SMART WINDOW LA VENEZIANA INTELLIGENTE

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1 SMART WINDOW LA VENEZIANA INTELLIGENTE Prgett realizzat da: Anis Arfaui Eduard Gallina Riccard Gatteri IIS B. CASTELLI 2014/

2 1 1. INTRODUZIONE INDICE 1) DOMOTICA Cs è? Vantaggi Svantaggi Aree di utilizz 2) MOTIVAZIONE SCELTA DEL PROGETTO 3) WHY WE CHOSE THIS PROJECT? 2. SCHEMA A BLOCCHI 1) RAPPRESENTAZIONE 2) SPIEGAZIONE SINGOLO BLOCCO Arduin Mtre crrente cntinua Servmtre Cntrll mtre cn arduin e L293D Sensri Visualizzazine (Display LCD) 3. FUNZIONAMENTO 1) SPIEGAZIONE HARDWARE 2) SPIEGAZIONE SOFTWARE

3 2 1. INTRODUZIONE 1) DOMOTICA Cs è? La dmtica è la scienza interdisciplinare che si ccupa dell studi delle tecnlgie atte a miglirare la qualità della vita nella casa. Quest area richiede l apprt di mlte tecnlgie e prfessinalità. L biettiv della dmtica è il ttale cntrll di servizi e apparecchiature e la realizzazine di nuve perazini altrettant cmplesse. Vantaggi Versatilità: È pssibile disprre i dispsitivi di cmand in zne nn cnsentite dagli impianti tradizinali. Sicurezza: La riduzine della sezine del cablaggi cmprta una cnseguente riduzine del caric infiammabile, rendend csì l'inter sistema più sicur. Adattabilità: Un impiant dmtic è adatt a qualunque cstruzine, che sia nuva vecchia, ed è inltre pssibile utilizzare il cablaggi esistente mdificandl e integrandl. Cntrll remt: È pssibile gestire l'impiant dmtic a distanza. Flessibilità: L'impiant è cstruit in md tale da funzinare cmunque nnstante ci sia un guast in un dei dispsitivi. Ciò dipende dal fatt che il sistema è cstruit attravers cnnessini lgiche. Risparmi energetic: Le autmazini cnsentn diversi mdi per risparmiare energia gestend l'efficienza dei dispsitivi che cmpngn l'impiant. Ogni settre può essere tranquillamente disattivat prgrammat (ad esempi per fasce rarie) per l'accensine l spegniment. Inltre, se è presente anche un impiant di prduzine di energia, quale ftvltaic, getermic altr, la Dmtica può mnitrarne l'efficienza e segnalarne qualunque anmalia. Svantaggi Csti: I dispsitivi dmtici sn naturalmente più alti rispett a quelli dei dispsitivi tradizinali. Però, la multifunzinalità di alcuni dispsitivi, insieme alla riduzine del cablaggi, annulland in qualche md la differenza. Inltre, partend dal presuppst che l'impiant dmtic presenta vantaggi anche nell'ambit della gestine energia, è prbabile che, nnstante il cst più elevat, l'impiant stess permetta pi di guadagnare in qualche md. Specializzazine addetti: Per quant la Dmtica sia in rapida espansine, è cmunque ver che mlti tecnici tra installatri e prgettisti nn cnscn l'ambit della hme autmatin. Disinfrmazine: Ancra nn esiste una cultura dmtica radicata nell'pinine pubblica. Pertant, il prgettista installatre dmtic deve mettere davanti al cliente i vantaggi e gli svantaggi del sistema, svlgend un'azine educativa e spess persuasiva. Aree di utilizz Gestine dell ambiente Il cntrll dell'ambiente viene autmatizzat grazie alla presenza di un sistema di sensri e attuatri, quest permette la termreglazine dei singli lcali abitativi in funzine dei cambiamenti ambientali cn in più una cstante verifica dei cnsumi energetici

4 3 Gestine degli apparecchi Il settre degli apparecchi dmestici è quell in maggir crescita, grazie al miglirament delle prestazine dvut all intrduzine di cmpnenti elettrnici di ultima generazine. Tutt ciò permette la telegestine e la telediagnstica manutentiva di gni singl apparecchi. Cmunicazine e infrmazine Un gateway frnisce una cnnessine a banda larga per permettere l access ad internet alle apparecchiature dmtiche per la trasmissine dei dati e per il cntrll remt (DSL, fibra ttica). Sicurezza In quest'ultima categria rientran funzini particlarmente richieste dall'utenza. La sicurezza si cmpne di security, vver sicurezza cntr intrusini nn autrizzate rapine, e di safety, vver sicurezza glbale della casa cntr fughe di gas, incendi, allagamenti altri eventi dannsi. Degli esempi pssn essere la gestine degli accessi, prtezine antifurt e antincendi, videcntrll, telesccrs e teleassistenza.

5 4 2) MOTIVAZIONE SCELTA PROGETTO UTILITA'NEL QUOTIIDIANO VERSATILITA' ATTITUDINI PERSONALI SMART WINDOW Si è decis di realizzare la veneziana intelligente per tre mtivi: VERSATILITA Il prgett realizzat può essere definit versatile in quant è applicabile in diversi campi. Il principi di funzinament della veneziana intelligente infatti può essere usat per altri dispsitivi cme cancelli autmatici serrande. UTILITA NEL QUOTIDIANO La smart windw è utile perché facilita la vita qutidiana limitand gli sfrzi fisici e perdite di temp. Quest prgett ricalca pienamente le innvazini nell ambit della dmtica. ATTITUDINI PERSONALI Un altr mtiv per cui si è decis di prgettare la veneziana intelligente è perché è adatt a ni e alle nstre capacità. Si è decis dunque di realizzare la smart windw in quant sicuri di pter presentare un lavr funzinante, essend in grad di scriverne il sftware, di mntare la parte hardware e di spiegarl.

6 5 3) WHY WE CHOSE THIS PROJECT This year fr the state exam we had t t present a prject. Cnsidering the skills we have develped ver the secndary schl years, we chse a prject we knew we wuld be able t make n ur wn. It was imprtant t chse a makeable prject because we wuld have t explain t ur teachers hw we had made it. The prject cnsists in a smart windw which ges up and dwn in tw mdes: manual r autmatic. The manual mde cnsists in pressing tw buttns t pen r clse it; the autmatic mde instead measures the light level and wrks accrding t it. We chse Arduin as the micrprcessr because it is easy t use and we had already used it. The smart windw is versatile because its prgram can cntrl ther things like gates r shutters. In additin, we can mdify the functin f the circuit changing the prgram written n the micrprcessr Arduin. This means that we can add new functins giving instructin t the micrprcessr, like making a dide flash when the mtr is running. We chse this prject als because the smart windw can be useful in ur lives; as a matter f fact pressing a buttn t raise the windws is mre cnvenient than ding it manually.

