edizione 1/03 Md C01 revisione 9/11/05 Cod.Mecc.BGIS01700A Cod.Fisc GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI

Transcript

1 ISTITUTO SUPERIORE ETTORE MAJORANA SERIATE (BG) Via Partigiani 1 -Tel Fax majorana@majorana.org - sito internet: Istituto certificato Sistema Qualità UNI EN ISO edizione 1/03 Md C01 revisione 9/11/05 Cod.Mecc.BGIS01700A Cod.Fisc GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI PROVA SCRITTA 27 novembre 2007 L accesso ad un laboratorio di ricerca, sorvegliato 24 ore su 24, è riservato a persone autorizzate che sono in possesso di apposita card di riconoscimento su cui è riportato il codice identificativo. Per poter accedere al laboratorio le persone devono inserire in apposita fessura la tessera di riconoscimento, digitare il codice personale e confermare il codice mediante la pressione di un pulsante. All interno del laboratorio deve essere garantito un illuminamento di almeno 25 lux per consentire la videosorveglianza anche quando non vi sono persone presenti. Parte A. La card di riconoscimento detta code card è una scheda elettronica a 12 pin; essa contiene due dip switch a quattro vie che consentono di impostare un codice di due cifre esadecimali in formato binario. Il codice è disponibile su otto pin della scheda mediante livelli di tensione alto (1) e basso (0). Dei quattro pin rimanenti due servono per l alimentazione della scheda e due sono cortocircuitati. Per la digitazione del codice si utilizza un tastierino a 16 tasti descritto nei data sheets. La digitazione del primo carattere fa accendere un led giallo con l indicazione 1 carattere quando si digita il secondo carattere si accende anche un led verde con l indicazione conferma dato. La conferma del codice va effettuata premendo un pulsante con l indicazione conferma codice. Dopo la conferma si possono verificare le seguenti situazioni: a) se il codice è esatto si apre l elettroserratura della porta per consentire l accesso al laboratorio. (l apertura dell elettroserratura va simulata mediante l accensione di un led verde); b) se il codice confermato è errato si accende un led arancione con l indicazione codice errato ripetere l operazione. L inizio di una nuova operazione fa spegnere il led arancione. Dopo tre tentativi errati si accende un led rosso con l indicazione processo di identificazione bloccato. Lo sblocco può essere effettuato solo dal custode attraverso un pulsante blu con la indicazione sblocco riconoscimento codice. Quando si estrae la code card il sistema si deve riconfigurare nella condizione di partenza per un nuovo processo di riconoscimento. Per fornire energia al circuito si dispone di un alimentatore con tensione variabile Vout = 3 15Vdc. Parte B. Dopo la pressione del tasto di conferma, i caratteri del codice di accesso devono essere inviati, mediante una linea seriale, ad una postazione distante 15 metri. La presenza di forti disturbi elettromagnetici induce ad utilizzare una fibra ottica in materiale plastico e relativi connettori della serie HFBR1521/2521. Gara Nazionale di Elettronica e Telecomunicazioni I.S. E. Majorana Seriate (BG) -- Pg. 1 di 4

