LoL n°3 – ELE5 – Circuiti Condizionamento

by / lunedì, 13 aprile 2020 / Published in Didattica, Lezioni On-line

 

LEZIONI on LINE n° 3

Elettronica

Circuiti di Condizionamento

Per gli alunni della classe 5° di elettronica Istituto Tecnico

 

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Prerequisiti:

  1. simbologia ed utilizzo degli Schemi a Blocchi (SB);
  2. rappresentazione dei segnali elettrici
  3. lettura dei data sheet

 

Ricordiamo la struttura di un generico sistema di acquisizione dei dati:

  • elaboratore
  • trasduttori
  • attuatori

Ovviamente nello schema è stato rappresentato un singolo blocco ma il limite del numero dei trasduttori e degli attuatori dipende dal numero dei piedini disponibili per l’elaboratore.

 

Elaboratore

La struttura logica del computer, seconda l’architettura di von Neumann, è legata alla presenza di cinque elementi:

  • Unità centrale di elaborazione (CPU – Central Processing Unit);
  • Memoria;
  • Schede elettroniche di espansione;
  • Dispositivi di input/output;
  • Canale di comunicazione dei dati (o Bus).

Per dei semplici sistemi di controllo tutte questi blocchi sono realizzati in una piccola ed economica scheda che forma un sistema, ad esempio Arduino. Questo sistema non fornisce prestazioni particolarmente elevate ma contemporaneamente il costo è contenuto per realizzare quanto detto.

Scheda Arduino Mega

 

Trasduttori

Sono degli elementi circuitali che trasformano una grandezza fisica in una elettrica.

I segnali elettrici vengono poi amplificati e condizionati prima della loro conversione in formato digitale (S/H)+(ADC).

A seconda del tipo avremo:

  • trasduttori primari – convertono direttamente la grandezza fisica in ingresso in una grandezza elettrica.
  • trasduttori secondari – trasformano la grandezza fisica in ingresso in un’altra grandezza fisica, rilevabile da un trasduttore primario.
  • trasduttori attivi generano un segnale in corrente o tensione (termocoppie).
  • trasduttori passivi producono in uscita una variazione di un parametro elettrico come resistenza, capacità etc..(potenziometri, estensimetri, termistori..).
  • trasduttori analogici forniscono un segnale di uscita che segue con continuità le variazioni della variabile fisica in ingresso.
  • trasduttori digitali forniscono in uscita il valore binario o un codice binario ad n bit (ad es.encoder).

 

Attuatori

Sono degli elementi circuitali che trasformano una grandezza elettrica in una fisica ad esempio i motori elettrici, i pistoni idraulici, i relè, i polimeri elettroattivi, gli attuatori piezoelettrici, ecc. .

con le principali tecnologie vengono realizzati attuatori:

  • Elettrici – trasformano direttamente il segnale di comando spesso utilizzato da un relè. I segnali possono viaggiare mediante protocolli BUS o Wi-Fi.
  • Elettrostatici– sono semplici da realizzare poiché formati da due piatti piani paralleli il cui principio di funzionamento si basa direttamente sul principio della forza di Coulomb.
  • Elettromagnetici – sono i più diffusi poiché il controllo della forza e della velocità è fatto sia in corrente sia in tensione utilizzando il principio della forza di Lorentz. Non sono sempre realizzati in modo semplice.
  • Idraulici – sono molto efficaci. Sono realizzati in vari tipi: a pistone, a camera elastica, a turbina.

 

Segnali di controllo

Le informazioni tra i singoli blocchi sono scambiate utilizzando:

  • segnali digitali – possono assumere solo due valori (per Arduino – valore LOW = 0 e HIGH =1)
  • segnali analogici – possono assumere, in teoria, un numero infinito di valori (per Arduino – un valore compreso tra 0 e 1023)

un particolare segnale è quello di clock che viene utilizzato per rendere le variazioni dei segnali in modo sincrono tra di loro

Simboli utilizzati per i segnali (clock) all’interno di un circuito elettrico:

 

Esempio n° 1 – Circuito SRF05:

il circuito SRF05 e’ un sensore di distanza ad ultrasuoni con buone prestazioni ad un costo contenuto.

Questo sensore e’ dotato di un microcontrollore per le funzioni di calcolo ed elaborazione, viene inviato un treno di impulsi e letto l’eco di ritorno che permette di calcolare la distanza dell’ostacolo posto davanti.

Permette di calcolare, anche all’aperto poiché risulta insensibile alla luce, distanze da 1cm fino a 4mt.

Caratteristiche Tecniche

Tensione Operativa

5V

Corrente Operativa Tipica

4mA

Frequenza

40 Khz (ultrasuoni)

Portata

1cm – 4mt

Impulso di ritorno

Segnale TTL positivo, di durata proporzionale alla distanza rilevata

Trigger di Input

Impulso TTL di durata minima di 10 uS

Modalita’ di funzionamento

Pin singolo per trig/echo o 2 Pin SRF04 compatibile

il timing dei segnali (tutti digitali) coinvolti, nel modo 1, è il seguente

il timing dei segnali (tutti digitali) coinvolti, nel modo 2, è il seguente

 

 

Circuiti di Condizionamento:

Questi circuiti possono essere di svariati tipi ma quelli principali sono:

 

 

FILTRI

ATTENUATORI

AMPLIFICATORI

 

CONCLUSIONI:

I più semplici circuiti di condizionamento sono quelli passivi ma possiamo utilizzare anche circuiti attivi. Particolare attenzione va posta alla gestione dei segnali di controllo.

 

Roma 15 aprile 2020

Il docente

LERTERI C. Francesco

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