7 ALIMENTAZIONE 6 2. SCHEMA A BLOCCHI ARDUINO MOTORE L293 PROTEZIONE SENSORI VISUALIZZAZIONE 1) ARDUINO Per la realizzazine del circuit è stat utilizzat Arduin. Arduin è una scheda elettrnica di piccle dimensini cn un micrcntrllre e circuiteria di cntrn, utile per creare rapidamente prttipi e per scpi hbbistici e didattici. Cn Arduin si pssn realizzare in maniera relativamente rapida e semplice piccli dispsitivi cme cntrllri di luci, di velcità per mtri, sensri di luce, temperatura e umidità e mlti altri prgetti che utilizzan sensri, attuatri e cmunicazine cn altri dispsitivi. È frnit di un semplice ambiente di svilupp integrat per la prgrammazine. Tutt il sftware a crred è liber, e gli schemi circuitali sn distribuiti cme hardware liber. Arduin cmprende una piattafrma hardware, quest si basa su un circuit stampat che integra un micrcntrllre cn pin cnnessi alle prte I/O, un reglatre di tensine e quand necessari un'interfaccia USB che permette la cmunicazine cn il cmputer. A quest hardware viene affiancat un ambiente di svilupp integrat (IDE) multipiattafrma (per Linux, Apple Macintsh e Windws). Quest sftware permette anche ai nvizi di scrivere prgrammi cn un linguaggi semplice e intuitiv derivat da C e C++ chiamat Wiring, liberamente scaricabile e mdificabile. I prgrammi in Arduin vengn chiamati sketch. La piattafrma hardware Arduin è spess distribuita agli hbbisti in versine pre-assemblata, acquistabile in internet in negzi specializzati.

8 7 La particlarità del prgett è che le infrmazini sull'hardware, e sprattutt i prgetti, sn dispnibili per chiunque: si tratta quindi di un hardware pen surce. Questa pssibilità ha cnsentit l svilupp di prdtti Arduin cmpatibili da parte di piccle e medie aziende in tutt il mnd: è quindi divenut pssibile scegliere tra un'enrme quantità di schede Arduincmpatibili. Ciò che accmuna questi prdtti inerenti elettrnica sperimentale e svilupp è il cdice srgente per l'ambiente di svilupp integrat e la libreria residente che sn resi dispnibili, e cncessi in us, secnd i termini legali di una licenza libera. Grazie alla base sftware cmune ideata dai creatri del prgett, per la cmunità Arduin è stat pssibile sviluppare prgrammi per cnnettere, a quest hardware, più men qualsiasi ggett elettrnic, cmputer, sensri, display attuatri. Dp anni di sperimentazine, è ggi pssibile fruire di un database di infrmazini vastissim. I pregi principali di quest sistema sn: L ecnmicità dell hardware e la gratuità del sftware, scaricabile dal sit web di Arduin La scheda cntiene già tutt ciò che serve per un utilizz di base. La semplicità di cllegament alla scheda, sia vers il cmputer (USB) sia vers gli altri circuiti elettrnici (mediante pin messi a dispsizine sulla scheda). La relativa semplicità della prgrammazine in C, che nn richiede quindi la cnscenza del linguaggi assembler del micrcntrllre. La grande dispnibilità sul web di prgrammi (detti sketch), per svlgere le più svariate funzini, di prgetti interamente sviluppati. La dispnibilità di varie librerie di funzini che semplifican il piltaggi di display LCD, mtri, trasduttri, servmtri, ecc. La dispnibilità di schede aggiuntive (dette shield), realizzate da vari prduttri, per interfacciare la scheda Arduin a mtri, a carichi di ptenza, a trasmettitri wireless, alla rete internet, ecc. Dal punt di vista funzinale la scheda Arduin presenta: La presa USB per il cllegament al cmputer, durante la prgrammazine e la messa a punt del sftware. La presa per l alimentazine (7-12 V), per il funzinament autnm (stand-alne) una vlta che la scheda viene scllegata dal cmputer e inserita nel circuit a cui è destinata; un reglatre di tensine all intern prduce la 5 V stabilizzata necessaria ai vari integrati. Ingressi digitali (a livelli TTL) individuati, mediante pprtuna prgrammazine, tra i 14 pin digital. Ingressi analgici (analg in): le tensini presenti su questi sei ingressi sn acquisite e cnvertite in digitale (a 10 bit) mediante pprtune istruzini. Uscite digitali individuate, mediante pprtuna prgrammazine, tra i 14 pin digital. Uscite PWM (Pulse Width Mdulatin): alcuni dei pin digital (3, 5, 6, 9, 10, 11), se definiti cme uscite, pssn prdurre segnali PWM mediante pprtune istruzini, per il cntrll di alcuni attuatri cme mtri, lampade, riscaldatri, servmtri, ecc. La mdulazine a larghezza d impuls (PWM) mdifica il duty-cycle di un nda rettanglare (dall 0% al 100%) in base al valre della grandezza mdulante (in quest cas un numer cmpres tra 0 e 255). L infrmazine cntenuta in un segnale PWM è di tip analgic, per quest l istruzine che impsta il segnale su un dei pin dedicati è analgwrite, nnstante tali pin sian tra quelli definiti digital.

9 Qua di seguit vengn rappresentati i principali cllegamenti di Arduin: 8

10 9 2) MOTORE Prima di iniziare a descrivere il funzinament dei mtri in crrente cntinua è necessari descrivere i principi fisici utili per cmprendere quest argment. Legge di Lenz Se in un circuit il fluss cncatenat varia nel temp si genera una tensine Legge di Bit-Savart Un cnduttre percrs in intensità i genera un camp magnetic di intensità B Legge di Faraday Una carica q in mt cn velcità v e immersa in un camp magnetic di intensità B è sttpsta ad una frza F= qv Λ B Un cnduttre di lunghezza l percrs da crrente i e immers In un camp magnetic di intensità B è sttpst ad una frza ad una frza F= li Λ B

11 10 INTRODUZIONE Dp aver fatt dei piccli cenni di fisica generale è pssibile iniziare a descrivere i mtri a crrente cntinua. La macchina a crrente cntinua trasfrma energia elettrica stt frma di crrente cntinua, in energia meccanica viceversa. Essa ha la struttura di una macchina rtante ed è cmpsta da un statre estern fiss e da un rtre che ruta all intern dell statre. statre a magnete permanente statre alimentat Questa tiplgia di mtri può avere due diversi mdelli di statre, si distingun infatti gli statri a magneti permanenti e gli statri alimentati. Entrambi hann cme scp fndamentale quell di creare attrn a sé un camp magnetic cstante. Cs è un camp magnetic? Un camp magnetic è un camp vettriale slenidale generat nell spazi dal mt di una carica elettrica da un camp elettric variabile nel temp. Cn il prim tip di statre, vver quell a magneti permanenti il valre del camp magnetic che si andrà a generare nn è mdificabile in alcun md in quant sn esclusivamente i due magneti presenti a creare il camp magnetic stess. La secnda tiplgia è differente dalla prima, anch essa dev essere alimentata cn una crrente cntinua per fare in md che si crei cmunque un camp magnetic cstante, però in quest cas è pssibile reglare il camp magnetic stess che viene a crearsi (il circuit statric deve essere avvlt tra su blcchi di materiale ferrmagnetic). I valri del camp magnetic pssn essere mdificati regland la tensine ai capi del circuit statric. La macchina è reversibile, ciè la stessa macchina può funzinare indifferentemente nei due sensi di trasfrmazine energetica: quand trasfrma energia elettrica in meccanica assume il nme di mtre, mentre quand trasfrma energia meccanica in elettrica è detta dinam. Nel funzinament cme mtre si frnisce una ptenza elettrica ai mrsetti della macchina, mentre dall alber si preleva una ptenza meccanica. Per quant riguarda la dinam l alber viene mantenut in rtazine da un mtre prim (cme un diesel una turbina) che frnisce la ptenza meccanica, mentre dai mrsetti della macchina si preleva ptenza meccanica.