2 La stazione remota utilizza un ricevitore HFBR2521 (Sensitività -21 dbm), la fibra da utilizzare è di tipo standard, i connettori plastici hanno una perdita ciascuno di 1,5 db. Con riferimento al circuito del trasmettitore suggerito dal costruttore e riportato nei data sheets, invece dell integrato utilizzare un transistor BC337 pilotato da una porta logica. Per consentire la videosorveglianza è previsto un impianto di illuminazione di emergenza che si attiva automaticamente quando l illuminamento scende al di sotto dei 25 lux e si spegne quando sale sopra i 70 lux. Per rilevare il grado di illuminamento viene utilizzata una fotoresistenza che fornisce i valori riportati in tabella. Luminosità (lux) Resistenza 60KΩ 10KΩ 7KΩ 2KΩ 1KΩ Per fornire energia al circuito si dispone di un alimentatore duale con Vout 3 15Vdc. Questo circuito deve essere in grado di pilotare un impianto di illuminazione funzionante a 230Vac 200W * * * * * * * * * * * Progettare il circuito necessario a svolgere le funzioni richieste rispettando le specifiche riportate sia nella parte A sia nella parte B ed utilizzando solo i componenti messi a disposizione. (vedi elenco) Il progetto deve comprendere le seguenti parti: 1. schema a blocchi generale e sua scomposizione su almeno un livello di dettaglio con descrizione di ogni singolo blocco funzionale; 2. schema elettrico, su foglio unico separato formato A3, su cui sono riportati: indicazione chiara e univoca di tutti i collegamenti, la piedinatura utilizzata di ogni integrato, la denominazione di tutti i componenti riportati; 3. descrizione chiara e sintetica dello schema elettrico con riferimento allo schema a blocchi, tutti i calcoli eseguiti, tabelle e diagrammi temporali di tutte le parti circuitali progettate facendo specifico riferimento allo schema elettrico; è gradito un diagramma di flusso del funzionamento. 4. compilazione dell elenco componenti limitatamente a condensatori e resistenze (allegato n 1). Usare solo fogli forniti dalla commissione, quelli usati per la bella copia vanno numerati secondo l ordine di svolgimento del lavoro. Su tutti i fogli deve essere indicato il nome del concorrente e la scuola di provenienza. Non è consentito l uso di manuali tecnici, vengono forniti i data sheets dei componenti disponibili. Tempo a disposizione per lo svolgimento della prova: 5 ore Gara Nazionale di Elettronica e Telecomunicazioni I.S. E. Majorana Seriate (BG) -- Pg. 2 di 4

3 Elenco dei componenti disponibili Id Descrizione Fig. 1: Tastiera 16 tasti 1 Scheda Code Card 2 ECO Tastiera 16 tasti a matrice (Fig. 1) 3 I.C. 74C Key Encoder 4 I.C. 74HC00 -- Quad 2-Input Positive-NAND Gate 5 I.C. 74HC02 -- Quad 2-Input Positive-NOR Gate 6 I.C. 74HC04 -- Hex Inverter 7 I.C. 74HC08 -- Quad 2-Input Positive-AND Gate 8 I.C. 74HC14 -- Hex Inverter with Schmitt-Trigger 9 I.C. 74HC32 -- Quad 2-Input Positive-OR Gate 10 I.C. 74HC Bit Bistable Latch with Q and Q 11 I.C. 74HC Bit Magnitude Comparator 12 I.C. 74HC86 -- Quad 2-Input Positive Ex-Or 13 I.C. 74HC Dual J-K Flip-Flop with Preset and Clear 14 I.C. 74HC Parallel-in/Serial-out - 8 Bit Shift Register 15 I.C. 74HC Quad S-R Latch 16 I.C. 74HC Dual 4-bit binary counter 17 I.C. 74HC Bit Magnitude Comparator 18 I.C. NE General Purpose Single Bipolar Timer 19 I.C. LM Operational Amplifier 20 I.C. LM317T, LM337T Adjustable Regulator 21 I.C. LM78xx, LM79xx Voltage Regulator 22 1N Rectifier Diode 23 BC337, BC547, 2N2222A -- NPN Transistor 24 HFBR1521 e HFBR Versatile Fiber Optic Connection 25 Led: verde L-53GD, giallo L-53YD, arancio L-53ED, rosso L-53HD. 26 Pulsanti monostabili per circuiti stampati, una via 27 Relè per circuiti stampati: bobina 50Ω oppure 300Ω 28 Resistenze serie E12; 0,25W e serie E12; 1W; 2W 29 Condensatori a scelta fra i seguenti valori: 1nF; 4,7nF; 10nF; 47nF; 100nF; 470nF; 1μF; 4,7μF; 10μF; 100μF Gara Nazionale di Elettronica e Telecomunicazioni I.S. E. Majorana Seriate (BG) -- Pg. 3 di 4

