Bachelor of Science in Ingegneria elettronica

Transcript

1 Dipartimento tecnologie innovative Bachelor of Science in Ingegneria elettronica Tesi di Bachelor 2012

2 Denny Ambrosini Ivan Defilippis Partner IRRADIA Design dello spettacolo Elettronica per lightshifter Il problema principale delle luci di scena è la staticità accoppiata alla difficile messa in opera. Ad oggi, solo l intensità luminosa di ogni proiettore può essere cambiata in tempo reale. Ciò comporta un cablaggio costoso, ingombrante e poco affidabile dalla consolle di regia ai proiettori stessi. Poter muovere i proiettori durante la rappresentazione e cambiare la loro intensità luminosa in maniera semplice sarebbe di grande vantaggio per tutti gli spettacoli. Il presente progetto mira a risolvere questi problemi. I proiettori sono stati montati su carrelli motorizzati che si muovono appesi a binari. Un sistema di comunicazione powerline trasmette i comandi di movimento e di variazione dell intensità luminosa (funzione dimmer) ai proiettori sulla stessa rete che li alimenta tramite modulazione ad alta frequenza (onde convogliate). Infine è stato sviluppato un sistema modulare di schede con alimentazione, CPU, ricezione e trasmissione powerline, driver motori. Utilizzare la tecnologia powerline per la trasmissione dei dati tra consolle e carrello. Sviluppare il sistema per la ricezione dei dati sul carrello. Implementare il sistema per l elaborazione dei dati sul carrello. Realizzare un dimmer per la regolazione dell intensità luminosa. Realizzare una scheda di controllo. Sviluppare un sistema per il pilotaggio dei motori. Questo progetto di diploma ha previsto la progettazione e lo sviluppo di un sistema che rispetta gli standard e le norme industriali. Per realizzare il sistema è stato effettuato uno studio sugli standard e sulle norme in uso. In seguito, lo sviluppo della scheda di controllo ha permesso di sviluppare una scheda. Lo sviluppo del dimmer mi ha permesso ad analizzare e scoprire diversi metodi per la regolazione dell intensità luminosa oltre che a confrontarmi con la problematica della dissipazione del calore. Ho appreso inoltre diversi metodi per il pilotaggio dei motori elettrici e metodi per la conversione del tipo di protocollo dati. Questo progetto mi ha permesso di migliorare anche sul piano dell organizzazione del lavoro. 10

3 Amos Bonini Alessandro Robertini Recupero energetico mediante effetto Seebeck Il progetto presenta un analisi teorica dell effetto Seebeck, uno studio sulla generazione di energia termoelettrica e sui generatori termoelettrici (TEG). Sono riportate delle misurazioni effettuate su celle di Peltier tramite un sistema di misura appositamente sviluppato. È infine presente uno studio di alcuni convertitori adatti al recupero e al condizionamento dell energia generata da un generatore termoelettrico per basse potenze, comprendente delle simulazioni e delle misurazioni su un prototipo realizzato. Come futura applicazione, vi è un orientamento particolare verso il recupero energetico da circuiti elettronici che dissipano sotto forma di calore una porzione importante della potenza consumata, allo scopo di diminuirne la stessa. Studiare la possibilità di recuperare l energia calorica dissipata nell ambiente, mediante effetto Seeback con celle di Peltier. Caratterizzare alcune celle di Peltier. Sviluppare un prototipo del sistema di recupero energetico e caratterizzarlo. Da questo progetto è risultato che il recupero di energia da TEG è sicuramente un tema interessante, soprattutto pensando alla sensibilizzazione nel consumo energetico sempre più marcata negli ultimi anni. Si è visto, sia dal lato teorico che in pratica, che l applicazione di recupero di energia dai circuiti elettronici può ricoprire un certo interesse solamente se le differenze di temperatura in gioco sono di una certa rilevanza (indicativamente dai 70 gradi Celsius in su). Uno sviluppo della tecnologia (materiali con figura di merito zt più elevata) accrescerebbe le potenzialità di questo tipo di recupero energetico. Allo scopo di provvedere alimentazioni autonome per sistemi Low Power o Ultra-low Power l impiego di TEG è senz altro molto interessante, grazie pure all esistenza di appositi convertitori. 11