12 11 Attravers le spazzle A e B il circuit viene percrs da due crrenti circa uguali in mdul (determinan la crrente cmplessiva di armatura). Il rtre è un cilindr di materiale ferrmagnetic laminat e sagmat in md tale da pter presentare una serie di cave dispste assialmente, all intern di queste cave sn cllcati avvlgimenti che prendn il nme di armature e vengn cllegate in serie l una cn l altra tramite l us di un dispsitiv dett cllettre. Il tutt funzina grazie al camp magnetic di eccitazine che si cncatena cn quell di armatura prducend una cppia che muve il rtre. Grazie alla figura prpsta di seguit, è pssibile ntare i cllegamenti degli avvlgimenti di rtre e l azinament delle spazzle e del cllettre.

13 12 Qui di seguit si è vlut prprre una spiegazine del funzinament dei mtri a cllettre in crrente cntinua utilizzand una schema a blcchi. La prima csa che si nta è che c è la presenza di una retrazine negativa interna al mtre, cui utilità è quella di stabilizzare la velcità del mtre. Quest semplifica ntevlmente il prgett di un sistema di cntrll di velcità. CIRCUITO MAGNETICO DELLA MACCHINA A C.C. Nella macchina a crrente cntinua il camp magnetic è generat dall statre. I pli sn cstituiti da magneti permanenti, che mlte vlte viene abbreviat cn PM (dall inglese permanent magnet ), nelle macchine di minr ptenza, ppure dai nuclei in ferr eccitati da appsite bbine di camp nelle macchine di ptenza maggire. PARTI CHE COMPONGONO UN MOTORE IN C.C. A MAGNETI PERMANENTI Rtre Magnete Spazzla Scud flangia Cuscinett Alber Cllettre Prtaspazzla Saldatura tra i capi delle bbine e la lamella del cllettre Avvlgiment Lamierini di rtre Bbina appartenente dell avvlgiment Crna di statre Tutti i cnduttri sn cllegati tra lr in serie in md da frmare un circuit chius. Sulla superficie cilindrica esterna del cllettre sn appggiate le due spazzle fisse sull statre che hann il cmpit di prtare all estern la tensine generata nell avvlgiment. Il cntatt tra il cllettre e le spazzle è strisciante ed è sede di ntevli sllecitazini sia meccaniche che elettriche, a causa della elevata velcità relativa e del cntemprane passaggi di crrente tra le due superfici.

14 13 Il cntatt spazzla-cllettre è quindi un area mlt critica nelle macchine a crrente cntinua e dev essere curat cn particlare attenzine CALCOLO DELLA TENSIONE GENERATA E COSTANTE DI TENSIONE La tensine generata da un singl cnduttre vale, cme già si sa: e = B l v La velcità periferica v del rtre data dal prdtt: v = w r Dve w è la velcità anglare in rad/s ed è r è il raggi del rtre in metri. La tensine generata in un singl cnduttre risulta dunque espressa dalla frmula e = B l r w La tensine ttale ai capi delle spazzle è ttenuta cme smma dei cntributi della metà dei cnduttri attivi in parallel all atra metà. Piché le tensini nei diversi cnduttri attivi nn sn esattamente uguali tra lr e nei cnduttri in zna neutra sn addirittura nulle, dbbiam utilizzare un valre medi della tensine di cnduttre, indicata cn em, generata da un valre medi di induzine al traferr che si indica cn Bm. La tensine generata risulta direttamente prprzinale al fluss di macchina e al numer di spire, che sn cstanti cstruttive della dinam, e inltre è prprzinale alla velcità anglare del rtre, variabile a secnda delle necessità. Le cstanti cstruttive della dinam vengn raggruppate in un unic fattre Ke, dett cstante di tensine: Ke = N Bm l r Di cnseguenza la tensine E è misurata in V e w è misruata in rad/s, la cstante di tensine risulta espressa in Wb rad N.B. La cstante di tensine è un parametr fndamentale della macchina a c.c. legat al valre di fluss. Nelle macchine a magneti permanenti il fluss è effettivamente cstante. La dinam equivale a un generatre reale avente tensine a vut pari a E e resistenza pari a R. La caratteristica crrente-tensine della dinam assume il nme di caratteristica esterna. Tant la tensine a vut quant la crrente di crtcircuit Icc = Ke w sn direttamente prprzinali a w. COPPIA RESISTENTE E COSTANTE DI COPPIA La crrente I ergata dalla dinam si suddivide nei due rami in parallel dall avvlgiment rtric, ciascun dei quali viene csi percrs da I 2. Piché i cnduttri percrsi da questa crrente sn immersi in un camp magnetic, vengn sttpsti ciascun a frza elementare f, che per la regla della man sinistra risulta tangenziale al rtre e ppsta al sens di rtazine. R

15 14 Il valre medi della frza elementare vale: fm = Bm l I 2 Il cntribut di tutti i cnduttri prduce la cppia cmplessiva: C = N Bm l r I E si ha Bm che è l induzine media, l la lunghezza ed r il raggi del rtre espressi in metri, mentre C è misurata in N x m. La cppia, prprzinale alla crrente e diretta in sens ppst a w frena il rtre. Il prdtt Ke per la crrente ergata è pari alla cppia da applicare all alber della dinam per tenerla in rtazine a velcità cstante stt caric (Ke misurata in N x m/a). Quand la cstante Ke viene utilizzata per il calcl della cppia, viene detta cstante di cppia e viene indicata cn Kt, quindi: C = Kt I FUNZIONAMENTO A VUOTO DELLA MACCHINA A CORRENTE CONTINUA COME MOTORE La macchina è ferma e nn genera alcuna tensine al prpri intern una crrente nel su avvlgiment la quale vale: Is = V, dve R è la resistenza dell avvlgiment e la Is è detta crrente di spunt R Cme già si sa la crrente e il camp magnetic generan una cppia che all spunt risulta pari a Cs = Kt Is Per effett di questa cppia il rtre viene sttpst ad una accelerazine ed entra in rtazine cn velcità crescente. L avvlgiment presente all intern del mtre si muve a causa della presenza del camp magnetic in md tale da generare la tensine E, la quale sarà direttamente prprzinale alla velcità w. Il sens di rtazine è sempre tale da prdurre una tensine E che si ppne alla tensine V. Quand il rtre raggiunge una certa velcità anglare w la crrente che entra nella macchina sarà pari a I = V K w R