4 Gara Nazionale di Elettronica e Telecomunicazioni I.S. E. Majorana Seriate (BG) -- Pg. 4 di 4

5 ISTITUTO SUPERIORE ETTORE MAJORANA SERIATE (BG) Via Partigiani 1 -Tel Fax majorana@majorana.org - sito internet: Istituto certificato Sistema Qualità UNI EN ISO edizione 1/03 Md C01 revisione 9/11/05 Cod.Mecc.BGIS01700A Cod.Fisc GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI PROVA PRATICA 28 novembre 2007 Con riferimento al progetto prodotto nella prova scritta del 27 novembre realizzare, su bread board, il circuito riguardante la Parte A. Il montaggio dovrà essere facilmente riconducibile allo schema elettrico, i vari componenti vanno disposti in modo razionale riducendo la distanza fra i punti da collegare. Tastiera, code card, Led e pulsanti dovranno essere posizionati come indicato nella figura 1 rispettando la seguente corrispondenza: Code card Gnd C2d C2c C2b C2a C1d C1c C1b C1a +5V E E Bread board (superiore) B62 B61 B60 B59 B58 B57 B56 B55 B54 B53 B52 B51 Tastiera 16 tasti X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4 Bread board (superiore) A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 Componente Bread board Componente Bread board (superiore) (superiore) Led giallo 1 carattere D18 D19 Led rosso codice di Led verde conferma dato D4 D5 identificazione bloccato H51 H52 Led verde elettroserratura H14 H15 Pulsante conferma dato H4 H6 Led arancio codice errato H18 H19 Pulsante sblocco.. H60 H62 Eventuali modifiche al progetto del 27 devono essere di piccola entità e adeguatamente giustificate. Materiale disponibile fotocopia del testo della 1^ prova; fotocopia dello schema elettrico prodotto dallo studente durante la 1^ prova; materiale fornito dalla commissione descritto nell elenco (allegato n 1) più condensatori e resistenze richiesti; data sheet dei componenti; un multimetro; un alimentatore 3 15 Vdc. Figura 1 Gara Nazionale di Elettronica e Telecomunicazioni I.S. E. Majorana Seriate (BG) -- Pg. 1 di 1

6 Gara Elettronica 2007 Gara Nazionale di Elettronica e Telecomunicazioni - edizione 2007 Soluzione proposta dalla commissione Schema a blocchi. Registro PISO Trasmissione seriale Code card = Elettroserratura Compa ratore > < Codice errato Tastiera + decoder Memoria Conta errori Contatore caratteri & Accensione LED 1 e 2 carattere Conferma codice Blocco di tutto il sistema Fotoresistenza Convertitore R-V Tensione di Riferimento Comparatore con isteresi Interfaccia e circuito di potenza Impianto di illuminazione G. Portaluri/S. Bani schema a blocchi pag. 1/1

7 Gara Elettronica 2007 Soluzione parte B Progetto del trasmettitore per Fibra Ottica Trascurando la parte relativa alle abilitazioni del registro PISO, il problema consiste nel determinare la rete di polarizzazione del BJT in on/off, quindi di determinare le resistenze Rb e R1. Il valore di Rb dovrà assicurare la saturazione del transistor, il valore di R1 determinerà la corrente che dovrà scorrere nel LED per avere la potenza sufficiente a raggiungere tramite fibra ottica il ricevitore lontano (quindi la potenza finale del link ottico dovrà essere superiore alla sensitivity del ricevitore HFBR251). 1^ soluzione (più semplice) Esaminando la figura 3 di pag. 29 dell estratto dei data sheet relativo al link HFBR 15X1/25X1 data sheet, si nota che per lunghezza =15 metri, I F deve avere un valore compreso tra 30 e 80 ma. Si può scegliere I F =55mA. Nota: nei data sheet si indica I dc quindi per bit 0 e 1 con probabilità 50%, I picco = 110 ma. P. Maini circuito per FO pag. 1/2

