della stessa tramite l’uso di un 
telefono cellulare; rileva i diversi parametri 
e ne invia i valori con SMS su richiesta o in 
caso di allarme. 
Il sistema nella configurazione base 
controlla:
Cap.1 – Stato dell’arte e indagine dei sistemi esistenti 
 
 
 
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 Livello acqua a bordo e monitoraggio pompa di sentina; 
 Anti-intrusione; 
 Monitoraggio e allarme per mancanza rete 220V dalla banchina; 
 Monitoraggio e allarme bassa tensione delle batterie “servizi”; 
 Monitoraggio e allarme bassa tensione delle batterie “motore”; 
 Temperatura; 
 Uscita ON/OFF comandabile dal cellulare per attivare servizi in barca 
(carica batterie o altro). 
Il sistema nella configurazione base più antifurto satellitare controlla tutti i 
precedenti parametri e inoltre: 
 Verifica continuamente il “punto barca” e, se varia, invia 
immediatamente un SMS di allarme; 
 Ritorna, a richiesta (SMS), la posizione istantanea della barca per 
tracciare da remoto la rotta. 
 
1.5 BoatCom 
Il BoatCom è un sistema di allarme antifurto nautico satellitare per imbarcazioni. 
Il dispositivo è dotato di funzionalità di avviso in caso di: 
 Presenza d’acqua sull’imbarcazione; 
 Presenza di fumo (inizio incendio); 
 Intrusione a bordo; 
 Mancanza alimentazione al sistema; 
 Spostamento dell’imbarcazione al di fuori di un raggio di 100 metri; 
 Avviamento motori non autorizzato. 
BoatCom comunica in tempo reale eventuali allarmi (in abbinamento alla 
posizione satellitare dell’imbarcazione) direttamente al cellulare dell’utente, a 
mezzo SMS. 
Inoltre in qualsiasi momento è possibile richiedere lo stato del sistema seguito 
dalla posizione GPS.
Cap.1 – Stato dell’arte e indagine dei sistemi esistenti 
 
 
 
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1.6 VSB 100 
Il VSB 100 è un sistema di telesorveglianza remota per imbarcazioni. Esso 
permette di controllare visivamente l’imbarcazione 
ormeggiata o rimessata, le condizioni meteo del posto, il 
monitoraggio di allarmi e l’avviso in caso di intrusioni 
indesiderate, attraverso una connessione internet e un 
telefono cellulare.  
Il sistema presenta le seguenti caratteristiche tecniche: 
 Controllo e gestione da una a quattro telecamere: in caso di allarme, la 
telecamera registra quanto sta accadendo (per un periodo di tempo 
impostabile); 
 Gestione degli allarmi di intrusione: grazie ai sensori volumetrici e 
magnetici wireless e relativo invio via SMS verso cellulare; 
 Capacità di attivazione/disattivazione del sistema di allarme sia tramite 
telecomando (locale) che via internet (remoto); 
 Check della tensione della batteria: invia un messaggio SMS non appena 
la tensione inizia a scendere e quando ritorna alle condizioni ottimali; 
 Gestione di tre uscite digitali per diverse applicazioni (es. attivazione da 
remoto del riscaldamento/condizionamento, o altre utenze); 
 Visualizzazione dello stato di due ingressi digitali, utilizzabili per 
eventuali sensori aggiuntivi (es. fotocellula d’allarme per pozzetto). 
Il sistema di sorveglianza di base può essere integrato con le seguenti opzioni: 
 Anemometro: per misurare la velocità e la direzione del vento; 
 Sensore wireless: per temperatura esterna; 
 Data-base con memorizzazione dei dati: con possibilità di visualizzazione 
grafica (temperatura, tensione batteria, velocità del vento); 
 Ricevitore GPS: per localizzare la posizione su mappa dell’imbarcazione 
in tempo reale, su internet; 
 Fotocellula d’allarme con portata fino a 5 metri per pozzetto. 
Il sistema VSB 100 nella versione Wi-Fi permette la navigazione in internet.
Cap.1 – Stato dell’arte e indagine dei sistemi esistenti 
 
 
 
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1.7 Analisi e confronto del progetto 
I sistemi emersi dall’indagine svolta presentano alcune caratteristiche comuni 
come ad esempio il rilevamento della presenza di acqua in sentina, il 
monitoraggio della posizione tramite GPS, sistemi anti-intrusione, ecc. Di contro, 
alcuni di questi apparati presentano delle peculiarità come il controllo in ormeggio 
con segnalazione dello spostamento dell’ancora (presente nei sistemi Yacht 
Sentinel e BoatSat). Il sistema da me progettato possiede alcune delle funzionalità 
più comunemente riscontrate nei sistemi proposti, insieme ad alcune 
caratteristiche distintive.  
Le funzioni comuni da me implementate provvedono al controllo dei seguenti 
parametri: 
 Temperatura delle batterie “servizi” e “motore”; 
 Temperatura e umidità ambientale; 
 Presenza di fumo; 
 Livello dell’acqua in sentina; 
 Intrusione a bordo; 
 Spostamento dell’ancora in ormeggio libero. 
Il controllo dei primi quattro parametri è stato realizzato con tecniche che non si 
differenziano in modo significativo da quelle proposte dagli altri sistemi.  
Per quanto riguarda il controllo degli ultimi due parametri ho preferito adottare 
delle soluzioni alternative, da me ritenute più adatte al raggiungimento dei miei 
obiettivi, ovvero la realizzazione di un sistema che possa coniugare versatilità e 
completezza. La soluzione adottata per rilevare l’intrusione a bordo si basa sulla 
interazione tra un sensore di movimento a infrarossi e una fotocamera digitale. 
Tale scelta rappresenta un compromesso tra la semplice rilevazione a mezzo di 
sensori a infrarossi e/o contatti magnetici, adottata dalla maggior parte dei 
dispositivi, e quella utilizzata dal VSB100, il quale è maggiormente improntato 
alla videosorveglianza. 
La tecnica per il monitoraggio dello spostamento dell’ancora presente nello Yacht 
Sentinel e BoatSat si avvale della tecnologia GPS. Tale metodo consiste 
nell’acquisizione della posizione dell’imbarcazione in ormeggio libero, seguito da
Cap.1 – Stato dell’arte e indagine dei sistemi esistenti 
 
 
 
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un costante rilevamento di eventuali variazioni di posizione; il superamento di 
soglie di spostamento impostate dall’utente causa il verificarsi di un allarme. 
Tuttavia la tecnica illustrata è soggetta a possibili falsi allarmi dovuti allo 
spostamento dell’imbarcazione in una posizione all’interno dell’area ritenuta 
“sicura”. Tale area è delimitata dalla circonferenza centrata nella posizione 
dell’ancora e avente raggio (R) la cui misura è determinata dalla lunghezza della 
catena e dalla profondità del fondale. 
 
 
Fig. 1.1 – Circonferenza che delimita l’area di “sicurezza” entro la quale l’imbarcazione 
dovrebbe essere ancorata. 
 
Inoltre l’impiego del GPS introduce un’incertezza non trascurabile sul 
rilevamento della posizione (fino a 15m) tale da rendere, a mio avviso, la 
soluzione esposta poco affidabile, in quanto l’ordine di grandezza dell’errore è 
confrontabile con le distanze in gioco. 
Alla luce di ciò, ho optato per una scelta che non richiedesse l’utilizzo del GPS. 
La mia soluzione prevede l’impiego di un 
accelerometro applicato sul fusto dell’ancora, 
che permetta di rilevare direttamente gli 
spostamenti effettivi della stessa e non di