4 Raoul Erbetta Andrea Salvadé Sistema di acquisizione dati a basso consumo In questo progetto di diploma è stato sviluppato un sistema per l acquisizione e la trasmissione di dati tramite protocollo Bluetooth a basso consumo, utilizzando l energia solare come fonte di alimentazione. È stata creata una scheda di acquisizione dati dai sensori di movimento alimentata da una batteria che permette lo stoccaggio dell energia solare. Inoltre è stato sviluppato un software per l acquisizione, l immagazzinamento e la trasmissione dei dati dal dispositivo Bluetooth. È stato infine creata un applicazione per Android che permetta di visualizzare i dati su dispositivo portatile. Studiare e realizzare un elettronica low power in grado di acquisire i dati dal sensore e di elaborarli. Studiare e realizzare la sezione di interfaccia senza fili schedadispositivo mobile utilizzando Bluetooth 4.0. Studiare e realizzare la sezione energy harvesting da un pannello fotovoltaico e il relativo stoccaggio dell energia in una batteria al litio. Realizzare un applicativo software in grado di visualizzare e stoccare i dati raccolti dalla scheda. Realizzare un applicazione Android in grado di visualizzare e salvare i dati raccolti dalla scheda. Questo progetto di diploma ha previsto la progettazione e lo sviluppo di un sistema per l acquisizione dati tramite dispositivo Bluetooth 4.0 e una parte di energy harvasting per lo stoccaggio di energia da pannello fotovoltaico. Per poter sviluppare un sistema del genere occorre effettuare uno studio particolare in quanto è necessario costruire un dispositivo a basso consumo; si deve infatti prestare attenzione alla scelta dei componenti e a come l energia va gestita. È stato sviluppato il design della scheda in modo da gestire al meglio l energia a disposizione nella batteria. Questo lavoro mi ha permesso di apprendere nuovi linguaggi di programmazione quali: BGscript, XML, SQL, App inventor. Inoltre, ho imparato a sviluppare applicazioni per smartphone dotati di sistema Android e di gestire database tramite linguaggio SQL. 12

5 Samuele Giacon Mikael Bianchi Monitoraggio processi di flocculazione Utilizzando il sensore di monitoraggio sarà quindi possibile garantire il dosaggio di flocculante adeguato alla situazione e il controllo continuo della qualità dell acqua trattata. La flocculazione consiste in un processo chimico-fisico che porta le polveri fini in sospensione nell acqua ad unirsi formando dei fiocchi agglomerati di materiale, denominati flocculi. Per ottenere questo risultato è necessario immettere nell acqua una quantità ottimale di una sostanza chimica appropriata detta flocculante. A livello impiantistico, la flocculazione viene sfruttata in trattamenti di purificazione delle acque sia grezze che reflue e in particolar modo quando si intendono eliminare particelle in sospensione difficilmente sedimentabili o filtrabili. Questo lavoro di Bachelor prevede lo sviluppo di un prototipo di sensore in grado di monitorare il processo chimico-fisico di flocculazione mediante algoritmi d immagine, posti in esecuzione in concomitanza all utilizzo di videocamere che filmano in tempo reale campioni d acqua trattata. Partner Anacquaria SA Definire i criteri di valutazione basandosi sulle misure e metodologie adottate nella prassi. Definire i segnali ed il tipo di informazioni utilizzabili da adottare per l elaborazione dei dati. Scegliere la metodologia di misura dell acqua. Scegliere l apparato video appropriato. Definire ed implementare gli algoritmi per l elaborazione dell immagine e per il controllo del flocculante. Costruire un primo prototipo per l acquisizione e l elaborazione delle immagini. Valutare i metodi e i risultati ottenuti con diversi tipi di campioni d acqua. Programmare le periferiche di comunicazione compatibili con il gestore dell intero impianto e testarne il funzionamento su di un impianto reale. Opzionale: Sviluppare un box di misura da usare in cantiere. 13 Il prototipo del sensore di monitoraggio dei processi di flocculazione sviluppato è in grado, sfruttando gli algoritmi di trattamento d immagine sviluppati, di rilevare dal campione d acqua in analisi, la sua relativa limpidità, il numero di flocculi in essa contenuta e la grandezza media degli stessi. Inoltre è stato introdotto un secondo ciclo di misura il quale analizza la velocità di sedimentazione e la quantità del materiale in sospensione nel campione d acqua. Tutti i dati rilevati dal sensore vengono inviati in modo autonomo alla centralina di gestione dell impianto di purificazione attraverso una comunicazione seriale, sopra la quale è stato sviluppato un protocollo dedicato di tipo master-slave. L interfaccia dell applicativo del sensore, con la quale si impostano gli algoritmi sviluppati e se ne valuta il funzionamento, dispone di una visualizzazione video in tempo reale dell analisi in atto e tramite grafici temporali la rappresentazione istorica dei dati precedentemente ricavati.