8 Gara Elettronica ^ soluzione (più elaborata) Dalle equazioni del link in fibra ottica si ricava la potenza necessaria del trasmettitore: P TX = P RX + α Fibra *lungh. + 2*α connettori P TX = -21,6dBm + 0,27*15 + 2*1,5 = -14,5 dbm Dalla fig.10 di pag. 32 dell estratto dai data sheet relativo al trasmettitore si ricava la potenza normalizzata (cioè riferita ai 60 ma del data sheet e dbm minimo, a 25 C). Quindi la potenza di -14,5 dbm corrisponde sulla figura a - 0,3 db, quindi una I F di poco meno di 60 ma. Per sicurezza e comodità poniamo I F = 60 ma.. Nota: nei data sheet si indica I dc quindi per bit 0 e 1 con probabilità 50% I picco = 120 ma a 25 C. Progetto rete resistiva per il BJT Scelta I F = 120 ma, ed esaminando il data sheet del BC337 che indica h fe min = 100, considerando la tensione di comando uscente o da una porta logica o direttamente dal registro PISO di famiglia logica 74HC, V data in = 4,5V R 1 = (V cc V LED ) /I F => R 1 = (5 1,7) /120 ma => R 1 = 27,5 Ω per la serie E12 R 1 = 27 Ω I c = (V cc V CE sat )/ R 1 => I c = (5 0,2)/ 27 I c = 178 ma I b > I c /h fe min => (V data in V BE sat ) / R B > I c / 110 R B < (4,5-0,2)* 100/ 178 ma => R B < 2,42 KΩ per la serie E12 R B = 2.2 KΩ Visto le correnti elevate, occorre verificare la potenza dissipata da R 1, con la formula P = R*I 2. Per ingresso 0, V data in = 0V, la corrente che scorre su R 1 è quella che scorre nel LED (120 ma). Per ingresso 1, V data in = 4,5V, la corrente che scorre su R 1 è quella che scorre nel BJT (178 ma). P= (P 0 + P 1 ) / 2, => P = [27*(120 ma) *(178 ma) 2 ] /2 = 622 mw Quindi occorre una resistenza che possa dissipare 1 Watt o 2 resistenze da 56 Ω in parallelo che possano dissipare ½ Watt. P. Maini circuito per FO pag. 2/2

9 Gara Elettronica 2007 Soluzione parte B Progetto gestione impianto d illuminazione La resistenza Rft rappresenta la fotoresistenza, il partitore resistivo Rft - R1 serve a convertire le variazioni di Rft causate dal cambiamento della luminosità in variazioni della tensione Vx. R1 Vx = 12 (1) R1 + Rft La fotoresistenza assume i valori limite indicati nella tabella, compresi tra 2 kω e 10 kω. Scegliamo per R1 un valore intermedio: R1= 5,6 kω. Utilizzando la formula (1) si ricava Vxl = 8,84 V con 70lux (luce) e Vxb = 4,31 V con 25lux (buio). Il comparatore con isteresi invertente, formato da R2, R3 e l operazionale, deve avere le due soglie ai valori calcolati prima. Si utilizza la V O(P-P) dell operazionale, come indicato dal datasheet, inferiore di 1V rispetto all alimentazione. V SS V SI R3 R2 = Vref + 11; tensione di soglia superiore R3 + R2 R3 + R2 R3 R2 = Vref + ( 11) ; tensione di soglia inferiore. R3 + R2 R3 + R2 Assegnando Vss = 8,84 V, V SI = 4,31 V e risolvendo il sistema delle due equazioni si ricava: Vref = 8,28 V; R3 = 3,856 R2. Scegliamo R2 = 10 kω, R3 = 39 kω. Il comparatore con isteresi agisce sul transistor T1 che deve funzionare come interruttore per eccitare e diseccitare la bobina del relè. Il contatto del relè accende e spegne l impianto di illuminazione. La bobina del relè ha una resistenza di 300Ω, per cui la corrente che la attraversa quando il transistor è saturo vale: I V 0,2 = ,2 300 CC CC = = 40 ma Il transistor BC337 ha un h FEmin =100. Per tenerlo in saturazione occorre una corrente di base: I I = h 40 = 100 CC B min = FE min 0,40mA Per cui è necessaria una resistenza di base: V 0,7 OH 12 0,7 = = 28,25kΩ Scegliamo R 4 4 = 22 kω I 0,4 10 R 3 B G. Portaluri circuito gestione impianto d illuminazione pag. 1/1

10

11

12