, proporzionale alla RH%, si fa riferimento allo schema di figura 3 composto dai seguenti blocchi:

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1 Esame di Sao di Isiuo Tecnico Indusriale A.S. 007/008 Indirizzo: ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI Tema di: ELETTRONICA Si deve rilevare l umidià relaiva RH% presene in un ambiene, nell inervallo 0 90%, e visualizzarla su di un display numerico. A ale scopo si uilizza un sensore capaciivo le cui caraerisiche sono riporae nelle figure e. figura figura Per deerminare la ensione 0, proporzionale alla RH%, si fa riferimeno allo schema di figura composo dai segueni blocchi: ) generaore di onda quadra non alernaiva di ampiezza 5 e frequenza f 0 khz che fornisce il clock per la commuazione dei monosabili; ) mulivibraore monosabile di araura che fornisce impulsi posiivi di ampiezza 5 e duraa deerminaa dalla capacià corrispondene all umidià relaiva del 0%; ) mulivibraore monosabile, nel quale è inserio il sensore capaciivo, che fornisce impulsi posiivi di ampiezza 5 e duraa proporzionale al valore di umidià relaiva rilevaa; 4) circuio EX-OR che confrona gli impulsi di araura T con quelli di duraa variabile S ; 5) circuio inegraore in grado di rilevare il valore medio della ensione C all uscia dell EX-OR; 6) amplificaore di segnale; 7) converiore analogico digiale. figura Lo svolgimeno di quesa prova è a cura di Sefano Mirandola (Eleroecnica ed Eleronica, volume ) - 0 Zanichelli Ediore SpA

2 Il candidao, formulae le evenuali ipoesi aggiunive: a) dia una spiegazione punuale del funzionameno dello schema proposo; b) progei e dimensioni il blocco ; c) progei e dimensioni il blocco uilizzando come capacià di araura quella corrispondene all umidià relaiva del 0%; d) progei e dimensioni il blocco individuando la duraa degli impulsi di uscia S per valori di umidià pari al 0%, 50%, 90%; e) disegni le forme d onda all uscia dei blocchi,, e 4, per i re valori di umidià proposi, correlandole fra di loro in opporuna scala; f) progei e dimensioni il blocco 5 calcolando i valori della ensione o per le forme d onda corrispondeni ai re valori di umidià relaiva; g) progei e dimensioni il blocco 6 affinché l uscia A valga 5 quando è presene l umidià del 90%. Per la visualizzazione su un display numerico dell umidià relaiva il candidao scelga un opporuno converiore ADC e descriva le necessarie inerfacce fra ADC e display. Soluzione a) La misura dell umidià relaiva è effeuaa confronando le durae degli impulsi prodoi dai due monosabili: una duraa è fissa e corrispondene al caso di umidià del 0%, l alra è variabile in funzione del valore rilevao dal sensore di umidià relaiva di ipo capaciivo. La pora EXOR produce impulsi alla frequenza di 0 khz, il cui livello è ALTO per un periodo di empo pari alla differenza ra le durae dei due monosabili: ali impulsi hanno quindi una duraa pari a 0 nel caso di umidià 0% e una duraa massima nel caso di umidià 90%. Il blocco 5 ricava una ensione proporzionale al valore medio di ali impulsi; può essere realizzao con un circuio inegraore ad amplificaore operazionale o con filro passa basso con frequenza di aglio molo inferiore a quella di ripeizione degli impulsi. Il blocco 6 amplifica la ensione per adaarla al campo dinamico del converiore analogico-digiale, il quale produce in uscia una parola binaria che esprime il valore dell umidià relaiva la quale, una vola memorizzaa su lach e converia in BCD, può essere visualizzaa su un display numerico a due cifre. b) Il blocco è un mulivibraore asabile, che può essere realizzao con l inegrao 555 nella configurazione rappresenaa in figura 4. Per generare un CC R 7 CK R C figura 4 Mulivibraore asabile 555 (blocco ). Lo svolgimeno di quesa prova è a cura di Sefano Mirandola (Eleroecnica ed Eleronica, volume ) - 0 Zanichelli Ediore SpA