6 Federico Gorini Bruno Storni Ambiente per la progettazione di sistemi distribuiti intelligenti CANoe, PROCA- Nopen In questo progetto la piattaforma reale flybywire è stata portata in simulazione nell ambiente CANoe al fine di poter simulare nuovi nodi prima di implementarli nelle applicazioni future. Inoltre è stato spiegato il funzionamento del CANoe con un tutorial passo-passo (dall istallazione fino al prodotto finito) in quanto questo progetto fungerà da base didattica per i futuri utilizzi del software. In seguito sono state fornite delle spiegazioni sul generatore automatico di reti CAN ProCANopen e sulla definizione di un EDS. Come ultimo punto sono stati implementati e spiegati dei test eseguibili in ambiente simulato per nodi CANopen con una mappa di memoria al loro interno. Monitor CAN bus per la piattaforma "Fly by Wire" funzionante. Configurazioni CAN su CANoe funzionanti. Test per nodi CAN generati automaticamente con PROCA- Nopen funzionanti. In questo progetto è stato simulato l ambiente fly by wire utilizzando il tool di sviluppo CANoe. Grazie a questo processo è stato creato un tutorial per il suddetto programma e la programmazione in linguaggio CAPL. È stato stilato un tutorial per la generazione di reti CAN in modo automatico per il tramite di ProCANopen. Infine è stata creata una serie completa di test per tutti i protocolli di comunicazione SDO e per le funzioni vitali base del CANopen quali hearrtbeat e ricezione degli NMT. Da questo studio è risultato che, nonostante il programma abbia ottime potenzialità, sono presenti numerosi bug e l interfaccia non è per niente intuitiva. Il problema principale è che l help CAPL fornito dal produttore presenta degli errori negli esempi e nelle spiegazioni dei parametri necessari al funzionamento di alcune funzioni inte- grate. A questo proposito si consiglia, qualora si riscontri un errore inspiegabile in fase di programmazione, di fare riferimento alla direttiva generale dello standard Cia301 per implementare le corrette trame da inviare sul CAN bus. Infatti i nodi generati automaticamente dal ProCANopen, al contrario delle funzioni CAPL, rispondono perfettamente ai comandi CANopen. 14

7 Simone Loria Matteo Lanini Sistema Caratterizzazione Antenne Il progetto ha come obiettivo la realizzazione di un sistema di misura per la caratterizzazione del diagramma d antenna. Il sistema deve poter operare all esterno di camere anecoiche. È quindi stato studiato il sistema dal punto di vista teorico, andando a osservare gli errori che vengono introdotti durante la misura. Il progetto si è diviso in una parte di studio e simulazione iniziale, e una parte di design del prototipo, realizzazione e di verifica. Studio dei fattori che occorrono al dimensionamento di un sistema di misura d antenna. Analisi dei materiali e della struttura ottimale senza tralasciare la possibilità di ulteriori sviluppi futuri. Identificazione delle tecniche di rotazione delle antenne per l acquisizione dei dati. Realizzazione del prodotto finito a partire dalle analisi svolte. Dopo un analisi teorica delle problematiche che intercorrono nell effettuare misure su antenne e nel realizzare il sistema stesso, si è passati alla concezione del design meccanico e alla sua realizzazione. Il sistema è costituito da un antenna sorgente fissa e dall antenna UT montata sul palo ruotante su un asse di 360 (variazione di φ). Il prototipo è destinato alla misurazione del pattern d antenna bidimensionali (2D). Il sistema di rotazione è comandato mediante software che contemporaneamente alla rotazione gestisce l acquisizione dei dati dal Vector Network Analyzer (VNA) tramite i quali verrà poi elaborato e ricostruito il diagramma d antenna. La sperimentazione ha prodotto un sistema di misura completo. La soluzione trovata permette quindi la misura e l acquisizione dei dati per diagrammi d antenna in due dimensioni. Il prodotto è stato concepito per eventuali sviluppi futuri (pattern 3D). 15