16 15 Osservand la seguente frmula si può affermare che la crrente I è più piccla della crrente Is, ma nnstante ciò è ancra sufficiente a frnire una cppia che accelera ulterirmente il rtre. Se la macchina funzina a vut, vver che nn è applicata alcuna cppia frenante, l accelerazine prsegue fin a raggiungere una velcità elevata a sufficienza perché la tensine E assuma un valre pari a V. Quindi, pnend E = Ke w 0 = V, si può ricavare: w 0 = V Ke E stat csì intrdtt il funzinament della macchina a crrente cntinua cme mtre. Il funzinament del mtre è esattamente invers a quell della dinam essend la stessa macchina in esame reversibile. Si cnsideran dunque tre cndizini: Funzinament all spunt Il mtre è ferm e gli viene applicata una tensine. Funzinament in transitri Durante la fase di accelerazine Funzinament a vut Quand il mtre raggiunge la velcità w 0 e cppia ed accelerazine si annullan. FUNZIONAMENTO SOTTO CARICO E CARATTERISTICA ESTERNA Se si cnsidera la macchina elettrica funzinante a vut, la macchina ruta cn cppia e crrente nulla (nn c è scambi di ptenze tra macchina e l estern). Se viene applicata una cppia frenante chiamata C L il rtre subisce un rallentament, dunque la tensine E si riduce e circla una crrente I = V E che genera una cppia mtrice C, la quale si ppne a R C L. Il mtre si stabilizza a quella velcità che gli permette di generare una cppia mtrice esattamente uguale e ppsta a C L. Per permettere che la cppia mtrice sia pari alla cppia frenante dev essere presente una crrente pari a I = C L K T. La velcità crrispndente sarà dunque uguale a w = w 0 R K T 2 dve R K T 2 è una cstante cstruttiva della macchina che prende il nme di cstante del mtre e viene indicata cn H. Se H è trpp alt è necessari utilizzare valri più elevati di induzine (magneti permanenti di miglir qualità ppure scegliere un mtre di maggiri dimensini) perché altrimenti viene prdtta una elevata perdita di velcità all aumentare della cppia resistente. RENDIMENTO DEL MOTORE A CORRENTE CONTINUA A MAGNETI PERMANENTI Cme già si sa la frmula del rendiment è: ɳ = P u P i Sapend che P i è pari a VI e che R V è uguale a 1 I s si ttiene ɳ = (1 - I I s ) (1 - I 0 I )

17 16 Attravers l analisi matematica si ricava che il valre massim del rendiment è ttenut per quel valre di crrente indicat cn I ɳM. Sstanzialmente è la media tra la crrente a vut e quella di crtcircuit. I ɳM = I 0 I s CORRENTE E COPPIA NOMINALE Anche per il mtre in crrente cntinua il fattre che limita le prestazini è la temperatura: a quest prpsit valgn le stesse cnsiderazini riguard le classi di islament, la svratemperatura T, la resistenza termica K e le perdite ttali. Cme nella dinam, la crrente nminale deve essere limitata a un valre tale da cntenere le perdite cmplessive e la cnseguente svratemperatura entr livelli accettabili. Piché la macchina è caratterizzata da un ben precis valre di cstante di cppia Kt, determinare la crrente nminale equivale a determinare la cppia nminale. C n= 1 2π N Φ I n Le dimensini del circuit magnetic stabiliscn il valre del fluss Φ, mentre l spazi dispnibile per l avvlgiment stabilisce il valre della crrente cncatenata NI n Si cnclude che le dimensini fisiche della macchina determinan il prdtt NI n Φ ciè il valre della cppia nminale C n. VANTAGGI MOTORE CONTINUA Facilità di reglazine (cntrll in tensine di armatura in tensine del circuit di eccitazine). Il mdell matematic del mtre a crrente cntinua è mlt semplice: lineare temp invariante SVANTAGGI MOTORE CONTINUA Perdite elettriche per cadute di tensine nel cntatt spazzla-cllettre Perdite meccaniche dvute ad attrit durante la cmmutazine Prduzine di scintille di cmmutazine (dvuta all autinduzine)

18 17 3) SERVOMOTORE Cs è un servmtre? Il servmtre è un particlare tip di mtre (può essere elettric, pneumatic, idraulic) generalmente di piccla ptenza, le cui cndizini perative, a differenza dei mtri tradizinali, sn sggette ad ampie e spess repentine variazini sia nel camp della velcità che della cppia mtrice, alle quali si deve adattare cn la massima rapidità e precisine. Da un servmtre elettric è generalmente richiesta bassa inerzia, elevata linearità tensine/velcità e crrente/cppia, rtazine ( traslazine) unifrme cn bassa scillazine di cppia anglare ( frza) senza psizini preferenziali e capacità di spprtare picchi impulsivi di ptenza. I servmtri trvan applicazine nei cntrlli di psizine, sistemi autmatici di reglazine e nelle periferiche di sistema, cme stampanti e pltter. Nella rbtica per gli azinamenti, sn mlt utilizzati i servmtri. Di slit questi si presentan cme piccli cntenitri di materiale plastic da cui furiesce un pern in grad di rutare in un angl cmpres tra 0 e 180 mantenend stabilmente la psizine raggiunta. Per ttenere la rtazine del pern è utilizzat un mtre a crrente cntinua e un meccanism di demltiplica che cnsente di aumentare la cppia in fase di rtazine. La rtazine del mtre è effettuata tramite un circuit di cntrll intern in grad di rilevare l'angl di rtazine raggiunt dal pern tramite un ptenzimetr resistiv e blccare il mtre sul punt desiderat. Cme si usa un servmtre? I Servmtri sn cncepiti per essere piltati nel md più semplice pssibile, eseguend la mvimentazine senza l'ausili di circuiterie trpp cmplesse l'us di sistemi a micrprcessre. Un servmtre dispne slitamente di sli tre fili attestati ad un cnnettre femmina per pin strip a pass 2.54mm.

19 18 Due di questi fili sn riservati all'alimentazine in crrente cntinua. Il psitiv è di clre rss, il negativ di clre ner, il terz fil, nrmalmente di clre bianc, è riservat per il cntrll del psizinament. Tramite il fil del cntrll è necessari applicare un segnale impulsiv PWM (Pulse Wave Mdulatin) le cui caratteristiche sn "quasi" univche per qualsiasi servmtre dispnibile in cmmerci. Per essere sicuri di riuscire a piltare qualsiasi servmtre il nstr circuit di piltaggi dvrà essere in grad di trasmettere al servmtre circa 50 impulsi psitivi al secnd (un gni 20 ms) di durata variabile, in un intervall massim cmpres tra 0.25ms e 2.75ms. Generalmente cn un impuls di durata pari a 1.5ms il pern del servmtre si pne esattamente al centr del su intervall di rtazine. Da quest punt, il pern può rutare in sens antirari se l'impuls frnit ha una durata inferire a 1.5ms e in sens rari se l'impuls frnit ha durata superire a 1.5ms. Il rapprt esatt tra la rtazine del pern e la larghezza dell'impuls frnit può variare tra i vari mdelli di servmtre. Il mtre e il ptenzimetr sn cllegati al circuit di cntrll e l'insieme di questi tre elementi definisce un sistema di feedback ad anell chius. Il circuit e il mtre vengn alimentati da una tensine cntinua stabilizzata, in genere di valre cmpres tra 4,8 V e 6,0 V, anche se mlti mtri sn in grad di accettare input di alimentazine fin a 7,2 V Per far girare il mtre dvete inviare uri segnale digitale al circuit di cntrll. In quest md si attiva il mtre che, attravers una serie di ingranaggi, è cllegat al ptenzimetr. La psizine dell'alber dei ptenzimetr indica una misura della psizine dell'alber mtre del serv. Quand il ptenzimetr raggiunge la psizine desiderata, il circuit di cntrll spegne il mtre. È facile dedurre che i servmtri vengn prgettati in genere per effettuare una rtazine parziale piuttst che impstare un mt rtatri cntinu, cme nel cas di un mtre in cntinua pass-pass. Anche se è pssibile cnfigurare un serv R/C perché ruti in md cntinu, l'impieg fndamentale di un serv cnsiste nel raggiungere una psizine accurata dell'alber del mtre, cn mvimenti cmpresi nell'intervall tra 90 e 180'. Anche se quest mviment nn sembra cnsiderevle, può risultare più che sufficiente per manvrare un rbt, per sllevare e abbassare le gambe, per rutare un sensre che deve esaminare ciò che le circnda e mlt altr ancra. La rtazine precisa di un angl da parte di un serv in rispsta a determinati segnali digitali rappresenta una delle funzinalità più sfruttate in tutti i campi della rbtica. Serv e mdulazine PWM L'alber del mtre di un serv R/C viene psizinat utilizzand una tecnica PWM (Pulse Width Mdulatin). In un sistema di quest tip, il serv rispnde alla durata di un segnale definit all'intern di un tren di impulsi a frequenza fissa, simile a quell rappresentat nella Figura. In particlare, il circuit di cntrll rispnde a un segnale digitale i cui impulsi hann una durata variabile da circa 1 ms a circa 2 ms. Questi impulsi vengn trasmessi alla velcità di 50 al secnd. La durata esatta di un impuls, espressa in frazini di millisecnd, stabilisce la psizine del serv.