3 segnale che commua ra 0 e 5 si sceglie una ensione di alimenazione di 5. La frequenza di oscillazione, che deve risulare 0 khz, è daa dalla formula,44 f ( R + R ) C Per oenere un duy cycle vicino al 50% si sceglie R < < R, per esempio R kω, R 0 kω; si calcola poi C ricavandola dall espressione precedene:,44,44 C 6, nf ( R + R ) f (0 + 0 ) 0 c) Il monosabile del blocco si può realizzare con un 555 secondo lo schema di figura 5. La coppia R 0 kω e C 0 nf ha la funzione di derivaore, per ricavare degli impulsi a livello basso in corrispondenza dei froni di discesa dell onda quadra prodoa dal mulivibraore asabile. Quesi impulsi, posi all ingresso rigger del 555, causano l inizio degli impulsi del monosabile, la cui duraa è daa da: T, RC Il valore di C deve essere lo sesso del sensore in corrispondenza dell umidià relaiva del 0%; dal grafico fornio si rileva C (0) pf. La resisenza R può essere calcolaa imponendo una duraa degli impulsi pari a /0 del periodo di clock (T (0) 0 5 s): 5 T(0) 0 R 8, kω, C, 0 (0) CC 5 CK C CC R R T C (0) figura 5 Monosabile del blocco realizzao a 555. d) Il monosabile del blocco è idenico a quello progeao nel puno precedene, con il sensore di umidià al poso del condensaore C (0). Dal grafico, in corrispondenza dei valori di umidià relaiva richiesi, si rilevano le segueni capacià del sensore: 0% pf; 50% 4 pf; 90% 44 pf a cui corrispondono le segueni durae degli impulsi: T (0), RC, 8, μs T (50), RC, 8, 0 4 0,07 μs T (90), RC, 8, ,86 μs Lo svolgimeno di quesa prova è a cura di Sefano Mirandola (Eleroecnica ed Eleronica, volume ) - 0 Zanichelli Ediore SpA

4 e) La figura 6 rappresena l andameno dei segnali all uscia dei blocchi,,, 4, in corrispondenza di un valore di umidià relaiva pari al 50%: CK (blocco ), T (blocco ), S (blocco ), C (blocco 4). Il segnale C è ricavao enendo cono che l uscia dello XOR è ala quando i segnali d ingresso hanno valori differeni; in queso modo la duraa degli impulsi in uscia sarà pari alla differenza delle durae degli impulsi di ingresso. Per valori diversi di umidià la duraa degli impulsi di S e C sarà differene, come calcolao. CK 5 T 0 4 s T 5 T (0) 0 µs S T (50),07 µs C,07 µs figura 6 Andameno dei segnali all uscia dei blocchi,,, 4, nel caso di umidià relaiva pari al 50%. f) L esrazione del valor medio (blocco 5) può essere realizzaa in modo semplice con il filro passa basso RC del ordine rappresenao in figura 7. La frequenza di aglio del filro è daa dalla formula f π RC e deve essere scela di valore molo inferiore alla frequenza di clock, per esempio 00 Hz. Imponendo un valore di resisenza abbasanza elevao (R 00 kω), per non caricare l uscia della pora logica, si ricava il valore di C: C 5,9 nf π Rf π Il valore della ensione o all uscia del filro nei re casi richiesi si calcola valuando il valor medio del segnale all uscia dello XOR, corrispondene ai valori di umidià 0%, 50%, 90%, con la formula: C R C o figura 7 Filro passa basso RC per l esrazione del valor medio (blocco 5). Lo svolgimeno di quesa prova è a cura di Sefano Mirandola (Eleroecnica ed Eleronica, volume ) - 0 Zanichelli Ediore SpA 4

5 T o T (%) (0) T dove T (%) è la duraa dell impulso su S corrispondene a un cero valore di umidià percenuale, T (0) è la duraa dell impulso di riferimeno corrispondene al 0% di umidià percenuale, T è il periodo del segnale oenuo come T /f 0, ms, menre 5 è l ampiezza degli impulsi. Si oengono così i re valori in uscia: o(50) o(90) o(0) , , , 0 6 6, , , ,4 g) Il blocco 6 può essere realizzao con un amplificaore non inverene (figura 8), con un guadagno ale da oenere in uscia A 5 quando l ingresso vale o(90) 0,4. Il guadagno risula quindi R 5 G + 5 R 0,4 per cui ponendo R kω si oiene R 4 kω. v o + v A R R figura 8 Amplificaore non inverene (blocco 6). Il blocco 7 è cosiuio da un converiore analogico-digiale; daa la lenezza con cui varia l umidià, e quindi il segnale o, l ADC può essere del ipo a inegrazione, a 8 bi, progeao in modo da produrre il valore 90 quando A 5 e 0 nel caso di A 0. L uscia dell ADC, dopo essere saa memorizzaa in un lach, viene inviaa a un converiore binario-bcd, seguio da un converiore BCD-7 segmeni e da un display a due cifre. Lo svolgimeno di quesa prova è a cura di Sefano Mirandola (Eleroecnica ed Eleronica, volume ) - 0 Zanichelli Ediore SpA 5