8 Davor Mamic Diego Barrettino Partner Bry Air Prokon Wireless Interface for a High-Precision Polymer Moisture Sensor Il contenuto di umidità nei polimeri determina le proprietà meccaniche della struttura realizzata con questi polimeri. Pertanto, la misurazione di concentrazioni molto basse di umidità nei polimeri è molto importante in quanto ha un impatto cruciale sulle proprietà meccaniche e sul costo finale del prodotto. Nei polimeri, per misurare concentrazioni di umidità molto basse è stato sviluppato un sensore capacitivo di umidità con una precisione di 20 ff, che equivale a 0,0005% di umidità. L'obiettivo di questo progetto è lo sviluppo di un'interfaccia wireless per i sensori di umidità. Per raccogliere i dati l'operatore simplicemente cammina nella struttura produttiva con un ipad dove centinaia di essiccatoi industriali per polimeri con sensori di umidità lavorano in parallelo. Eseguire una ricerca teorica. Implementare un interfaccia wireless da aggiungere alla scheda del sensore di umidità. Sviluppare un applicazione ipad per visualizzare i dati sul display utilizzando C orientato ad oggetti. Sviluppare l hardware e il software per misurare la temperatura con una PT100 con precisione 0.1 C. Documentazione dei risultati. Questo progetto di diploma ha previsto la progettazione e lo sviluppo di un interfaccia wireless per un sensore di umidità. Inoltre è stata sviluppata un interfaccia grafica per ios ed è stato progettato un circuito di misura di temperatura con una risoluzione di 0.1 C. Sono state create due versioni del circuito finale: una con il flyport integrato (modulo WiFi), e una con il modulo WiFi collegabile alla scheda in modo che si decidesse di cambiare il modulo, non sarà necessario rifare tutto l hardware. 16

9 Zeno Maspoli Paolo Ceppi Sensor Fusion - Footbalino Questo progetto è il primo passo verso la realizzazione di un footbalino automatizzato contro il quale sarà possibile giocare. È stato sviluppato un sistema di misura con sensori ottici che usa due encoder. Il sistema permette di tracciare con precisione il movimento dei giocatori fornendo la loro posizione rispetto alla larghezza del campo e la loro inclinazione. Le informazioni fornite dai sensori vengono lette, formattate e ritrasmesse ad un calcolatore centrale da un microcontrollore ARM-Cortex nel pratico formato offerto da mbed.org. Il supporto meccanico realizzato permette di montare anche una scheda elettronica con sensori inerziali integrati. Gli accelerometri e i giroscopi forniscono i valori delle accelerazioni rilevate durante il movimento dei giocatori. Le misure del sistema inerziale potranno venir confrontate con quelle del sistema ottico. Verificare le possibilità offerte dai sensori integrati del sistema inerziale inemo per l applicazione prevista e controllarne sperimentalmente le prestazioni. Disporre di un sistema di misura per caratterizzare i movimenti dei giocatori durante una partita tipo (accelerazioni, velocità, posizioni). Redigere un primo catalogo di specifiche per il seguito del progetto basato sulle misure effettuate. Per il montaggio del sistema inerziale inemo e dei sensori ottici è stata ideata una struttura meccanica basata su guide di carrelli di stampanti a getto d inchiostro. La scelta di questo tipo di supporto ha comportato poche incognite e in effetti ha permesso di acquisire misure precise e ripetibili. Durante lo svolgimento del progetto sono state prese in considerazione numerose altre soluzioni che, ora che si dispone di un metodo di misura affidabile di riferimento, possono essere riprese, in particolare per ridurre gli ingombri. Prima di arrivare a realizzare il footbalino automatizzato bisognerà però affrontare altre grandi sfide, come per esempio la localizzazione della pallina, il movimento automatizzato dei giocatori e il controllo del sistema completo. 17

10