20 19 Alcuni serv cnsentn di variare la frequenza del segnale PWM, altri invece nn funzinan crrettamente ppure "treman" nel cas in cui gli impulsi vengan inviati a frequenze diverse da 50 al secnd. Per garantire il crrett funzinament di un serv, verificate sempre che ci sian 20 ms tra l'inizi di un impuls e quell successiv. Alla durata di 1 ms, il serv viene cmandat di rutare cmpletamente in una direzine, per esempi in sens antirari; a 2 ms il serv ruta cmpletamente nella direzine ppsta. Di cnseguenza, un impuls di 1,5 ms cmanda il serv in md da psizinarl nella sua psizine centrale, di rips. È già stat dett che la psizine anglare del serv è stabilita dalla larghezza (più precisamente, dalla durata, dell'impuls di cmand. Questa tecnica ha assunt negli anni parecchi nmi. Un dei nmi più diffusi è prbabilmente quell di segnale digitale prprzinale, in quant il mviment del serv è prprzinale al segnale digitale cn il quale viene attivat. L'alimentazine frnita al mtre all'intern del serv è anche prprzinale alla differenza tra la psizine attuale dell'alber e la psizine che deve raggiungere.

21 20 Se il serv deve effettuare un mviment breve per raggiungere la nuva psizine, il mtre viene guidat cn una velcità di rtazine bassa. In quest md si garantisce che il mtre nn superi la psizine desiderata. Al cntrari, se il serv deve effettuare un mviment più accentuat per raggiungere la nuva psizine, il mtre viene piltat alla massima velcità cnsentita, in md da arrivare appena pssibile. Il mtre rallenta quand il serv si avvicina alla psizine finale. Quest prcess in apparenza abbastanza cmpless avviene in un breve intervall di temp; in genere un serv di medie dimensini è in grad di percrrere un angl di 60 in un temp variabile da un quart a mezz secnd. Il rul del ptenzimetr Il ptenzimetr del serv svlge un rul fndamentale che cnsente di stabilire l'istante in cui il mtre ha impstat l'alber nella psizine desiderata. Quest ptenzimetr è fisicamente cllegat all'alber di uscita del mtre; in alcuni serv, l'alber del ptenzimetr cincide cn l'alber stess del mtre. In quest md, la psizine del ptenzimetr cincide precisamente cn quella dell'alber del mtre. Nei serv il ptenzimetr è cnfigurat cme un partitre di tensine e frnisce al circuit di cntrll una tensine che varia in funzine della variazine dell'uscita del serv. Il circuit di cntrll del serv mette in relazine questa tensine cn la temprizzazine degli impulsi digitali di ingress e genera un segnale di errre nel cas in cui debba crreggere la tensine da inviare al mtre. Quest segnale di errre è prprzinale alla differenza rilevata tra la psizine del ptenzimetr e la temprizzazine definita dal segnale in ingress. Per cmpensare questa differenza, il circuit di cntrll applica al mtre un segnale che tiene cnt di quest errre. Quand la tensine del ptenzimetr e la temprizzazine degli impulsi digitali cincidn, il segnale di errre viene annullat e il mtre si ferma. Tipi di cllegament Anche se mlti aspetti dei serv pssn essere cnsiderati standard, esistn mlte differenze tra i prdtti di case diverse per quant riguarda la frma e i cntatti elettrici dei cnvettri impiegati per cllegare il serv a un ricevitre. Nnstante queste differenze, in genere ptete cllegare i serv a un unic cnvettre a tre terminali, da saldare su un circuit stampat ppure da inserire in una breadbard. Se la presenza del cnvettre riginale dvesse rappresentare un prblema, tagliate i fili di cllegament del serv e cllegateli direttamente al circuit di cntrll. Questa sluzine può essere valida cme le altre, anche se rende più difficile l'eventuale sstituzine del serv, se necessaria.

22 21 4) CONTROLLO MOTORI CON ARDUINO E INTEGRATO CON L293D Il mtre in crrente cntinua che è stat utilizzat per la realizzazine del nstr circuit è in grad di invertire il sens di marcia a secnda della plarità dell alimentazine (quest è un principi cmune di tutti i mtri in crrente cntinua che si trvan slitamente nei vari labratri di elettrnica). Per quant riguarda il cmand del mtre stess si pssn utilizzare dei semplici interruttri cme viene dimstrat nella ft successiva Per pter semplificare questi due circuiti in un unic sl cmplessiv, si ptrebber utilizzare quattr interruttri e un mtre in grad di girare in entrambi i sensi per realizzare csi un circuit chiamat a pnte H. Questa mdifica viene anche fatta per evitare il fuse test, il circuit dunque verrà mdificat csi:

23 Si nta che è presente una prta NOT, la quale ha la funzine di negare ed è in grad di garantire che gli ingressi degli interruttri psti sull stess lat abbian sempre e sl valri ppsti. L293D è un degli elementi che cmpngn la scheda di cntrll mtri e che funge da intermediari tra i mtri che devn essere psti in mviment e il micrcntrllre che invia i cmandi necessari. I driver L293 sn cstituiti da 4 mezzi pnti H e sn prgettati per frnire crrente bidirezinale fin a 600mA a tensini tra 4,5V e 36V. E anche prgettat per fare in md che pssa piltare carichi induttivi cme relè mtri in crrente cntinua (dispsitivi ad alta I ad alta V cn alimentazine nn alternata). Quest chip può lavrare tra 0 e 70 e può essere cmpatibile cn la lgica TTL. 22

24 23 5) SENSORI Nel circuit sn stati utilizzati dei sensri ptelettrnici, cme ftdidi, fttransitr, ftresistenze, didi LED e display. SENSORI OPTOELETTRONICI Cn il termine luce si intende cmunemente la radiazine elettrmagnetica di lunghezza d nda tra 0.4 µm e 0.7 µm. Questa è la radiazine cui è sensibile l cchi uman. La lunghezza d'nda è una funzine inversa della frequenza, si ha infatti: λ = c f dve: λ = lunghezza d'nda c = velcità della luce = m/s f = frequenza dell'nda I sensri ptelettrnici permettn di rilevare la presenza di ggetti di qualunque materiale, purchè interrmpan il fluss lumins. I sensri ptelettrnici pssn essere del tip: A diffusine il sensre rispnde a qualunque ggett che riflette la luce. A retrriflessine - Il sensre rispnde sl alla luce riflessa da una ben determinata superfice detta riflettre detta riflettre. A sbarrament Il sensre rispnde a qualunque interruzine del fluss lumins. Gli elementi fndamentali di un sensre ttic sn: La srgente ( emettitre) nelle prime realizzazini era una lampada ad incandescenza, ggi però è sstituit da dispsitivi plicrmatici (a emissine nn cerente) a stat slid. La linea di trasmissine è realizzat cn ftdidi cn ftresistenze, dispsitivi sensibili ad un spettr di frequenze mlt ampi. Il ftrivelatre ( ftricevitre) può essere libera ppure guidata cme nel cas delle fibre ttiche.

25 24 FOTOEMETTITORI Did LED L acrnim LED significa Light Emetting Dide. E cstituit da una giunzine P-N, realizzata cn arseniur di galli cn fsfur di galli, in grad di emettere radiazini luminse quand è attraversata da una crrente dell rdine delle decine di ma. Il funzinament del LED si basa sul fenmen dett "elettrluminescenza", dvut alla emissine di ftni (nella banda del visibile dell infrarss) prdtti dalla ricmbinazine degli elettrni e delle lacune allrché la prdtti dalla ricmbinazine degli elettrni e delle lacune allrché la giunzine è plarizzata in sens dirett. Piché la luce emessa da un LED è direttamente prprzinale alla crrente che l attraversa, tale dispsitiv risulta particlarmente adatt alla trasmissine di segnali analgici tramite mdulazine dell'intensità luminsa. Diversamente dalle cmuni lampade a filament un LED emette luce a bassa temperatura e può lampeggiare a frequenze superiri al Mhz. Esistn due tiplgie di LED, gli stessi LED cn emissini all intern della fascia visibile e quelli IRED (Infra-Red Emitting Dide), cn emissine nel camp infrarss. FOTORIVELATORI Un ftrilevatre cnverte un segnale lumins in un segnale elettric, in genere in una tensine. Esistn ftrilevatri che sfruttan diversi principi fisici. I ftrivelatri più cmuni sfruttan i primi due principi fisici, si hann quindi:

26 25 Ftrivelatri termici sfruttan la cnversine dell sfruttan la cnversine dell energia dei ftni in calre e sn caratterizzati da una sensibilità cstante dall infrarss all ultravilett. Piché si cmprtan da filtr passa-alt (cn frequenza di tagli tra 1 Hz e 100 Hz), devn perare cn luce intermittente. Ftrilevatri a semicnduttre sfruttan l effett ftelettric intern, ciè la variazine di cnduttività dvuta alla creazine di cppie elettrne-lacuna nelle giunzini di semicnduttre clpite da ftni. Hann sensibilità variabile in funzine della frequenza, in quant nn tutta la luce incidente è in grad di prdurre effett ftelettric, ma sl quella di lunghezza d nda inferire ad un valre λs, dipendente dal materiale, dett sglia ftelettrica. FOTORESISTENZE La ftresistenza è un dispsitiv a semicnduttre la cui cnducibilità elettrica aumenta quand è clpit dalla luce. Infatti, un ftne che clpisce un elettrne impegnat in un legame cvalente cede a quest la sua energia. Se l energia ceduta è sufficiente a liberare l elettrne dal legame si rigina nel semicnduttre una cppia elettrne-lacuna in grad di partecipare alla cnduzine elettrica. Svantaggi: -Bassa velcità di ricmbinazine delle cppie lacuna-elettrne generata dalla radiazine elettrmagnetica. Le ftresistenze cmmerciali hann una resistenza di bui dell rdine dei MΩ ed una resistenza pari a 100Ω quand è sttpsta a frti luminsità. Pssn dissipare ptenze di circa 1W 2W.

27 26 FOTODIODI Un ftdid è una giunzine PN drgata asimmetricamente. La zna P, infatti, è mlt più drgata della zna N, è mlt sttile, ed è dispsta mlt vicin alla struttura esterna. L intensità della crrente inversa generata per effett ftelettric dipende dall intensità della radiazine luminsa e dalla tensine presente ai capi del ftdid.

28 27 Le caratteristiche di un ftdid dipendn frtemente dal materiale utilizzat. FOTOTRANSISTOR Un fttransistr è un transistr biplare a giunzine cn che la base lasciata nn cnnessa. Piché il fttransistr viene inscatlat in un cntenitre trasparente in md che la luce pssa raggiungere la viene inscatlat in un cntenitre trasparente in md che la luce pssa raggiungere la giunzine del cllettre di base la ftcrrente primaria agisce cme crrente di base.

29 Il fttransistr ha prestazini simili a quelle del ftdid, ma cn una sensibilità alla luce mlt maggire, grazie al fatt che gli elettrni che sn generati dai ftni nella giunzine del cllettre di base sn iniettati nella base e la crrente csì prdtta viene successivamente amplificata. Per cntr un fttransistr ha una rispsta nel temp mlt men rapida del ftdid. 28

30 29 6) VISUALIZZAZIONE Per la visualizzazine si è decis di utilizzare un display LCD. I Display visualizzatri LCD a matrice di punti sn chiamati csì perché l infrmazine è affidata all stat (acces spent 1/0) di numersi piccli punti chiamati pixel rganizzati su righe e clnne (matrice) successive. Il visualizzatre può essere: Alfanumeric: in quest cas i punti sn predispsti in gruppi di 5x10 5x8 pixel, quindi, accendend pprtunamente i puntini, gni grupp può assumere l aspett di un carattere; di slit questi visualizzatri mstran una più righe di caratteri, fin a 40 caratteri per riga. Esempi di un display alfanumeric 20x4 cn 5x10 gruppi di pixel

31 30 FUNZIONAMENTO Il funzinament di gni LCD è basat sulle prprietà di particlari sstanze denminate cristalli liquidi. Tale liquid è intrapplat fra due superfici vetrse prvviste di numersi cntatti elettrici cn i quali pter applicare un camp elettric al liquid cntenut. Ogni cntatt elettric cmanda una piccla przine del pannell identificabile cme un pixel. Sulle facce esterne dei pannelli vetrsi sn cllcati due filtri plarizzatri dispsti su assi perpendiclari tra lr. La particlarità naturale dei cristalli liquidi è trcere di 90 la plarizzazine della luce che arriva da un dei due filtri, permettendle quindi di attraversare il secnd plarizzatre. In assenza di camp elettric, la luce può passare attravers l'intera struttura e, trascurand la przine di luce assrbita dai plarizzatri, l'apparecchi risulta trasparente. In presenza di un camp elettric rtgnale ai piani delle due lastre di vetr, invece, le mlecle del liquid si allinean parallelamente al camp, limitand la rtazine della luce entrante. Se i cristalli sn cmpletamente allineati cn il camp elettric, la luce che vi passa attravers è plarizzata perpendiclarmente al secnd plarizzatre e viene quindi blccata del tutt facend apparire il pixel nn illuminat. Cntrlland la trsine dei cristalli liquidi in gni pixel, tramite un terz filtr, si è in grad di reglare quanta luce far passare. Si nti che in quest md un pixel guast apparirà sempre illuminat. Nella realtà alcune tiplgie di pannelli funzinan all'ppst, ssia sn trasparenti se accesi ed pachi se spenti. In tal cas un pixel danneggiat risulta sempre pac. Un LCD nn emette luce: ecc il mtiv per cui questi schermi necessitan della retrilluminazine (back light). La luce emessa da quest sistema attraversa il cristall liquid e vi esce clrata dal sistema di filtraggi. L attivazine di gni singl punt del display viene cmandata da un meccanism di indicizzazine riga per clnna, per cui gni pixel si attiva quand passa crrente in entrambi gli elettrdi (anterire e psterire) che l riguardan. Nel display TFT(chiamati anche a matrice attiva mentre quelli descritti fin ad ra sn chiamati a matrice passiva) i singli pixel sn attivati da un appsit transistr. Quindi nn è più necessari prre davanti al vide una serie di elettrdi: è sufficiente la presenza di un unica lastra trasparente da impiegare cme massa. Principi di funzinament di un cristall liquid:

32 31 Principi di funzinament di un cristall liquid cn applicata la tensine: DIFFERENZA TRA MATRICE ATTIVA E PASSIVA Un LCD può essere realizzat utilizzand una griglia di visualizzazine a matrice attiva(cnsciuti cme TFT) passiva. Nella matrice attiva ad gni intersezine di pixel è psizinat un transistr, di cnseguenza richiede men energia per cntrllare la luminsità dei pixel. Per quest mtiv, la crrente nel display a matrice attiva può essere attivata e disattivata più spess, miglirand csì la frequenza di aggirnament dell scherm(il muse su un scherm si muve velcemente grazie a questa pssibilità di aggirnament rapida). Un LCD a matrice passiva è frmat da una griglia di cnduttri cn pixel psizinati ad gni intersezine(esempi: calclatrici, sveglie, rlgi ). FUNZIONAMENTO E STRUTTURE FISICHE DI UN LCD 16X2 Nel nstr cas specific avrem 2 righe nelle quali pssiam scrivere un massim di 16 caratteri, la retrilluminazine utilizzata dal nstr LCD è cn l sfnd verde e le lettere nere.

33 32 PIN 1-GND 2-VCC 5V è imprtante nn invertire la plarità perché il display si rvinerebbe in maniera irreparabile. 3-VO è il pin dedicat alla reglazine del cntrast, su di ess dvrann arrivare tensini tra 0v e 5v in md da reglare la luminsità dei vari pixel. Per reglare tale tensine si utilizzan dei trimmer da 10k cllegati nel seguente md:

34 33 4-RS register select. Se RS è a livell lgic alt vul dire che stiam inviand dati che dbbiam scrivere mentre se pniam RS a livell lgic bass significa che stiam dand cmandi da eseguire cme per esempi la cancellazine dei caratteri presenti a vide. 5-R/W read/write. Se pst a zer vgliam scrivere (mdalità scrittura) un dat mentre se pst ad un vgliam leggerl (mdalità lettura) 6-E enable. È il pin sul quale viene mandat il segnale di sincrnism, se pniam E a livell lgic alta significa che il micrcntrllre esegue la lettura del dat sulla linea dati, l interpreta e l scrive a vide. Perciò quand dvrem scrivere sul display prima predispniam la linea dati e successivamente pniam E a livell lgic alt. Una vlta che il cntrller ha lett il dat E va riprtat a livell lgic zer D0 D7 linea dati. Qui vengn inviati i cmandi da eseguire i caratteri da scrivere. Per risparmiare pin sul micrcntrllre si può utilizzare la mdalità 4 bit ciè utilizzan sl 4 pin e inviam i dati in due blcchi al pst che in un blcc unic. Questi LCD hann due tipi di memrie: la CGROM,che cntiene i fnt dei caratteri, e la DDRAM, che ha il cmpit di memrizzare csa va scritt sul display. Quand inviam i dati sulla linea dati i caratteri sarann scritti un dp l'altr da un cntatre sulla DDRAM. Ogni psizine dei caratteri sul display sn legate alla DDRAM quindi le psizini in memria delle due righe sn : -prima riga: 0x00 0x0f -secnda riga: 0x40 0x 4f. quindi per esempi nella lcazine decimale 16 nn prduc nessun carattere quindi quand scriv dev stare attent a dve psizin i caratteri(quest lavr slitamente è svlt in appsite librerie). La CGROM cntiene i fnt presenti nel display che cambian leggermente da display a display, i principali sn i seguenti:

35 34 Il funzinament è semplice, per visualizzare per esempi la lettera A inviam sulla linea dati (si incrcia la clnna cn la riga). I caratteri dal 32( b) al 125( ) rispecchiam il cdice ascii. Quand scriverem nel sftware ci basterà inviare A ppure usare il carattere binari esadecimale crrispndente, in quest md ci sarà mlt facilitat scrivere delle stringhe sul display. Il quadratin su un display per scrivere un carattere è di 5x8 pixel, nella tabella sn da 5x7 perché le ultime due sn utilizzate per il cursre presente sul display ma nulla ci vieta di utilizzarle cmplete quindi eliminare il cursre dal display. Abbiam inltre 8 lcazini vute dve pssiam cstruirci ni dei caratteri (prime tt lcazini in frmat 5x8). Il cntrller dispne di due registri a 8 bit: L IR (instructin register) e DR (data register). Il prim è a sla scrittura e memrizzazine dei cmandi e quindi le infrmazini riguardanti l indirizzament della DDRAM e della CGROM. Il secnd è un registr di transit e memrizza le infrmazini che dvrann essere pi scritte sulla DDRAM sulla CGROM. Questi due registri cllabran cn il pin RS in quest md: -RS=0 utilizz IR (cmand da eseguire) -RS=1 utilizz DR (carattere da visualizzare) Suppnend di utilizzare il display in mdalità lettura (csa da ni nn fatta) utilizzerem i sei bit men significativi per sapere la psizine attuale del cursre (AC addres cunter) e quindi sapere il valre del cntatre. Il bit più significativ (D7) sarà usat cme enable(chiamat busy flag) ciè quand il cntrller nn può leggere sarà pst a 1 mentre quand il cntrller ptrà leggere verrà pst a 0.

36 35 COME INVIARE COMANDI AD UN LCD Dve c è riprtat significa che avere 0 1 nn cambia. Ora riprtiam il significat delle lettere riprtate nella tabella precedente:

37 36 Dbbiam ricrdarci che quand mettiam dei dati sulla linea dati il pin di E deve essere mess a 1 e pi a 0 csi da fare la sincrnizzazine. LCD a retrilluminazine blu cn pin dispsti in parallel.

38 37 3. FUNZIONAMENTO 1) SPIEGAZIONE HARDWARE Il prgett può essere vist cme la cmpsizine di due ulteriri macr-blcchi che hann res realizzabile il crrett funzinament dell stess. E' suddivis quindi in una parte hardware e una parte sftware Hardware: Quand si parla di hardware si intende la parte fisica di un determinat prgett circuit, vver tutte quelle parti elettriche, elettrniche, magnetiche, ttiche e meccaniche che ne permettn il funzinament. Nel nstr cas cn il termine hardware si intendn quindi sia i cmpnenti elettrnici utilizzati quali: circuiti integrati, resistri, cndensatri, dispsitivi ptelettrnici, sensri, ma anche parti di tip meccaniche cme l'utilizz di mtri in crrente cntinua. Per la realizzazine del prgett si è prcedut pass dp pass, partend da una base slida e cntinuand ad incrementare il circuit cn delle idee innvative che ptesser rendere la nstra veneziana reale, ciè applicabile fin da subit alla vita reale prtand csti inferiri sia dal punt di vista cstruttiv, ma anche nel risparmi energetic. Sftware: Quand si parla di sftware si intende la parte di lgica e più nell specific nel nstr cas della prgrammazine in linguaggi C++ ma nn pur, dat che il micrcntrllre che viene utilizzat, Arduin, utilizza un linguaggi di prgrammazine leggermente divers dal C++ cmune. La veneziana realizzata può funzinare in due mdalità: una manuale e una autmatica. Tutt ciò è res pssibile grazie alla selezine di un deviatre che invia un segnale di tip analgic al pin 10 di Arduin. Quest dat può assumere +5v, livell HIGH, 0V, livell LOW. Fisicamente il deviatre è cllegat sulla scheda millefri cn i due terminali rispettivamente a +Vcc, 5V, GND e il pin centrale invia il segnale al micrprcessre. Nel cas quest fsse psizinat in psizine LOW, il circuit funzina in mdalità manuale mentre se fsse in psizine di HIGH lavra in mdalità autmatica. MODALITA LOW: MANUALE Selezinand il deviatre in psizine LOW quest invia un segnale al pin 10 di Arduin, attravers il centrale del cmpnente stess e viene rilevat dal micrprcessre attravers il cmand di digitalread (nella parte della prgrammazine si pssn sservare il listat e i cmandi utilizzati). Dal punt di vista hardware i cmpnenti elettrnici utilizzati sn due pulsanti nrmalmente aperti, due finecrsa, resistri, didi LED, un display LCD, un ftdid emettitre e un rivelatre. I due pulsanti nrmalmente aperti sn cllegati attravers una resistenza di pull dwn vers massa e cn l'altr terminale a +Vcc. Tra la resistenza e il pin del pulsante viene prelevat un valre di tensine dal micrprcessre e lett dall stess attravers il cmand di digitalread.

39 38 Se nn vi è nessuna azine di pressine, il pulsante essend nrmalmente apert, viene rilevat un valre di tensine LOW. Nel cas vi fsse un'azine di pressine sul pulsante, si chiuderebbe il circuit e verrebbe rilevat da Arduin un valre di +5V (HIGH). La stessa mdalità viene utilizzata per i finecrsa che vengn psizinati sulla struttura in md da determinare la massima apertura e la massima chiusura della veneziana, intervenend direttamente sulla rtazine dei mrtri nel cas fsser premuti, in md da nn danneggiarla e da nn rvinare i mtri che cntinuerebber a rutare a vut, utilizzand ptenza inutile e danneggiand la struttura. I valri rilevati dal micrprcessre dei due pulsanti e dai due finecrsa vengn cnfrntati e il funzinament è reglat da una tabella di verità che viene pi tradtta in termini di linguaggi di prgrammazine attravers il cmand if. In base ai dati ricevuti, Arduin determina che uscita ergare, se di livell alt bass. Questa istruzine viene inviata da due pedini del micrprcessre al circuit integrat L293, rispettivamente ai pin 2 e 7 di quest ultim: ingessi del pnte. Il cmpnente L293 essend un pnte ad H cnsente ai mtri, cllegati cn i rispettivi terminali a pin 3 e 6 dell'integrat ciè alle uscite del pnte ad H, di pter rutare sia in sens rari che antirari, determinand csi il mt di salita e di discesa dalla veneziana. Il crrett funzinament può essere visualizzat sservand l'accensine dei due didi LED che sn dichiarati nel cicl di setup del listat cme periferiche di OUTPUT, ricevend csi in base al mt dei mtri, un segnale alt bass dal micrprcessre: giall salita e verde discesa, e sul display LCD dve apparirà la scritta dell stat della veneziana. Nel prgett vi è una simulazine di un impiant di sicurezza cmpst da un ftdid emettitre, un ftdid rivelatre e da un buzzer. Il ftdid emettitre, plarizzat direttamente, è sempre attiv e erga una raggi di luce infrarss nn visibile ad cchi nud, ma attravers la ftcamera di un cellulare. Quest raggi viene dirett ad un ftdid rivelatre plarizzat inversamente, cllegat cn il catd a +Vcc e cn l'and a massa attravers una resistenza di caric da 180KΩ, in md tale che pssa cndurre sl nel mment in cui il raggi infrarss viene interrtt. Nel cas il ftdid ricevitre funzinasse, secnd la caratteristica di un did, cme un circuit apert, nn ci sarebbe una crrente che circli nella resistenza da 180KΩ e di cnseguenza nn vi è una caduta di ptenziale sul cmpnente passiv. Quest valre viene inviat al micrprcessre, la veneziana cntinuerebbe nella sua azine e il buzzer rimane disattivat (il raggi infrarss nn è interrtt). Al cntrari del cas precedente, se il raggi fsse interrtt dal passaggi di qualcsa di qualcun, il ftdid rivelatre si cmprterebbe da crt circuit, si genera quindi a quest punt una caduta di tensine sulla resistenza di caric, in quant vi è iniziata a circlare una crrente inversa. Il valre di tensine sulla resistenza di caric viene inviat all'arduin che arresterà immediatamente la salita la discesa della veneziana e azinerà il buzzer e inizierà a sunare finchè nn viene rimss l'stacl che interrmpe il fluss del raggi infrarss. MODALITA HIGH: AUTOMATICA Questa mdalità è diversa rispett a quella presentata precedentemente in quant la lgica di funzinament si basa sulla rivelazine della luce slare nell'ambiente e in base ad essa si determina il mviment di salita di discesa della veneziana. Tutt ciò è res pssibile grazie ad un sensre ptelettrnic di tip rivelatre, una ftresistenza. Quest cmpnente è in grad di mdificare il prpri valre resistiv in base al valre di luce slare che clpisce la parte ftsensibile del sensre. Un refr della ftresistenza è cllegat a +Vcc, l'altr ad una resistenza cllegata vers massa. Nel nd tra i due cmpnenti viene prelevat un valre di tensine che varia prprzinalmente al cambiament del valre resistiv.

40 39 Quest'istruzine viene inviata al micrprcessre Arduin ad un degli ingressi analgici, nel nstr cas A0, che viene lett attravers il cmand analgread, cnvertit in valri decimali dividend il valre di tensine in fasce da 1024 bit in md tale da pter lavrare mlt più facilmente, determinand csi le rtazini di salita e discesa del mtre e fissand il valre di tensine che crrispnde ad un determinat valre di illuminazine in cui avviene la cmmutazine il cambi di rtazine. Cme nel cas precedente vi sn i due LED, un giall e un verde, che aiutan nella visualizzazine dei due mti della veneziana ciè quell di salita e di discesa. Nel prgett vi è anche un display LCD che indica, ltre ai tre stati della veneziana, il livell di illuminazine nell'ambiente. Quest è pssibile grazie all'istruzine lcd.print la quale cnsente infatti di pter stampare qualsiasi dat sul display. Tutt quest deve essere però inizializzat sia dalla dichiarazine dei pin di Arduin cllegati ai rispettivi ingressi del display e dal cmand lcd.begin (16,2) che permette di pter riempire entrambe le righe del cmpnente. Qui si può vedere che tip di cllegamenti sn stati fatti nella parte hardware del prgett: