FLASH PLAYER 5.0 E` un programma offerto gratuitamente ( trial

FLASH PLAYER 5.0
E’ un programma offerto gratuitamente ( trial Version ) dalla Macromedia.
Grazie ad esso abbiamo potuto realizzare la Presentazione animata di Noemi
( No-Emition ).
Accesso Negato
Se il Nome Utente o la Password risulteranno errati o non esistenti, apparirà la
schermata sottostante.
Richiesta Password
Per accedere alle impostazioni del Portale bisogna essere forniti di un nome Utente
e una Password, ossia un codice di identificazione. Una volta immesso tale codice,
il sistema provvederà a confrontarlo con quelli del Database.
Gestione Utenti
Grazie a questa sezione, gli Amministratori del Portale possono assegnare un ruolo
ben preciso ai diversi utenti. I ruoli rappresentano i livelli di accesso.
Impostazioni Portale
Quest’area è strettamente riservata agli Amministratori del Portale. Da questa
sezione è possibile perciò modificare le impostazioni generali, l’interfaccia della
Home Page e accedere alla gestione del Portale.
Raccolte Documenti
Possiamo notare la netta divisione tra le aree delle scuole partecipanti al progetto.
Basterà selezionare un collegamento per visualizzare i files e i documenti immessi dai
vari Utenti del Portale.
Home Page
L’immagine sottostante rappresenta la Home Page del nostro portale internet (
www.itismajo.it/scuolalavoro ), ossia la pagina iniziale. In essa troveremo i vari Links
(collegamenti ) dedicati alle numerose aree del portale, alle impostazioni ed ai siti delle
altre scuole partecipanti al Progetto Cipe.
Le pagine HTML consentono di inserire all’interno del loro codice componenti attivi o
dinamici, che hanno origine da qualsiasi altro linguaggio compatibile, per esempio
Javascript o ASP.
Gli inserimenti sono in programmazione “attiva”, significa che sono veri e propri
programmi, al contrario dell’HTML che è un linguaggio statico, cioè consente soltanto il
posizionamento e la strutturazione di una pagina web. E’ quindi evidente che un
qualsiasi database o procedura per caricamento automatico di documenti richiede uno
script particolare. Nelle pagine del portale questi script sono eseguiti in Javascript, e
sono inseriti nel codice stesso delle pagine. Si è preferito optare per questo linguaggio
poiché non richiede eccessiva potenza di calcolo da parte del server su cui risiedono le
pagine. Infatti il Javascript inserito nelle pagine web esegue il suo codice direttamente
sul computer client, cioè quello del navigatore, evitando complicate procudere sul
server.
Al contrario l’ASP e il PHP, due linguaggi molto potenti (che sono rispettivamente per
server Microsoft di tipo NT e server Unix di tipo Apache) richiedono grandi calcoli da
parte del server, e nel nostro caso il piccolo server del Majorana non era in grado di
soddisfare la richiesta.
Inoltre il software Microsoft Sharepoint (disponibile gratuitamente in forma Freeware al
sito Microsoft www.microsoft.com) ha inserito nelle pagine componenti attivi di
Frontpage; quest’ultimo è un intuitivo programma di elaborazione di pagine web, a cui si
appoggia Microsoft Sharepoint per generare le pagine. Per evitare quindi “la
standardizzazione” dell’intero portal abbiamo dapprima generato le pagine col sistema
proposto, e successivamente abbiamo ritoccato direttamente il codice per ottenere i
risultati voluti, agendo sui Javascript e sull’HTML stesso.
Struttura del portal
Organizzazione degli accessi
Il portale consente di caricare documenti soltanto a coloro che sono stati autorizzati dai
due webmaster del portale. Questa decisione si è resa necessaria, poiché il sito è visibile
da qualsiasi motore di ricerca e un eventuale libero accesso avrebbe sicuramente portato
qualche noia da parte di smanettoni o “finti” hacker del web. Il prezzo pagato è stato
quello di registrare due responsabili per istituto, che caricassero online i lavori compiuti
da ogni gruppo.
I registrati hanno quindi la possibilità di caricare documenti; modificare le liste dei
partecipanti e pubblicare annunci o news sull’home page. Qualsiasi altra impostazione è
riservata ai due webmaster.
Organizzazione delle pagine
La struttura di un sito web, o di un portal, la si comincia a progettare dalla pagina
principale, l’home page. Da lì si cerca di strutturare le pagine e i collegamenti nel modo
più semplice e intuitivo possibile. Per il portal Scuolalavoro ho deciso di centrare
nell’Home page eventuali annunci o comunicazioni dei webmaster o dei partecipanti al
progetto. Questo perché uno degli obiettivi di un portal è l’aggiornamento costante e
l’informazione a tutti i partecipanti al progetto.
Sulla sinistra ho invece posizionato le aree di sviluppo dell’intero progetto;
sostanzialmente ogni istituto ha una cartella web dove caricare i propri documenti, più
una cartella comune a tutti per file di interesse globale. Il caricamento dei documenti è
estremamente semplice, è sufficiente entrare nella cartella desiderata e seguire le
istruzioni su video. Ho comunque uploadato una breve guida per il caricamento, onde
evitare qualsiasi dubbio. Lo stesso vale per qualsiasi altra operazione consentita ai
partecipanti al progetto. Sono presenti le istruzioni e i passi da compiere per svolgere
l’operazione, tutto quanto in italiano e spiegato chiaramente.
Nella parte superiore i link portano alle varie sezioni generali del sito, come “Home
Page”, “Documenti”, “Annunci”, “Impostazioni”. In modo da consentire un facile
ritorno in fase di navigazione.
Nella parte destra sono invece presenti link relativi agli istituti partecipanti, o ad altre
aree di interesse comune. E’ inoltre presente una lista dei partecipanti per istituto,
raggiungibile da un semplice link posto nella parte superiore.
A primo impatto le pagine possono sembrare povere di dettagli, ma questa struttura ha
consentito, a scapito della grafica, di fornire un valido ed efficiente strumento di
interscambio dati, oltre a rendere disponibili i lavori di ogni istituto. Inoltre bisogna
specificare che le singole relazioni di istituto verranno curate dagli allievi stessi, e il
problema dell’impatto visivo passerà ad essi.
Programmazione
3.5 – Relazione relativa il sito web realizzata da Parlanti Roberto (5^F) e
Cavallo Daniele (5^B).
Il portale web Scuolalavoro nasce come strumento di scambio di dati e documenti tra gli
istituti partecipanti al progetto CIPE Macchina Elettrica. L’ideazione, risalente a prima
di Natale, ha tenuto conto di un parametro fondamentale, il file-sharing. Pertanto tutto il
lavoro è stato volto in quella direzione. Il progetto generale riguarda la progettazione di
un auto elettrica sotto tutti i suoi aspetti, singolarmente curati da sei istituti diversi per
ogni campo di competenza. Tutta la fase di studio è stata supportata dall’Unione
Industriale di Torino, e in fase di creazione i vari istituti si sono appoggiati a grosse ditte
di design automobilistico. (Bertone, Pininfarina).
All’ITIS E.Majorana è dunque toccato l’impianto elettronico dell’auto e il supporto
informatico dell’intero progetto. Per questo secondo compito si è subito pensato ad un
sito web in grado di presentare l’intero progetto e divulgare le informazioni dei vari
istituti. Successivamente l’idea iniziale del semplice sito è stata modificata in Portale
web. Quali sono le differenze?
Un sito presenta semplicemente un qualunque argomento mentre il portale, oltre alle
funzioni del primo, ha la caratteristica di garantire un’interattività tra l’utente navigatore
e il webmaster che gestisce il tutto. Nel caso del progetto dell’auto è facilmente
comprensibile di come i dati ottenuti dai singoli istituti siano necessari agli altri per
proseguire i lavori (per esempio i gruppi che si occupavano dei sensori elettronici
dovevano comunicare, all’istituto che si occupa del design interni, le dimensioni dei vari
display da inserire nel cruscotto dell’auto).
Creazione
E’ così nato il portale. Grazie all’attività formativa di Stage svolta nel mese di Febbraio,
e all’aiuto di un semplice programma siamo riusciti a mettere online e in breve tempo un
semplice portal di scambio documenti. L’attività formativa era volta soprattutto alla
programmazione per il web, quindi stiamo parlando di Active Server Pages (ASP),
Javascript e gestione di database in SQL e ORACLE. L’apprendimento in febbraio,
unito a esperienze personali in grafica e web designing, ci ha spinto a scegliere un
prodotto per facilitare il lavoro: Microsoft Sharepoint. Il programma consente di
preparare script per pagine web che consentano l’upload e il download di documenti
direttamente dalla cartella web del server. Nel nostro caso il server del Majorana.
Ovviamente l’applicativo fa uso di script e comandi standardizzati, ma con una buona
dose di elaborazione e riprogrammazione dati abbiamo ottenuto i risultati sperati.
Vi era necessità di caricare online al più presto possibile il portale e abbiamo dovuto
uploadare il tutto senza badare ai dettagli. In questo modo mentre era già in corso lo
scambio di documenti abbiamo potuto aggiustare e mettere a punto le pagine in pochi
giorni per prepararlo al meglio.
3.4 – Prototipi realizzati dalla classe 5^F.
Termometro con pic 16C84.
Il circuito è stato realizzato su un unica basetta relativamente piccola che contiene il
display LCD a 2 righe e 16 colonne.
I termometro misura in parallelo tre temperature provenienti da tre sonde: una
posizionata all'
interno dell'
abitacolo, l'
altra all'
esterno e la terza sul blocco batterie.
Il software, scritto in C standard, provvede a selezionare ciclicamente, tramite L'
ADC
08138, una delle tre sonde, LM335, e visualizza sul display il valore rilevato.
Il processo di taratura è avvenuto sulle singole sonde facendo riferimento ad un
termometro campione.
I sistema può essere alimentato a 12V, il regolatore di tensione LM7805 provvede a
fornire al PIC la corretta alimentazione.
Il range di temperatura di funzionamento va da -20 a +100˚C con risoluzione di + 0.5˚C
Il PIC16C84 è un microcontrollore a 8 bit per tutti gli usi, a basso costo, il software e`
memorizzato sulla memoria EEPROM interna.
Programma contak.c
Diagramma di flusso:
START
configura pin I/O, iniz. LCD
Visualizza su LCD II°
riga
Km/h xxxxxx xxx,x
TMR0=0
Delay1s
Vel=TMR0
TMR0=0
Vel > decim
hmp=hmpVisualizza su LCD I°
riga
xxx Km/h
Aggiorna Km
parz. in
EEDATA
SI
Hmp>
=
Visualizza su LCD II°
riga
Km/h xxxxxx xxx,x
NO
In_azz
=0
Aggiorna Km
totali in
EEDATA
SI
Scrivi 000,0 in
EEDATA Km par
NO
Visualizza su LCD II°
riga
Km/h xxxxxx xxx,x
EEwrite('0');
EEwrite('0');
EEwrite('0');
EEkmrd();
}
}
}
TMR0 = 0;
// Azzera il TIMER
while(1)
{
Delay1s();
vel = TMR0;
TMR0 = 0;
// Azzera il TIMER
sdec(vel);
LcdComm(0x85);
//Cursore I riga pos. 5
LcdData(s[0]);
// time x vis I riga 4ms
LcdData(s[1]);
// 72usec
LcdData(s[2]);
LcdData(' ');
LcdData('K');
LcdData('m');
LcdData('/');
LcdData('h');
LcdData(' ');
LcdData(' ');
LcdData(' ');
hmp += vel;
if (hmp >=374)
// 374 imp. x 100m D=51 cm
{
hmp -=374;
EEADR=1;
EErdwr();
// incr. hmp ADDR=1
if(Flags.0)
{
EEADR=3; // agg. Kmparz da ADDR=3
while
(Flags.0)
{
Flags.0=0;
EErdwr(); // si autoincrementa
}
}
EEADR=0;
EErdwr();
// incr. hm ADDR=0
if(Flags.0)
{
EEADR=8; // agg. Km da ADDR=8
while
(Flags.0)
{
Flags.0=0;
EErdwr();
}
}
EEkmrd();
}
if(IN_azzp == 0)
{
EEADR=1;
EEwrite('0');
EEwrite(',');
PORTA=0;
PORTB=0;
lcd_init();
//
}
void EEkmrd(void)
{
LcdComm(0xc0);
//inizio II riga
LcdData('K');
LcdData('m');
LcdData(' ');
EEADR=13;
// da 13 a 1
do {
EECON1.RD=1;
LcdData(EEDATA);
}
while(EEADR--);
}
void EErdwr(void)
{
EECON1.RD=1;
EEDATA++;
if(EEDATA >'9')
{
EEDATA= '0';
Flags.0=1;
}
EEwrite(EEDATA);
}
void EEwrite(uchar x)
{
EEDATA=x;
EECON1.WREN=1;
INTCON.GIE=0;
EECON2=0x55;
EECON2=0xaa;
EECON1.WR=1;
INTCON.GIE=1;
while(EECON1.WR);
EECON1.WREN=0;
EEADR++;
}
void main()
{
uchar
vel;
long hmp;
init();
EEkmrd();
delayms(30);
PORTB=0x20;
LCD_E = 1;
delayms(5);
LCD_E = 0;
delayms(4);
LcdComm(0x28);
LcdComm(0x0c);
LcdComm(0x06);
LcdClear();
//set 4 bit data bus 2 line
//set disp on curs off blink off
//set incr, no shift
}
void Delay1s(void)
// Tempo di mis. vel. x D=51 cm
{
// 6 imp x giro
delayms(239); //961ms - 5 x visual. riga
delayms(239);
delayms(239);
delayms(239);
}
void sdec(uchar x)
{
s[0]='0';
while(x>=100)
{
s[0]++;
x-=100;
}
s[1]='0';
while(x>=10)
{
s[1]++;
x-=10;
}
if(s[0]=='0')
s[0]=' ';
s[2]='0'+x;
}
void init(void)
{
OPTION=0b00101000;
//PSA=1> 1:1, T0SE=0>fr. sal,
T0CS=1>ck da RA4
TRISB=0;
//
TRISA=0x11;
//RA4>IN_ck, RA0>IN_azzp
}
while(y--);
}
void del100u(void)
{
uchar x=19;
while(x--);
}
void enable(void)
{
LCD_E=1;
del100u();
LCD_E=0;
del100u();
}
void LcdComm(uchar z)
{
PORTB =z;
LCD_RS = 0;
enable();
SWAPF(z);
PORTB =z;
LCD_RS = 0;
enable();
}
void LcdData(uchar z)
{
PORTB =z;
LCD_RS = 1;
enable();
SWAPF(z);
PORTB =z;
LCD_RS = 1;
enable();
}
void LcdClear(void)
{
LcdComm(0x01);
delayms(2);
LcdComm(0x80);
}
void lcd_init(void)
{
//set
//set
PROGRAMMA IN LINGUAGGIO C
/*
contak1.c
tachimetro + contakm totale e parziale su LCD
;CATALANO F. 16/3/02 LCD4
RAM
ROM 314
O.k.
; Osc=4MHz, Ruota: D=51cm con 6 impulsi x giro 374 imp x
100m
su LCD 16x2 :
105 Km/h
: Vel.
Km Tot. :Km 000016 008,3: Parz.
*/
#pragma memory ROM [15] @ 0x2100;
#asm
DW
'0','0',',','0','0','0',' ',' ','0','0','0','0'
DW
'0','0'
#endasm
#include <16c84.h>
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#endif
#define IN_azzp
PORTA.0
#define IN_ck
PORTA.4
// LCD Control lines
#define LCD_RS
PORTB.2
#define LCD_E
PORTB.3
#define LCD_DB4
PORTB.4
#define LCD_DB5
PORTB.5
#define LCD_DB6
PORTB.6
#define LCD_DB7
PORTB.7
uchar
s[3];
bits Flags;
void
EEwrite(uchar x);
void LcdComm(uchar z);
void LcdData(uchar z);
void
EErdwr(void);
void delayms(uchar y)
{
do
{uchar x=198;
while(x--);
// pin_17
// pin_3
// pin_8
// pin_9
// pin_10
// pin_11
// pin_12
// pin_13
Master:
schemi elettrici:
sulla cui uscita abbiamo i 5V, e per il circuito della regolazione della velocità del
motore. La parte principale dello schema è costituita dal micro (integrato U1) 16F84 che
svolge tutte le funzioni inerenti l’applicazione e per la visualizzazione viene utilizzato un
display lcd intelligente (integrato U2) del tipo 16*2, CDC4162.
Il controllo della velocità del motore è ottenuto mediante l’integrato U4, un LM555 in
cui attraverso il trimmer R3 si fa variare il D%:
Dmin =
R4
R4 + R3 + R5
Dmax =
R4 + R5
R4 + R3 + R5
Il led D2 da una indicazione visiva del valore medio della tensione d’uscita se
Dmin(spento o poca luce) se Dmax(acceso bene). Il transistor Q1 un 2N1711 fornisce la
corrente sufficiente per il pilotaggio del motore in CC. E’ da notare la presenza del diodo
D1 in quanto il carico è di tipo induttivo.
L’oscillatore del micro è costituito da un risonatore ceramico da 4 MHz con i 2
condensatori C3, C4 da 33pF. L’ingresso degli impulsi provenienti dall’optoaccopiatore
è applicato sull’ingresso Ra4 dell’integrato U1. Al connettore JP2 fanno capo
l’alimentazione e la massa dell’optpaccopiatore.
Quando la ruota presenta la parte piena al led, il foto BJT e off e VR8=0 mentre in
corrispondenza del foro il led illumina il foto BJT mandandolo in saturazione pertanto
VR8=Vcc.
Tra il PIN 3 e 4 di J2 è presente il tasto di azzeramento parziale in quanto la tensione su
RA0 normalmente alta mediante R7 viene mandata a 0. Sul PIN 3 del display è collegato
verso massa la resistenza R2 (2,7K) per fornire un adeguato contrasto al display. Il
display è utilizzato con 4 bit, i più significativi (D4-D7), mentre i meno significativi
(D0-D3) sono a massa. Complessivamente sono utilizzati solo 6 PIN del micro per la
gestione del display lcd.
3° COLLAUDO
Finito di saldare possiamo collaudare il nostro circuito, questa fase ci darà il responso
finale sulla riuscita o meno del nostro progetto.
PIC 16C84
Ha un architettura di tipo risc, e si programma con 35 istruzioni, ognuna di queste avrà
una riga di memoria. Tutte le istruzioni vengono eseguite in un tempo di ciclo (che nel
nostro caso corrisponde a 1us), mentre i salti vengono eseguiti in due cicli.
Ha una frequenza di oscillazione di 4 MHz, ma lo si può far arrivare fino a una
frequenza massima di 10 MHz.
Il nostro microcontrollore a al suo interno due tipi di memorie:
-la memoria programma: a 1 Kword di capacita, che corrispondono a 1024 istruzioni. E’
una memoria non cancellabile, può essere variata solo dal programmatore e non si
cancella allo spegnimento.
-la memoria dati (RAM): è una memoria volatile, il nostro è ha 8 bit,cioè lavora con dati
a 8 bit. Come già detto è una memoria volatile che quindi allo spegnimento del circuito
verrà resettata.
COMMENTO SCHEMA ELETTRICO
Si divide in 3 blocchi, il primo in alto a sinistra è l’alimentatore, al cui ingresso viene
applicata la tensione proveniente da un trasformatore da parete regolato a 9V. Tale
tensione viene utilizzata come ingresso sia dello stabilizzatore, ottenuto con LM7805
PROGETTO
Questa fase deve essere svolta con particolare attenzione, in quanto anche un piccolo
errore di calcolo potrebbe comportare una serie di errori successivi (i calcoli sono spesso
concatenati l’uno con l’altro) che altererebbe il funzionamento del nostro circuito.
La prima cosa da fare e fare uno schema grossolano del circuito che dobbiamo
realizzare, questo primo abbozzo viene chiamato schema a blocchi, in quanto il circuito
viene progettato secondo i blocchi di funzionamento.
A questo punto si analizza blocco per blocco lo schema per progettare le singole
caratteristiche dei vari blocchi di funzionamento, trovate queste bisogna passare alla
progettazione di ognuna affinché corrispondano alle direttive volute.
Adesso possiamo unire i vari progetti in un unico disegno chiamato schema elettrico. In
questo schema sono presenti tutti i componenti, con i loro relativi dati (es. per una
resistenza avremo il suo nome, la sua resistenza espressa in ohm, ed il suo contenitore) e
tutti i collegamenti da effettuare.
Infine dopo avere verificato su computer mediante il programma Orcad la corretta
realizzazione del circuito (viene fatto un controllo elettrico) possiamo passare al
realizzazione della piastrina. Prima della realizzazione pratica dobbiamo fare il disegno
della piastrina (consiste nel disegno delle singole piste e dei contatti dove inserire i
componenti). Questo processo viene fatto prima su carta e dopo aver appurato la sua
corretta realizzazione fatto su computer, sempre mediante il programma Orcad, il quale
per controllo ci dirà se i componenti sono collegati secondo lo schema elettrico, e se
abbiamo fatto tutti i collegamenti necessari.
A questo punto si stampa il tutto e si realizza la piastrina mediante tecniche simili a
quelle fotografiche, e grazie ad alcuni bagni chimici a cui viene sottoposta la piastrina.
Realizzata questa prima di poter montare i componenti bisogna controllare mediante il
tester (in funzione di cicalino) che le piste siano state fatte in maniera corretta, cioè non
ve ne siano di interrotte.
Sicuramente la parte più complicata è quella di programmazione del microcontrollore,
per questo prima di programmare il nostro micro abbiamo eseguito una simulazione a
computer del programma. Dopo aver appurato il buon funzionamento del nostro
programma abbiamo caricato il programma nel micro, grazie all’ausilio di un dispositivo
chiamato programmatore. Questo si collega alla seriale del computer; la quale fornirà i
dati da trasferire.
2° REALIZZAZIONE
Questa fase è la fase di saldatura. I componenti vengono fissati alla basetta medianti
saldatura con stagno, in questa operazione bisogna fare particolarmente attenzione a non
eseguire saldature a freddo, che rischierebbero di saltare o di non dare una buona
conducibilità elettrica. Per far si che queste non si verifichino bisogna riscaldare
attentamente le due parti che andranno a contatto con lo stagno liquido.
La prima funzione che troviamo è init() che assegna i pin della portb come uscita, i pin
della porta come ingresso e il pin RA4 come ingresso degli impulsi al timer sul fronte di
salita e richiama lcd_init() per l’inizializzazione dell’lcd. In tale sottoprogramma viene
stabilito che l’accesso deve avvenire a 4 bit, che utilizziamo 2 linee di visualizzazione,
dopo di che con lcdclear() azzeriamo lo stesso.
Troviamo successivamente la funzione EEKmrd() il cui scopo è quello di scrivere la
seconda riga dell’ lcd scrivendo prima Km e poi leggendo e visualizzando i valori
presenti nella memoria Eedata dall’indirizzo 13 all’indirizzo 1.
A questo punto azzeriamo il timer con la funzione TMR0=0 per poter iniziare il
conteggio degli impulsi provvenienti dalla ruota. Ora inizia un ciclo infinito in cui
troviamo delay1s che determina una attesa di 961ms corrispondenti al tempo di misura.
Successivamente il valore presente nel timer TMR0 viene salvato nella variabile vel, il
timer viene azzerato, il valore di vel attraverso la funzione sdec(vel) viene convertito in
decimale i cui valori si trovano in s[0](centinaia di Km/h), s[1](decine) e s[2](unità). Tali
valori vengono inviati all’ lcd attraverso la ripetuta chiamata di LcdData in questo modo
è completata la visualizzazione della prima riga.
A questo punto viene considerata la parte relativa al conteggio dei chilometri. Il valore di
vel viene aggiunto agli ettometri parziali e se tale valore supera 374 (impulsi per 100m)
decremento la hmp di 374 e incremento di 1 il valore degli ettometri con eventuale
riporto nelle cifre successive e memorizzazione dei nuovi valori nella memoria EEData.
Dopo di che viene eseguita la funzione EEKmrd() per aggiornare la seconda riga del
display con il nuovo valore dei chilometri.
L’ultimo controllo effettuato prima di concludere il ciclo principale è quello di
controllare il tasto per l’azzeramento dei chilometri parziali, infatti se il valore su tale
ingresso (RA0) è 0 nella memoria EEData a partire dall’ indirizzo 1 viene scritto 0,000.
La descrizione schematica del programma è riportata anche nel diagramma di flusso
allegato.
REALIZZAZIONE:
La fase di realizzazione e suddivisa in tre parti:
1°-progetto
2°-assemblaggio (che sarebbe la parte costruttiva vera e propria)
3°-collaudo
quanto devo memorizzarli in modo permanente per non perderli in caso di mancanza
della tensione di alimentazione.
Lo schema seguente semplifica la lettura:
Add: 0
13
Dato 0
0
1
2
3
4
5
0
,
0
0
0
6
7
8
5
9
3
10
11
12
0
0
0
analizziamo ora indirizzo per indirizzo:
indirizzo 0=vi sono gli ettometri totali, non possono essere azzerati e non vengono
visualizzati
indirizzo 1=vi sono gli ettometri parziali, hanno la funzione di azzeramento e vengono
visualizzati su lcd
indirizzo 2=vi è la virgola che divide gli ettometri dalle unità dei chilometri, ed è una
funzione che non può essere variata dall’utilizzo del circuito
indirizzo 3, 4 e 5 vi sono le unità, le decine e le centinaia dei chilometri parziali che
vengono visualizzati su lcd e sono azzerabili mediante il pulsante presente sulla scheda.
indirizzo 6 e 7=rimangono vuoti per separare i chilometri parziali dai totali.
indirizzo 8,9,10,11,12 e 13=vi sono nell'
ordine le unita, le decine, le centinaia, migliaia,
decine di migliaia e centinaia di migliaia dei chilometri totali.
#include= qui bisogna inserire le costanti del microcontrollore, in particolare bisogna
inserire il tipo di microcontrollore utilizzato
#ifndef=
#define=
al posto di scrivere ogni volta unsigned char si scrive solamente
uchar
#define= definisce delle costanti, nel nostro caso abbiamo definito con IN_azz la
PORTA.0
uchar S[3]=indica il numero di vettori, nel nostro caso sono 3, e servono per indicare le
unità, decine e centinaia nella conversione da binario a decimale
void= indica che la funzione non deve restituire alcun valore in uscita
uchar= indica che la variabile può valere da 0 a 255, e indica che c’è un dato ho in
entrata o in uscita. Se uchar e all’inizio della riga il dato è in entrata mentre se è dopo il
sottoprogramma indica che il dato è in uscita
swapz= indica che c’è uno scambio nel valore del byte tra i 4 bit meno significativi e
quelli più significativi.
Se troviamo un carattere compreso fra due apici significa che viene considerato il codice
ASCII dello stesso, tale funzione viene utilizzata per inviare i caratteri al display lcd.
Il programma è costituito da un certo numero di funzioni chiamate sottoprogrammi,
normalmente chiamata dal programma principale, il main.
conoscendo ora il numero di impulsi che la ruota ci fornisce ad ogni rotazione
completa(inoltre dobbiamo anche notare che la ruota ci fornisce l’impulso ogni volta che
compie una rotazione di 60°) possiamo sapere il numero di impulsi che vengono generati
ogni 100m:
N °impulsi = 62,42 * 6 = 374
dove 6 è il numero di impulsi a rotazione.
Abbiamo dovuto usare 6 impulsi in quanto per poter apprezzare una variazione di
velocità di 1 Km/h la nostra ruota ci dovrà fornire almeno un impulso in più a quelli
della velocità precedente.
Ad ogni variazione di velocità (di 1 Km\h) avremo un:
∆V = 1km = 0,277 m / s
da cui possiamo ricavare la variazione di rotazione
∆f =
0,277
= 0,173 giri / sec ondo
1,6
infine calcoliamo il numero di impulsi che dovrà fornirci la ruota a ogni rotazione
completa in modo tale che possiamo apprezzare tale variazione mediante questa
uguaglianza:
1 = ∆f * N
N=
1
= 5,7
∆f
Naturalmente non è possibile fornire 5,7 impulsi per cui si approssima per eccesso a 6.
Vel.
m/s
rotazione
imp/sec
imp/Tmis
10 km/h
2,77
1,73 g/s
10,4
10
11 km/h
3,05
1,9 g/s
11,4
11
100 km/h 27,77
17,3 g/s
103,8
100
controllando il numero di impulsi fornito dalla ruota a queste tre velocità notiamo che gli
impulsi al sec non coincidono con quanto vogliamo visualizzare pertanto abbiamo deciso
di utilizzare un tempo di misura diverso da 1 sec in modo da correggere tale diversità:
10,4 : 1sec = 10 : x
x=
1 * 10
= 961m / s
10,4
x =tempo di misura = Tmis.
Dopo aver trovato questi dati abbiamo potuto passare alla programmazione vera e
propria.
Per poter comprendere meglio il lavoro svolto spiegheremo il significato delle funzioni
principali presenti nel programma scritto in linguaggio C:
dopo il commento iniziale racchiuso tra /* e */ troviamo una procedura che permette
di scrivere nella memoria dati EEPROM i valori iniziali dei KM totali e parziali in
3.3 – Prototipi realizzati dalla classe 5^D.
Contachilometri e tachimetro digitale.
INTRODUZIONE:
Lo scopo di questo progetto è quello di realizzare un circuito con funzione di tachimetro
e visualizzazione della velocità in km/h oltre a quella di contare sia i chilometri totali
percorsi dall’auto che i chilometri parziali con la possibilità di azzeramento di questi
ultimi.
Per la realizzazione del circuito ci siamo attenuti alle specifiche del progetto che
prevedevano l’utilizzo di una ruota di dimetro 51 cm, sul cui asse abbiamo calettato un
disco con sei piccole calamite mentre a pochi millimetri di distanza un sensore ne sente
il passaggio fornendo degli impulsi che il circuito elabora per ricavare sia la velocità del
mezzo che lo spazio percorso. Per le prove si è utilizzato un piccolo motore elettrico in
cc a 12V (la cui velocità di rotazione è stata variata mediante un semplice circuito)
avente sull’asse un disco opaco con sei fori verso il bordo e in corrispondenza di questi
un diodo led ed un fototransistor che ne sentono la presenza. Gli impulsi vengono
elaborati dal microcontrollore un PIC16F84 che provvede al pilotaggio del display lcd
su cui leggiamo la velocità nella riga superiore mentre i Km percorsi sia totali che
parziali in quella inferiore.
COMPONENTISTICA:
Per la realizzazione del circuito ci siamo preoccupati di costruire un sistema affidabile,
compatto cercando contemporaneamente di ridurre il più possibile i costi di
realizzazione.
Come componentistica abbiamo usato:
-1
PIC16F84,
-1
display lcd 16x2,
riuscendo cosi in entrambi i nostri scopi.
PROGRAMMAZIONE:
Prima di passare alla programmazione vera e propria abbiamo dovuto eseguire alcuni
calcoli per determinare il tempo di misura che dovremo dare al nostro contachilometri e
il numero di impulsi che serve per fare un ettometro partendo dalla circonferenza della
ruota:
C = 2 * π * r = π * d = π * 51 = 160,2cm = 1,602m
ora dobbiamo sapere il numero di rotazioni che la ruota compirà ogni 100 metri:
N ° giri =
100m
= 62,42 giri
1,602
SBROGLIATO DEL RICEVITORE
Abbiamo usato due comparatori da quattro bit, anziché uno da otto, perché il programma
utilizzato per realizzare lo stampato (Orcad 4.20) non ha tale integrato nelle sue librerie.
Sincronizzazione bit di uguaglianza (E)
L’uscita del comparatore viene portata sull’ingrasso D di un Dflip-flop il cui clock è
realizzato con un’uscita più significativa del contatore rispetto a quella utilizzata
precedentemente (Q12 anziché Q9). Tale uscita, negata, ha il fronte di salita in
corrispondenza dell’ottavo colpo di clock dopo il reset del contatore: si troverà quindi al
centro del bit di uguaglianza.
In questo modo rendiamo sincrono il riconoscimento di uguaglianza inibendo il
dispositivo dalle alee indesiderate che renderebbero precario il funzionamento del
circuito.
Dispositivo di uscita (F)
L’uscita del primo flip-flop diventa il clock del secondo che lavora come toggle: ad ogni
fronte di salita del clock il livello in uscita cambia stato. Visualizziamo tale situazione
con l’accensione di un led.
Descrizione dello schema a blocchi
Nella figura è presentato lo schema a blocchi del ricevitore. Ogni funzione logica
realizzata è rappresentata da una lettera.
Interfaccia di ingresso dati (A)
I bit sono ricevuti sotto forma di impulsi luminosi e trasformati in livelli di tensione
tramite un fotodiodo e un opportuno circuito di interfaccia.
Circuiti di temporizzazione (B)
La prima parte del circuito è costituita da un oscillatore a quarzo (frequenza 1MHz) che
genera una frequenza molto stabile. L’onda quadra così generata entra in un contatore
binario da noi utilizzato come divisore di frequenza. La logica di reset del contatore è
analizzata nel paragrafo successivo.
Sincronizzazione dati (C)
Il primo bit della sequenza entrante (H), obbligatoriamente posto a livello logico alto,
pilota il monostabile1 che crea un impulso molto veloce.
Tale impulso ha due finalità:
1. Resettare il contatore da noi utilizzato come clock, in modo da sincronizzare il fronte
di salita del clock con il centro del bit.
2. Pilotare un secondo monostabile che inibisce i successivi bit a livello logico alto
presenti nella sequenza entrante.
Se così non fosse il contatore sarebbe resettato ogni volta che riceve un bit a uno;
mentre, grazie al secondo monostabile, è solo il primo bit ad avere funzione di
reset.
Confronto dati (D)
Dopo aver sincronizzato il clock con i bit il registro (SIPO) inizia a lavorare
trasformando gli otto bit seriali in ingresso in otto paralleli in uscita.
Questi vengono comparati con quelli impostati dagli switches per mezzo di due
comparatori.
Se il risultato della comparazione è un’uguaglianza l’uscita dell’ultimo comparatore va
alta per un tempo pari a un colpo di clock (Q9).
Temporizzazioni
ABCDEFGH
PAROLA
H G
Entra per primo il bit
H, il bit A per ultimo.
01 0 0 11 0 1
F
E
D C B
A
BIT
Tbit = 0,5msec
MONOSTABILE1
Tmonostabile =
MONOSTABILE2
Tmonostabile =
CLOCK
Q9 = REGISTRO
f=2KHz
BIT DI
UGUAGLIANZA
ALL’USCITA DEL
COMPARATORE
CLOCK
Q12neg = DFLIP-FLOP
f=250Hz
Qneg FLIP-FLOP = CLOCK
TOGGLE
USCITA
TOGGLE
Schema a blocchi
INTERFACCIA:
A
AQUISIZIONE DATI
D
A
T
I
PAROLA IMPOSTATA
C
S
E
R
1° BIT
D
O
I
A
L
I
CK
IMPULSO
MONO
STABI
LE
R
E
G
I
S
T
R
O
S/P
C
O
M
P
A
R
A
T
O
R
E
DATI
PARALLELI
MONO
STABI
LE
UGUAGLIANZA
2
E
D
F-F
B
OSCILLATOR
E
RESET
CLOCK
C
O
Q9N
T
A
T
O
R
E
CK
Qneg
D
Q
Q12
TOGGLE
INTERFACCIA:
PILOTAGGIO LED
F
Questa parte del progetto riceve la parola generata dal trasmettitore sotto forma di
impulsi luminosi.
Tale parola viene comparata con quella impostata.
Quindi l’obiettivo è di aprire o chiudere un contatto quando il risultato della
comparazione è un’uguaglianza.
Trattandosi di una trasmissione asincrona la principale difficoltà è stata relativa alla
sincronizzazione dei segnali; infatti le due parti del progetto (trasmettitore e ricevitore)
utilizzano clock con la stessa frequenza nominale, ma diversi.
SBROGLIATO DEL TRASMETTITORE
RICEVITORE
Descrizione dello schema a blocchi
Nella figura è presentato lo schema a blocchi del trasmettitore. Ogni funzione logica
realizzata è rappresentata da una lettera.
Temporizzazioni (A)
La prima parte del circuito è costituita da un quarzo (frequenza 1Mhz) che genera un
clock a 1MHz, questo entra in un contatore da noi utilizzato come divisore di frequenza.
L’uscita Q9 del contatore è utilizzata come clock nel resto del circuito ed è a frequenza
di cira 2KHz.
Abbiamo collegato un circuito RC al reset del contatore in modo che venga resettato nel
momento in cui il circuito viene alimentato.
Il sistema lavora fino a quando l’uscita Q14 diventa alta bloccando il clock del contatore
e interrompendone il conteggio.
Shift-Load (B)
Il flip-flop, anch’esso resettato dallo stesso circuito RC, ritarda di un colpo di clock
(Q9) l’uscita Q13 del contatore che corrisponde al CLEAR del registro (PISO).
In questo modo abbiamo creato l’ingresso Shift/Load del registro.
Transizione bit (C)
Quindi il registro è in grado di caricare i bit al primo colpo di clock (quando il
CLEAR è alto e lo S/L è basso) e di scaricarli serialmente ai colpi successivi
(quando sia lo S/L che il CLEAR sono alti).
Uscita bit seriali (D)
All’ uscita del registro i bit seriali sono trasformati in impulsi luminosi tramite un
circuito di interfaccia e un led ad infrarossi.
Temporizzazioni
PAROLA
Esce per primo il
bit H, il bit A per
ultimo.
ABCDEFGH
01 0 0 11 0 1
H G
F E
D C
B
A
CLOCK
Q9 = REGISTRO
f = 2KHz
CARICAMENTO
Q13 = CLEAR
f = 125Hz
DATI
SCARICAMENTO SERIALE
DATI
QFLIP-FLOP = S\L
Q9neg = CLOCK
FLIP-FLOP
Q14 = BLOCCAGGIO
f = 63Hz
Usando queste temporizzazioni (cioè destinando Q9 al CLOCK; Q13 al CLEAR e Q14
al bloccaggio del tutto) il registro non riesce a leggere interamente il bit A; perciò lo
forziamo a 0 logico per evitare problemi.
Per ovviare a questo inconveniente avremmo dovuto usare come clock un’uscita più
veloce del contatore: ad esempio Q8.
Schema a blocchi
C
P
A
R
O
L
A
DATI PARALLELI
I
M
P
O
S
T
A
T
A
R
E
G
I
S DATI
T
SERIALI
R
O
P/S
INTERFACCIA:
PILOTAGGIO LED
AD INFRAROSSI
D
CLOCK C
L
E SHIFT-LOAD
A
R
NOR
B
D
OSCILLATORE
CLOCK
C
O
N
T
A
T
O
R
E
Q14
Q13
Q9
RESET
A
Q
F-F
CK
R
R
E
S
E
T
CIRCUITO
RC
TRASMETTITORE
Questa parte del progetto genera una parola, impostata per mezzo degli switches, e la
trasferisce al ricevitore tramite un led a infrarossi quando viene premuto un pulsante.
Quindi questo circuito lavora come un telecomando.
Le caratteristica principale del trasmettitore sono:
a) E’ alimentato solo nel momento in cui il pulsante è premuto;
b) Genera una sequenza veloce (la parola dura circa 4 msec).
Queste due caratteristiche permettono un consumo molto limitato e quindi una
lunga durata della batteria.
Trasmissione seriale e parallela
TRASMISSIONE PARALLELA: I bit viaggiano contemporaneamente su 8 linee
parallele diverse.
TRASMISSIONE SERIALE: I bit viaggiano sequenzialmente, cioè uno di seguito
all’altro su un’unica linea.
La trasmissione parallela comporta alte velocità di trasmissione, in quanto un Byte è
trasmesso nello stesso tempo di un solo bit, ma comporta un maggiore ingombro di
circuiti elettrici e di collegamenti.
La trasmissione seriale, al contrario, comporta una minore velocità di trasmissione dati,
ma una maggiore semplicità di collegamenti, e quindi minori costi.
Trasmissione asincrona e sincrona
Nel caso di TRASMISSIONE ASINCRONA, detta anche aritmica o start-stop, ogni
carattere è preceduto da un bit di inizio carattere, detto di start, ed è seguito da uno o più
bit di stop. La funzione dei bit di start e stop è di garantire la sincronizzazione del
ricevitore col trasmettitore, permettendo al ricevitore di riconoscere l’inizio e la fine del
carattere.
La trasmissione asincrona viene impiegata per basse velocità di trasmissione, fino a 1200
b/s. Essa viene utilizzata quando il trasmettitore (terminale) fornisce i dati in modo
discontinuo nel tempo, come nel caso di utente che opera su una tastiera; in linea si
hanno quindi successioni di bit intervallati da situazioni di riposo. Essa risulta inoltre di
realizzazione più semplice circuitalmente e quindi meno costosa.
In questa trasmissione inoltre il clock del trasmettitore non è lo stesso di quello del
ricevitore anche se risultano uguali nominalmente (non c’è bisogno di sincronismo del
clock).
Nella TRASMISSIONE SINCRONA, invece più moderna ma più complessa, è
generato un clock per sincronizzare i due apparati trasmittente e ricevente in modo da
consentire al ricevitore il confronto tra la portante numerica ed il treno di bit in ricezione
per estrarre l’informazione trasmessa.
DESCRIZIONE GENERALE
Il dispositivo in oggetto è in grado di generale, lato trasmissione, una sequenza dati
seriale di otto bit programmabile mediante dip switch e di ricevere e decodificare, lato
ricezione, gli stessi bit confrontandoli con una parola programmata sempre mediante dip
switch.
Se la sequenza ricevuta è uguale a quella impostata sul ricevitore, il circuito fa
commutare l’uscita.
Il dispositivo può simulare quindi, a tutti gli effetti, un telecomando per l’apertura e la
chiusura delle porte di un’autovettura (simulato dall’accensione di un led).
Essendo comunque l’apparato in oggetto di tipo didattico e a livello sperimentale,
facciamo notare i limiti e i problemi incontrati durante la progettazione e la realizzazione
dei circuiti:
• I circuiti integrati utilizzati, vista la disponibilità presente in Istituto, sono di
famiglie logiche diverse (TTLLS e CMOS): ciò ha creato qualche problema di
interfaccia;
• Il led e il fotodiodo usati in TX e RX sono stati recuperati in laboratorio senza
preoccuparci eccessivamente delle caratteristiche elettriche-ottiche: la distanza
coperta è al massimo di circa 10cm, ma questo nulla toglie alla validità del sistema;
• La sequenza casuale utile è di sei bit in quanto il primo bit della sequenza è fisso (1
logico = led ON necessario per la sincronizzazione della sequenza in ricezione) e
lottavo bit deve essere a 0 a causa di un’imprecisione progettuale. In ogni caso, con
modeste variazioni progettuali, si può far sì di aumentare a piacere il numero di bit
della sequenza.
In ogni caso, nonostante questi inconvenienti l’obiettivo prefissato è stato raggiunto.
Siamo riusciti cioè a concretizzare, nei limiti delle nostre conoscenze e col materiale a
nostra disposizione, un progetto teorico che richiedeva competenze di elettronica
analogica e digitale (cablata), telecomunicazioni, oltre a tecnologia, disegno e
progettazione necessaria per la fase di realizzazione e di messa a punto del circuito.
Nelle pagine che seguono, dopo una breve introduzione sulla teoria della trasmissione e
il confronto tra trasmissione sincrona e asincrono e seriale e parallela, sono riportati gli
schemi a blocchi e le temporizzazioni del trasmettitore e del ricevitore, oltre agli
sbrogliati dei circuiti stampati.
3.2 – Prototipi realizzati dalla classe 5^C.
Sistema di chiusura centralizzata delle porte con telecomando.
Il progetto consiste nel progettare un circuito che permetta l’apertura e la chiusura
centralizzata delle porte di un’auto. Per ottenere questo è necessario ideare due blocchi,
il primo è costituito dal trasmettitore (telecomando), mentre il secondo è il ricevitore
(questo circuito verrà montato sull’auto).
Il componente di maggior rilievo del trasmettitore è il registro a scorrimento 74HC166
(8 bit parallel in / serial out). Questo integrato ha in ingresso 8 bit in parallelo (codice del
telecomando), i quali vengono impostati da uno switch, in uscita questi sono seriali e
possono essere trasmessi attraverso un led ad infrarossi o una fotoresistenza al ricevitore.
Quest’ultimo mediante l’integrato 74HC164 (8 bit serial in / parallel out) dopo averli
ricevuti ha il compito di paragonarli con quelli che ha in memoria (codice segreto) e se
sono uguali apre un relè (simulazione chiusura centralizzata).
L’LM324 viene alimentato con una tensione stabilizzata di 28 V fornita dallo Zener
DZ2. Un altro zener (DZ1) fornisce la tensione di riferimento agli operazionali che
funzionano come comparatori di tensione. Per verificare lo stato di carica delle batterie
viene misurata la corrente assorbita dalle stesse. A tale scopo in serie alle batterie è
presente una resistenza di basso valore la cui caduta di tensione viene comparata con
quella di riferimento. Quando la corrente di carica scende sotto i 100 mA, il led di
segnalazione LD2 passa dal rosso al verde segnalando che la carica è terminata. La
stessa, tuttavia, non viene interrotta, mantenendo in “tampone” le batterie. Di questo
circuito fanno parte gli operazionali U2c e U2b mentre gli altri due OP-AMP è affidato il
compito di verificare se i morsetti di uscita è presente o meno la batteria oppure se i due
terminali sono in corto circuito. In entrambi questi ultimi due casi viene attivato un
fotoaccoppiatore il quale, come abbiamo visto prima, limita il funzionamento del PWM.
Mediante il trimmer R25 e R29 è possibile impostare le soglie di intervento del circuito.
Anche per U2d (che controlla la soglia di intervento di corto circuito) è possibile
effettuare una sorta di taratura eliminando R15 ed aumentando così la soglia di
intervento.
Dal punto di vista pratico, anche la realizzazione del circuito di ricarica non presenta
particolari difficoltà. L’unico componente da autocostruire è il trasformatore in ferrite le
cui dimensioni debbono garantire una potenza di almeno 80 - 100 W. Tutti gli
avvolgimenti sono realizzati con filo di rame smaltato di diametro di 0.30 - 0.40 mm;
l’avvolgimento primario necessita di 100 spire, quello secondario di 25 spire mentre per
quello che garantisce tensione al TL3842 sono sufficienti 8 spire.
Il mosfet di potenza ed il doppio diodo FAST vanno muniti di dissipatore.
L’indicatore di carica e scarica del pacco batterie è realizzato con una serie di led di tre
diverse tonalità (rosso,giallo e verde). Il verde indica la piena carica delle batterie,il
giallo individua una via di mezzo,mentre il rosso indica ovviamente la completa scarica
delle batterie.
Il sistema presenta quattro terminali, due di essi utilizzati per l’alimentazione della
basetta (5 V) mentre gli altri due vengono collegati al sistema di alimentazione.
• Carica batteria con visualizzatore di carica.
CARATTERISTICHE DEL CIRCUITO
Il carica batterie è un circuito destinato, per l’appunto, a ricaricare il pacco di batterie
dell’auto mediante una tensione di rete.
Il circuito da noi messo a punto utilizza (per quanto riguarda la conversione AC-CC) un
sistema PWM che consente l’eliminazione del trasformatore di potenza.Con la tensione
continua ottenuta ricarichiamo le batterie e verifichiamo, con un apposito circuito, lo
stato di carica interrompendolo quando le batterie sono cariche.
FUNZIONAMENTO
La tensione alternata a 220 V giunge al ponte raddrizzatore RS1 tramite un doppio filtro
LC che limita l’immissione in rete dei disturbi generati dal circuito di commutazione. A
valle del ponte raddrizzatore è presente un condensatore di filtro ai cui capi troviamo una
tensione continua di circa 300 V. Questa tensione alimenta direttamente lo stadio di
potenza che fa capo al mosfet MSFT1 ed al primario del trasformatore TF1.
All’integrato U1, un comune TL3842, fanno capo tutte le funzioni relative allo stadio
PWM. In pratica questo integrato oscilla alla frequenza di 57 KHz e genera un treno di
impulsi il cui duty-cycle dipende dall’assorbimento del circuito alimentato; maggiore è
l’energia richiesta, maggiore è la durata degli impulsi. Per verificare l’assorbimento del
circuito è sufficiente misurare la tensione che cade ai capi della resistenza di bassissimo
valore posta in serie al source del mosfet; questa tensione agisce sul comparatore interno
che controlla il generatore PWM. Di questo stadio possiamo segnalare altre due
particolarità: l’alimentazione del chip e lo spegnimento del circuito mediante
fotoaccoppiatore. La tensione di alimentazione viene ottenuta dai 300 V continui
mediante due resistenze di caduta che però forniscono una corrente piuttosto bassa,
appena sufficiente a far entrare in funzione il chip ed ottenere l’oscillazione.
Successivamente il circuito viene alimentato dalla tensione presente sull’avvolgimento
di TF2. Questa tensione, raddrizzata dal diodo D1 e filtrata da C7, si somma a quella
iniziale garantendo la corretta alimentazione al chip.
Per quanto riguarda il fotoaccoppiatore, questo componente (quando attivo) ha lo scopo
di inibire quasi completamente il funzionamento del PWM ovvero di ridurre al minimo
l’ampiezza degli impulsi generati. Da notare, infine, che lo stadio di alta tensione è
galvanicamente isolato da quello di bassa grazie all’impiego del trasformatore TF2 e del
fotoaccoppiatore. Ecco spiegata dunque la presenza di due masse e dei relativi simboli.
Gli impulsi presenti nel secondario di TF2 vengono raddrizzati dal doppio diodo fast D6
e resi perfettamente continui dal filtro LC di cui fanno parte C13 e L2. Ai capi del
condensatore troviamo normalmente una tensione continua di circa 45 V utilizzata per
ricaricare le batterie e per alimentare il circuito di regolazione che utilizza i quattro
operazionali contenuti nell’integrato U2, un comune LM324.
Il led verde LD1 segnala con la sua accensione che c’è tensione sul secondario e che
quindi tutto lo stadio a monte funziona correttamente.
Dati
Valori
VCEO (V)
100
IC (A)
15
PC (W)
115
hFE
20 - 70
fT (MHz)
3
DATA SHEET DEL CIRCUITO INTEGRATO SN7400
Durante il montaggio è importante fare attenzione al corretto posizionamento dei diodi e
dei transistore e alla configurazione interna del C.I. SN7400. Per far ciò ci siamo serviti
dei data-sheet.
Nello schema circuitale è possibile distinguere alcune linee più spesse,questo perché le
potenze in gioco sono molto più elevate rispetto altri parti del circuito ed è necessario
quindi salvaguardare il sistema,inoltre non avendo a disposizione in laboratorio del
transistor 2SD880 si è dovuto cercare un suo equivalente;tra i tanti abbiamo scelto il
BD537.
Per quanto riguarda le saldature non c'
è nulla di particolare da evidenziare tranne che il
nostro integrato non viene saldato direttamente, ma viene saldato il suo corrispettivo
zoccolo per poi applicare l'
integrato.
Forma d’onda ottenuta dall’Oscilloscopio.
Dati
Valori
VCEO
(V)
40
IC (A)
3
PC (W)
25
hFE
40 240
fT
(MHz)
3
Il circuito sopra riportato rappresenta lo schema di un inverter,ovvero di un circuito in
grado di trasformare la tensione continua che perviene in ingresso in una tensione di tipo
alternata in uscita.
L’inverter viene particolarmente utilizzato quando si presenta la necessità di utilizzare
dispositivi funzionanti in alternata usando la batteria dell’auto come alimentazione.
Il sistema si basa su un tipo di circuito integrato multivibratore che ha la funzione di
oscillatore del segnale AC, il quale a sua volta presenta una frequenza di circa 60 Hz.
Per la realizzazione della parte relativa all’oscillazione del segnale abbiamo utilizzato il
circuito integrato SN7400, ma era anche possibile adoperare un 7404.
Osservando lo schema, è possibile notare la presenza del circuito integrato 78L05, il
quale, non aveva altra funzione che attenuare la tensione in ingresso di 12 volt a un
valore di 5 volt,per alimentare il C.I. SN7400.
Bisogna infatti ricordare che quest’ultimo dispositivo è della famiglia TTL,pertanto
richiede un alimentazione di 5 V;una tensione più elevata danneggerebbe sicuramente il
sistema.
La connessione tra TR1 e TR2,e TR3 e TR4 e definita configurazione Darlington.
Il segnale dell’oscillatore ha la funzione di switch con i transistor TR1 e TR4 mentre i
transistor TR2 e TR4 sono dei transistor di potenza.
Questi componenti sono piuttosto difficili da comandare direttamente dal circuito
integrato inoltre bisogna sottolineare che il segnale alternato è amplificato dai
transistor,usando i TR1 e TR3.
La parte finale del circuito è costituito da un trasformatore 220/12 ,4 A; può essere
monofase o trifase (nel nostro caso è un monofase).
Possiede 2 avvolgimenti: PRIMARIO collegato alla linea; SECONDARIO
collegato al carico.
In uscita dal trasformatore si ottiene un’onda quadra il cui valore dipende dal tipo di
trasformatore utilizzato.
3.1 – Prototipi realizzati dalla classe 5^B.
Inverter.
Schema interno del Circuito Integrato UAA 180 utilizzato per il contagiri:
Contagiri da applicare al motore con visualizzatore a barra di led.
Il contagiri serve a visualizzare la velocità angolare del motore di una vettura. Esso
tramite il numero di diodi led accesi,indica se la velocità è elevata,media oppure bassa.
Il funzionamento è il seguente: i morsetti M2 e M3sono collegati a due contatti, azionati
dall’albero sotto controllo,e si aprono e chiudono continuamente. Il periodo dipende dal
numero di giri.
L’apertura e chiusura dei contatti, tramite la carica e scarica di alcuni condensatori,
determina la tensione all’ingresso del circuito integrato.
Se il motore gira più velocemente,ci sarà un aumento di tensione.
Le due tensioni di riferimento massima e minima, V2 e V3,permettono di stabilire il
numero di giri al quale si accenderà il primo led e quello al quale saranno accesi tutti.
A numero di giri intermedi si avranno tensioni intermedie e sarà quindi il numero di led
accesi a indicare la velocità di rotazione del motore.
Schema circuitale del contagiri:
Funzionamento a potenze elevate:
Funzionamento a basse potenze:
Circuito stampato:
Verifica al simulatore del funzionamento del circuito:
Tipo Step Up con tensione di uscita aumentata Vout = Vin / (1-d)
Schema circuitale realizzato per generare la forma d’onda di pilotaggio:
CAPITOLO 3
3.0 – Prototipi realizzati dalla classe 4^E.
GLI ALIMENTATORI SWITCHING.
Sono convertitori CC/CC che possono modificare valore e polarità di una tensione
continua.
Il loro rendimento può essere elevato se utilizzano interruttori ( o componenti che
lavorano in commutazione: diodi, transistor ecc.) ed elementi reattivi.
Il tipo pilotato si basa su di un segnale ad onda quadra con frequenza fissa e duty cycle
opportuno. Se la frequenza dell'onda quadra è alta si ha il vantaggio di ridurre le
dimensioni degli elementi reattivi e se è bassa si riducono le perdite durante le
commutazioni degli interruttori reali. La scelta abituale è di lavorare in frequenza > = 20
KHz in modo che la frequenza di ondulazione (il ripple) cada fuori della banda audio.
Principali schemi:
Tipo Step Down con tensione di uscita ridotta Vout = Vin
Tipo Fly Back con tensione di uscita invertita Vout = -Vin / (1-d) (d = duty cycle)
• Sistema elettrico di illuminazione ( proiettori-indicatore di direzione-retrom-stopfendinebbia-retronebbia)
Euro 300
Totale: 1200 EURO
TOTALE : sommando i costi di ogni singolo sistema,batterie,motore e sistemi
ausiliari il totale risulta uguale a 5332 EURO.
N.B : altri sistemi di bordo (navigatore satellitare-climatizzatore ecc..) sono da
considerarsi optional.
Per conoscere i costi consultare la rivista quattroruote.
Sul prezzo applicare lo sconto fabbrica del 50%.
CALCOLO DI MASSIMA DEI COSTI E DELLE DIMENSIONI DEI SISTEMI
ELETTRICI ED ELETTRONICI DI BORDO
a) Sistema motore-drive
Costo del sistema motore-drive totale: 3099 EURO
DIMENSIONI:
MOTORE: MB205
LUNGHEZZA:
ALTEZZA:
SPESSORE:
DIAMETRO:
PESO:
DRIVE HPD45
480mm
---------205mm
73 Kg
318 mm
367 mm
81 mm
b) batterie
• TIPO DI BATTERIE : PIOMBO/GEL SENZA MANUTENZIONE
• PESO TOTALE DELLE 20 BATTERIE CIRCA 200KG
• INGOMBRO TOTALE alt x Lung x Larg= 170 x 1000 x 800 (mm)
COSTO TOTALE : 1033 EURO
c) Sistemi elettrici ed elettronici di bordo
• INVERTER E CARICABATTERIE:
Sistema
Costo
Inverter
Carica batterie
EURO 300
EURO 200
Dimensioni (mm)
(Lung × larg × alt)
250×150×80
200×200×100
• Centralina intelligente - alzacristalli - controllo di temperatura- contagiri ecc…
centralina
EURO 400
Dimensioni:
150X100X100
La resistenza all’avanzamento alla velocità massima sarà:
R = resistenza al rotolamento + resistenza aerodinamica =
=( MASSA × Ka × g ) + ( Kç × K*× S × Cx × (Vmax veicolo)(V max veicolo)) con
Kç =0.5 & K*= 1.202
= ( 550 × 0.013 × 9.81) * ( 0.5 × 1.202 × 0.3 × 1.5 × 34.8 × 34.8) = 70 + 327=
= 397 Nm
La coppia sviluppata dalle ruote motrici sarà:
Cruote = 397 × 0.29 = 115 Nm
4) CALCOLO DELLA POTENZA MECCANICA RICHIESTA:
• La potenza trasferita sulle ruote è pari a:
Pmax ruote= Cruote × wmax ruote= 115Nm × 120rad/sec = 13800 W.
• Potenza erogata dalle batterie:
Pmax =Pmax × ruote 13.8 Kw
• Autonomia:
ipotizzando di mantenere una velocità MAX di 125 Km/h e un percorso di
due ore l’auto avrà una autonomia pari a 250 Km.
5) CALCOLO DEL N° DI BATTERIE
l’energia richiesta sarà:
E = Pmax per il numero di ore totali = 13.8 × 2 = 27.6 Kwh
Utilizzando batterie al piombo gel della TUDOR da 115 Ah si avrà:
energia batteria = tensione × (corrente × ora)=12 × 115Ah=1.380Kwh:
Calcolo energia totale per la trazione del veicolo:
Etot = 1380 × 20= 27.6 Kwh
Collegando tutte le batterie in serie otteniamo una tensione in uscita Vtot = 220 V dc
NOTA:
• il sistema prevede l’utilizzo di un inverter DC/AC 220/ 220ac monofase;
• Il motore e’ dotato da un sistema drive di controllo HPD 45;
• a bordo del veicolo e’ previsto un carica batterie a ricarica veloce.
2.5 – Calcolo del sistema di trazione.
Supponendo che il veicolo progettato abbia una massa totale pari a 550Kg e il raggio di
rotazione delle ruote di trazione pari a R= 290mm, abbiamo scelto il motore della ditta
SBC MOD MB-205 con le seguenti caratteristiche:
POTENZA NOMINALE:
10453 W
VELOCITA’ NOMINALE:
1150 rpm
COPPIA MAX:
398 Nm
COPPIA NOMINALE:
90
Nm
CORRENTE NOMINALE:
41.8 A
CORRENTE DI PICCO:
44.3 A
ALIMENTAZIONE:
220V ac
A questo punto dopo la scelta del motore siamo passati alla risoluzione dei calcoli.
1) CALCOLO DELLA COPPIA NECESSARIA ALLO SPOSTAMENTO DEL
VEICOLO
Spunto in salita con pendenza al 25%:
R= Mtot × PEND × g = 550 × 0.25 × 9.81= 1348Nm
Sapendo che R= 290mm allora :
C= 1348 × 0.29= 391Nm
Sapendo che la Cmax del motore è paro a 398 Nm possiamo affermare che il veicolo
potrà affrontare le pendenze ipotizzate.
2) CALCOLO DELLA VELOCITA’ MAX DEL VEICOLO Vmax veicolo
wmax motore = velocità nominale motore × 2 × 3.14/60= 1150×6.28/60 = 120rad/sec
(velocità angolare del motore)
wmax ruota= wmax mot=120rad/sec
Vmax veicolo = wmax mot × 0.29= 120 × 0.29m/s= 34.8 m/s =125 Km/h.
3) CALCOLO DELLA COPPIA ALLE RUOTE MOTRICI
A tale velocità in piano supponendo che:
a) il coeff. di attrito sia pari a Ka=0.013
b) la superficie frontale del veicolo sia di S=1.5 mq
c) Il Cx = O.3
2.4 – Schema a blocchi degli apparati ausiliari.
2.3 – Schema a blocchi del sistema di trazione.
2.2 – Schema a blocchi del sistema elettrico completo
Sistema di chiusura centralizzata delle porte con telecomando a distanza
SCHEMA DEL TRASMETTITORE: (ORCAD SCH)
• Contachilometri
• Alzacristallo elettrico
Il sistema di alzacristalli elettronico in questione è dotato di un sistema di controllo di
pressione il quale interrompe la chiusura del vetro non appena il sensore rileva la
presenza di un corpo estraneo.
• Indicatore di temperatura,foto e relativo schema elettrico
• Inverter
Questo dispositivo "trasforma" la tensione di 12 V in continua fornita dal blocco batteria
in 220 V in alternata.
Dimensioni in millimetri: 250 di lunghezza - 150 di larghezza - 80 di altezza;
Costo: 300 euro.
2.1 – Specifiche tecniche del progetto.
• La scocca dell’auto presenterà le seguenti dimensioni
IL lavoro è stato suddiviso tra le varie classi nel seguente modo:
• impianto elettrico dell’auto:schemi elettrici e valutazione costi (5^B)
• sito web per la sposorizzazione del prodotto e scambio di informazioni di lavoro le
varie aree di sviluppo (5^B-5^F);
• rilevatore di temperatura interna/esterna/motore (5^F)
• simulazione di un navigatore satellitare (5^B);
• rilevatore di carica e scarica delle batterie elettriche (5^B);
• visualizzatore a led di inserimento delle cinture di sicurezza (5^B);
• inverter DC/AC (5^B);
• controllo della velocità del motore in C.C. (4^E);
• accensione automatica di alcuni attuatori (fari,tergicristalli,etc) (5^C);
• tachimetro e contachilometri con visualizzatore a cristalli liquidi (5^D);
• alzacristalli elettrico con controllo di sicurezza elettronico (5^A);
• chiusura centralizzata delle porte con telecomando a distanza (5^C).
CAPITOLO 2
2.0 – Progetto di massima.
La prima fase per la realizzazione di questo progetto è basata su un progetto di massima
nel quale vengono definite tutte le specifiche tecniche necessarie per la creazione
dell’auto elettrica Noemi (NO-EMITION).
Attraverso una serie di studi per individuare i migliori dispositivi di cui dotare
l’autovettura e definire se essi siano convenienti al fine di poter garantire una risposta
positiva nel mercato automobilistico, abbiamo deciso di dotare Noemi di alcuni apparati
ausiliari.
L’auto elettrica presenterà infatti un rilevatore di temperatura interna ed esterna
all’abitacolo e di un rilevatore per la temperatura del motore. Tutto sarà visualizzato da
un unico display dalle dimensioni piuttosto ridotte.
Per ottenere un risparmio energetico e per raggiungere un maggior consenso fra i giovani
si è inoltre deciso di simulare un navigatore satellitare GPS,il quale oltre a fornire la
posizione precisa del veicolo permetterà inoltre di seguire il percorso più breve e di
individuare possibili“distributori” di ricarica elettrica.
Si è inoltre progettato un circuito collegato ad un microcomputer che permetterà la
visualizzazione di messaggi vari,ma che nel nostro caso forniranno al conducente
informazioni relative allo stato chiusura porte e cinture di sicurezza;vi sarà anche
l’accensione automatica di alcuni attuatori come fari,tergicristalli ecc… .
I dispositivi prima elencati costituiscono optional che non tutte le auto
posseggono,ovviamente abbiamo dotato la nostra citycar anche di dispositivi più
comuni:
• Tachimetro e contachilometri con visualizzatore a cristalli liquidi;
• Alzacristalli elettrico con controllo di sicurezza elettronico;
• Indicatore di carica e scarica delle batterie;
• Chiusura centralizzata delle porte con comando a distanza.
A livello prettamente sperimentale e teorico per simulare la trazione abbiamo invece
progettato è realizzato un inverter DC/AC,che permetterà di trasformare la tensione
continua che perviene in ingresso in alternata, ed alimentare perciò il motore brushless
per la trazione del veicolo.
Durante le fasi di progettazione è stato inoltre realizzato un sito web
(www.itismajo.it/scuolalavoro) sul quale sono stati riportati tutti gli schemi,le analisi,i
calcoli e tutto ciò che potesse riguardare il progetto.
Punto forte di questo sito è la possibilità di scambiare informazioni di lavoro fra le
varie aree di sviluppo delle varie scuole,simulando quindi un azienda virtuale.
n ≈ V/ kφ
da cui si deduce che la velocità varia poco al variare del carico,a parità di tensione di
alimentazione e di corrente di eccitazione; la caratteristica meccanica è perciò una curva.
All’avviamento del reostato di campo Rc viene escluso ed il reostato di avviamento è
completamente inserito.
Questo motore viene applicato nelle applicazioni in cui è necessaria una velocità
costante al variare del carico.
Motore asincrono a magneti permanenti a flusso assiale.
Il Propulsore differenziale elettromagnetico ha la struttura di un Motore Asincrono a
Flusso Assiale con due rotori liberi di ruotare a velocità diversa. Lo Statore è costituito
da un nucleo toroidale di lamierino ferromagnetico con cave radiali che ospitano
l'
avvolgimento statorico. Un corpo in resina epossidica ingloba lo statore e realizza il
canale di circolazione per il liquido di raffreddamento. I due Rotori sono costituiti da
dischi in ferro massiccio in cui sono ricavate le cave radiali per l'
avvolgimento a gabbia.
La caratteristica innovativa della macchina che utilizza questo tipo di trazione è data dal
fatto che essa assolve contemporaneamente le funzioni di motore e di differenziale.
Perciò può essere accoppiata direttamente ai semiassi senza l'
interposizione di altri
organi meccanici.
Motore a corrente continua.
Principio di funzionamento generale: una spira percorsa da corrente ,posta in un campo
magnetico, si pone in rotazione: il verso del movimento può essere determinato con la
regola delle tre dita della mano sinistra applicata ai lati attivi della spira (secondo la
regola delle tre dita della mano sinistra, campo corrente e spostamento del conduttore
sono disposti come indice, medio e pollice della mano sinistra, posizionati ad angolo
retto).La presenza del collettore a lamelle fa si che il verso della corrente si inverta
quando il conduttore sta per attraversare il piano verticale di commutazione, e questo
consente la rotazione sempre nello stesso verso. Lo spostamento delle spazzole deve
quindi avvenire in senso contrario a quello di rotazione ed i poli ausiliari devono avere
polarità uguale a quella dei poli principali che li precedono immediatamente.
Motori con eccitazione serie.
Essi hanno le seguenti caratteristiche:
1. Una coppia di spunto elevata. Infatti all’avviamento il reostato di campo RC viene
escluso e quindi la corrente di eccitazione è uguale alla corrente di indotto che
assume, all’avviamento, il massimo valore possibile. Si hanno coppie di spunto di
valore da due a quattro volte la coppia di pieno carico.
2. Coppia motrice e velocità sono in prima approssimazione inversamente proporzionali
e la potenza resa e sensibilmente costante al variare del carico. Infatti un aumento
della coppia resistente, e quindi della coppia motrice, causa un aumento della
corrente assorbita; questa però, percorrendo l’avvolgimento di eccitazione, aumenta il
campo e, di conseguenza la velocità diminuisce. In prima approssimazione per tanto
coppia motrice C e velocità n sono inversamente proporzionali e la potenza resa
C2Πn/60 è costante.
3. A vuoto assumono una velocità di fuga molto elevata. Infatti a vuoto è bassa la
potenza resa, quindi è piccola la corrente assorbita; il flusso φ assume un basso
valore, di conseguenza la velocità di rotazione è alta.
I motori con eccitazione in serie sono impiegati in quella applicazione in cui il motore
deve partire a pieno carico (ad esempio: trazione e apparecchi di sollevamento).
Motori con eccitazione indipendente.
Dalla seguente formula:
n = (V – Ri Ii)/ kφ
essendo in genere Ri Ii <<V, si ha:
significa che il transistore in conduzione.
In figura b è illustrato
l’andamento della f.c.e.m.,indotte
nelle tre coppie di fasi,AB,AC e
BC. L’andamento delle funzioni di
coppia è analogo.Il controllo della
velocità del motore può essere
realizzato agendo sul valore
dell’alimentazione con tecnica
lineare o con tecnica impulsiva
PWM. Un’ altra soluzione consiste
nell’intervenire direttamente sulle
singole fasi,quando queste sono
attivate. Le frequenze di
commutazione,grazie ai valori
particolarmente bassi
dell’induttanza delle fasi,sono
normalmente più alte che per i
motori a c.c. tradizionali. Per
ottenere le funzioni di coppia ad andamento trapezoidale,necessarie per avere una coppia
risultante costante ,sono richieste tecniche costruttive che in parte limitano l’efficienza
del motore. Per tale motivo i motore brushless di questo tipo normalmente bassi potenze
(fino a qualche decina di Watt).
Il brushless presenta numerosi vantaggi:affidabilità maggiore,rendimento più
elevato,minore necessità di manutenzione. La coppia di spunto più elevata e il momento
di inerzia minore fanno si che la sua velocità risposta e la banda passante siano
notevolmente superiori a quelli del motore c.c. tradizionale.
.Essi vengono impiegati sia nei cosiddetti azionamenti per assi sia negli azionamenti per
mandrini.
Effettuando una ricerca di motori brushless, che il mercato offre ne abbiamo individuati
in particolare due, che potrebbero essere tranquillamente utilizzati per il sistema vero e
proprio di trazione dell’autovettura.
La figura di rappresenta invece l’andamento della coppia in funzione dell’angolo del
rotore nel caso in cui la fase corrispondente fosse costantemente alimentata dalla
corrente di armatura Ia per un giro completo del rotore.Come si vede ad esempio per C
(Ia ),la coppia rimane costante per un angolo da 0° a 120°,corrispondente all’attivazione
della fase A,per poi invertire ovviamente il segno quando il rotore è ruotato di mezzo
giro,cioè fra 180° e 300°.Tuttavia poiché le correnti vengono mantenute in ciascuna fase
per i soli 120° corrispondenti al valore costante e positivo della coppia (zona
tratteggiata),la coppia risultante che agisce sul rotore risulta sostanzialmente costante e
costituita da C (Ia ) per i primi 120° da C (Ib ) da 120° a 240°,da C (Ic ) da 240° a 360°.
Le forze controelettromotrici (f.c.e.m.) indotte in ciascuna fase della rotazione del
magnete permanente sono proporzionali alla velocità di rotazione e presentano lo stesso
andamento delle funzioni di coppia. A causa però delle commutazioni da una fase
all’altra,dai morsetti di ingresso del motore si vede una f.c.e.m. risultante praticamente
costante e,analogamente al motore c.c.,proporzionale alla velocità.
Per il brushless valgono pertanto le stesse equazioni valide per il motore c.c.;in
particolare si ha:
va = Ra ia + La dia / dt + eg
eg = kE
Cm = KT ia
Dove
va tensione di alimentazione;
ia corrente che scorre nella fase attiva
Ra resistenza di una fase
La induttanza di una fase
kE costante di tensione
KT costante di coppia
velocità angolare
In pratica le coppie di poli del rotore sono normalmente due anziché una sola come
finora supposto,sicchè gli angoli dei diagrammi prima descritti devono essere
dimezzati.Introducendo però gli angoli elettrici anziché gli angoli meccanici, i
diagrammi tornano corretti e valgono per qualsiasi numero di coppie di poli.
Nel caso di due coppie di poli i diagrammi precedenti si ripetono per due volte durante
una rotazione completa del rotore.
Le fasi sono normalmente collegate a stella ed alimentate a ponte,secondo lo schema qui
riportato, in cui i BJT lavorano da interruttori ed i diodi sono quelli di libera
circolazione.
Le commutazioni
del BJT avvengono
secondo la
frequenza a sei passi
(figura a) in cui al
solito il livello alto
La fase A,ad esempio,crea un campo magnetico con le polarità indicate all’esterno del
cerchio (il nord in basso ed il sud in alto) e rimane attiva finchè il rotore,con le polarità
indicate,non ha ruotato in senso orario dell’angolo da 0° a 120°. Successivamente viene
attivata la fase B,per una rotazione del magnete permanente da 120° a 240° e poi ancora
la fase C,per una rotazione da 240° a 360°. In questo modo il rotore viene trascinato dai
capi generati dalle fasi,che si attivano in sequenza.
Nella figura c è possibile notare come l’andamento delle correnti non sia perfettamente
rettangolare per via di transitori dovuta alla componente induttiva degli avvolgimenti.
Dal momento che durante l’attivazione di una fase la posizione reciproca dei campi
magnetici (quello generato della fase e quello prodotto dal magnete) cambia,anche la
coppia prodotta dovrebbe subire delle variazione. Viceversa nei brushless vengono
adottate opportune soluzioni costruttive in modo da mantenere le coppia pressochè
costante per tutti i 120° di attivazione della fase.
affidabile commutatore elettronico. La struttura del motore è schematizzata nella figura
sottostante.
Esso comprende essenzialmente:uno statore che porta gli avvolgimenti,solitamente
organizzati in tre fasi (A,B,C) disposte a 120°; un rotore a magnete permanente;un
commutatore elettronico costituito da un sensore (ottico o magnetico)della posizione del
rotore,da una logica del commutazione e da una serie di interruttori elettronici. Nel
brushless il commutatore sente istante per istante la posizione del rotore ed attiva la fase
dello statore che in quel momento è in grado di generare un campo perpendicolare a
quello del rotore.Il vantaggio evidente è che gli avvolgimenti,facendo parte dello
statore,non necessitano di dispositivi in movimento per la loro alimentazione.
Nella figura di seguito è illustrato schematicamente il funzionamento del motore (a), è
indicata la sequenza di attivazione delle fasi (il livello alto significa fase attiva) (b),è
riportato l’andamento delle correnti di ogni fase (c) e sono riportate le cosiddette
funzioni di coppia C (I) relativa a ciascuna fase (d).
Il principio di funzionamento della pila a combustibile (fuell cell) e illustrato nella
seguente figura:
L’idrogeno,immagazzinato in bombole ad alta pressione in forma gassosa,viene inviato a
pressione costante all’anodo della pila,ove in presenza di un catalizzatore al platino si
ionizza positivamente (protone) rilasciando due elettroni;il protone
passa,quindi,attraverso una membrana selettiva “protonica”,chiamata Proton Exchange
Membrane (PEM) per incontrare l’ossigeno inviato sul catodo per mezzo di un
compressore a portata variabile.
1.3 - Confronto tra i vari sistemi di trazione elettrica ( motori e controlli).
I sistemi di trazione utilizzabili per la city-car elettrica sono essenzialmente
quattro:
-Motore Brushless;
-Motore a corrente continua con eccitazione indipendente;
-Motore a corrente continua con eccitazione serie;
-Motore asincrono a magneti permanenti a flusso assiale.
Motore brushless.
Il principio di funzionamento del motore brushless è (o motore senza spazzole) è
analogo a quello del motore C.C. La parte più soggetta ad usura del motore a c.c.,il
commutatore meccanico a collettore,viene però sostituita nel brushless da un più
Questi vantaggi sono ancora più rilevanti se il confronto non avviene con impianti fissi
di grossa taglia, bensì con i tradizionali sistemi utilizzati per la propulsione dei veicoli
terrestri, cioè i motori a combustione interna ad accensione comandata o spontanea, che
come noto sono mediamente
caratterizzati da rendimenti molto modesti. Infine, non va dimenticato che un più elevato
rendimento significa un migliore sfruttamento dell’energia dei combustibili, e ciò si
traduce in minore consumo specifico.
Basse emissioni inquinanti - La cella a combustibile garantisce un impatto ambientale
minimo, avendo come sottoprodotti vapore acqueo, calore e solamente tracce degli
inquinanti considerati, variabili per qualità e quantità a seconda del processo utilizzato
per ottenere l’idrogeno. Questi vantaggi assumono importanza ancora maggiore se si
considera un’eventuale applicazione in campo veicolistico, soluzione che permetterebbe
un immediato drastico abbattimento delle emissioni proprio nelle aree urbane, ove il
problema dell’inquinamento è più sentito e più difficilmente controllabile.
Silenziosità - Le celle a combustibile non producono intrinsecamente alcuna emissione
acustica anche se esse necessitano però di una serie di ausiliari quali pompe,
compressori, ventilatori, che sono responsabili di livelli di rumore non sempre modesti.
Utilizzo di vari combustibili - Appare fondamentale il poter disporre di una tecnologia
che prescinda il più possibile dal tipo di combustibile utilizzato. Il combustibile primario
utilizzato nella reazione è l’idrogeno: esso può essere insufflato direttamente all’interno
della cella da un apposito serbatoio oppure ricavato da altri combustibili, mediante un
processo chimico detto “reforming”o “fuel processing”. Esso permette di ricavare
idrogeno da svariati composti che lo contengano, sia gassosi come il metano, sia liquidi
come la benzina ed il gasolio. E’ possibile estrarre idrogeno anche da alcoli quali
metanolo ed etanolo, o da altri composti quali ammoniaca ed idrazina.
Altri vantaggi sono legati alle dimensioni che si presentano piuttosto ridotte per
un’autovettura,non necessita di manutenzione complicate e costose come il motore a
scoppio,ed in particolare in base all’evoluzione che si sta avendo nelle tecniche di
stoccaggio dell’idrogeno,la tecnologia della nano-struttura di carbonio permette ora di
conservare l’idrogeno in grande quantità,riducendo non solo i costi ma anche peso ed
ingombro del veicolo.
L’applicazione delle fuell cells su un’autovettura oltre a presentare rilevanti vantaggi
presenta purtroppo anche alcuni svantaggi:
• I problemi per la produzione riguardano soprattutto i costi ancora oggi troppo elevati
rispetto a quelli di motori a benzina o gasolio. Ad esempio per la ELETTRA H2
fuell cells, una seicento in versione ecologica, il costo per la realizzazione di questa
vettura è stata di venti miliardi con un contributo di sei miliardi del ministero
dell’ambiente,
• Per produrre idrogeno viene consumata molta energia elettrica quindi si sposterebbe
solo l’inquinamento da un’altra parte ovvero dove l’elettricità viene prodotta;
• Costi di vendita molto elevati (esempio, la seicento prima citata costa ben 41
milioni);
• Utilizzo prettamente cittadino, visto che la produzione di idrogeno inquinante e
delocalizzata.
ALIMENTAZIONE AD ARIA COMPRESSA
Oltre a questi efficienti sistemi di trazione a basso inquinamento l’ingegneria francese ha
ideato un motore che consuma aria,il quale ha bisogno soltanto dell’aria immagazzinata
a una pressione di 300 atmosfere nelle quattro bombole montate sotto il telaio.
Inizialmente si pensava di poter ridurre l’inquinamento emesso dalle automobili con
motore a scoppio utilizzando una camera di scoppio più piccola rispetto a quella già
presente,successivamente si è scoperto di poter far funzionare il motore anche se nella
camera veniva immessa soltanto aria compressa.
Iniettata nella camera,l’aria si espande ed aziona un pistone.
Questa spinta meccanica muove i cilindri e fa girare gli ingranaggi.
Un pieno di aria costa 1.54 euro,e permette all’automobile di percorrere circa 200
chilometri ad una velocità media di 60 chilometri orari. A velocità elevate però il motore
consuma di più e per tale motivo non è adatta a percorsi extraurbani.
Le bombole si ricaricano in quattro o cinque ore,collegando il compressore di cui è
dotata la vettura a una presa di corrente.
Il costo di vendita sarà di circa 11.000 euro.
Nella tabella sottostante sono riassunte le caratteristiche tecniche dell’auto a pressione.
Autonomia
Velocità massima
Consumi
Prezzo
Modelli revisti
Altezza
Larghezza
Lunghezza
Peso
200 Km a 60 Km/ora
110 Km/ora
100 Km con 0.77 euro
Circa 11.000 euro
Taxi,furgoncini,pick-up,familiare
1.75 m
1.72 m
3.84 m
circa 700 Kg
ALIMENTAZIONE A CELLE A COMBUSTIBILE AD IDROGENO
1.2-Vantaggi e svantaggi nell’utilizzo di batterie a celle di combustibile.
Moltissimi sono i motivi che, negli ultimi anni, sono stati causa di un crescente interesse
per le applicazioni pratiche delle celle a combustibile:
Elevato rendimento - Gli impianti termici tradizionali operano convertendo l’energia
termica ricavata da una reazione chimica di combustione in energia meccanica e quindi
in energia elettrica. Queste trasformazioni energetiche pregiudicano l’efficienza
complessiva del processo, e gli impianti attuali sono ormai giunti a valori di rendimento
non suscettibili di ulteriori sensibili aumenti. Le celle a combustibile riescono ad ovviare
a questo problema trasformando direttamente l’energia chimica del combustibile in
energia elettrica ottenendo rendimenti molto maggiori.
-livello prototipale;
Litio:
-livello sperimentale.
Come abbiamo spiegato in precedenza abbiamo puntato perciò l’attenzione su tre ipotesi
in particolare,evidenziando i pro e i contro che esse presentano:
Piombo – Acido
assorbito
Piombo - Gel
Nichel - Cadmio
Pro
Contro
• Poli conici;
• Ridotta altezza che permette una facile
disposizione dei pacchi batterie sotto il
• Affidabilità.
veicolo;
• Facile installazione;
• Sigillate.
• Ridotta altezza che permette una facile
• Controllo
preciso della
disposizione dei pacchi batterie sotto il
veicolo;
tensione di
ricarica.
• Affidabilità;
• Sono previste sacche laterali per la gestione
termica della batteria mediante fluido;
• Facile installazione;
• Sigillate;
• Affidabilità.
• Affidabilità;
• Altezza;
• Bassa resistenza interna.
• Volume;
• Rabbocco;
• Costo.
Da questa tabella e basandoci su alcuni dati teorici si evince che la soluzione
migliore risulta quella di adottare le batterie di tipo Piombo – Gel.
Il tipo di batteria presa in considerazione è una Fiamm Ecoforce con le seguenti
caratteristiche tecniche:
Amperaggio [Ah]
115
Dimensioni [mm]
L
S
H
276 175 175
Il pacco di batterie risulterà allora con le seguenti specifiche tecniche:
Quantità: 19 pezzi;
Dimensioni: 5244 (L) x 350 (S) x 175 (H) [mm];
Tensione: 230 V.
Per tali motivo la nostra attenzione si è spostata particolarmente sull’utilizzo delle
normali batterie effettuando perciò uno studio per individuare quelle con migliori
prestazioni, al fine di poter ottenere buoni risultati sul veicolo.
BATTERIE
Prendendo in considerazione le varie tipologie di batterie che il mercato offre in questo
momento abbiamo individuato i seguenti modelli:
• Piombo-Acido.
• Nichel-Cadmio.
• Nichel-Idruri metallici.
• Piombo bipolare.
• Sodio-Zolfo.
• Sodio-Nichel cloro.
• Zinco-Aria.
• Litio.
Le uniche due tipologie disponibili in produzione di serie, sono le prime due mentre la
terza inizia in questo momento ad essere reperibile nel mercato.
Le rimanenti sono da considerarsi non proponibili per i seguenti motivi:
Piombo bipolare:
-non hanno ancora raggiunto un buon livello di affidabilità;
-difficile gestione;
-difficile reperibilità;
-alto costo;
Sodio-Zolfo:
-batterie ad alta temperatura;
-non adatte per il funzionamento ibrido;
-difficile reperibilità;
-alto costo;
Sodio-Nichel cloro:
-batterie ad alta temperatura;
-non adatte per il funzionamento ibrido;
-alto costo;
Zinco-Aria:
-non sono ricaricabili elettricamente;
-inutilizzabili in sistema ibrido;
1.1- Sistemi di alimentazione
I sistemi di alimentazione studiati dalle varie case costruttrici per alimentare una vettura
elettrica, sono essenzialmente tre: pannelli solari ,batterie tuttora in uso nelle normali
auto e le celle a combustibile. Al momento la ricerca ha puntato principalmente
l’attenzione sulla realizzazione di city car alimentate con il secondo tipo di batterie sopra
citate, poiché presentano vantaggi a livello di dimensioni,prestazioni e costi. L’utilizzo
di pannelli solari avrebbe infatti ripercussioni sul costo,sul peso e sarebbero inutili
nell’utilizzo notturno, mentre le celle a combustibile il cui funzionamento si basa
sull’idrogeno presentano ancora alcuni problemi, a causa dei costi ancora troppo elevati,
e a causa di un bisogno energetico elevatissimo.
I pannelli solari sono costruiti assemblando sul medesimo pannello diverse celle
fotovoltaiche. Queste ultime sono realizzate con una sottile fetta di un materiale
semiconduttore,in genere silicio,che viene alterato con un processo particolare che lo
rende fotosensibile,in due strati dalle differenti caratteristiche. In questo modo,quando la
cella viene colpita da raggi solari,questi mettono in moto gli elettroni da uno strato
all’altro e conseguentemente nel circuito del quale le celle fanno parte.
Le celle fotovoltaiche si comportano pertanto come una vera e propria “pompa”per
elettroni,alimentata dall’energia solare che le colpisce.
Analizzando le caratteristiche dello “schema elettrico” e individuando di conseguenza i
componenti di cui esso è caratterizzato, possiamo notare una notevole somiglianza con il
nostro circuito, in cui utilizziamo come sistema di alimentazione delle normali batterie.
I pannelli fotovoltaici richiedono di essere collegati agli utilizzatori con un circuito
elettrico che comprenda gli elementi seguenti:
•
un sistema di accumulo dell'
energia elettrica che consenta di garantire la fornitura
di energia in assenza di radiazione solare;
•
un diodo che impedisca il fluire di energia dalla batteria verso il pannello
fotovoltaico in assenza di radiazione solare;
•
un inverter (apparecchiatura che trasforma la corrente da alternata a continua) nel
caso in cui vi siano utilizzatori che richiedano corrente alternata (nel nostro caso il
motore brushless).
La figura qui accanto mostra l’evoluzione dei limiti europei delle emissioni gassose e di
articolato, dei veicoli leggeri equipaggiato con motori diesel.
Altri motivi per cui favorire l’uso del veicolo elettrico e prettamente legati alla
caratteristiche tecniche di questo tipo di autovetture sono:
• Costi minori nella produzione dei motori elettrici.
• Nella progettazione del veicolo elettrico si privilegiano le caratteristiche che riducano
i consumi piuttosto che le prestazioni sportive.
• Semplificazione delle componenti meccaniche.
• Elettronica sempre più affidabile.
• Minori costi di manutenzione.
• La ricarica viene effettuata prevalentemente di notte.
• L’energia elettrica utilizzata per la ricarica può essere prodotta da tutte le fonti
elettriche conosciute (eolica,fotovoltaica,
idrica,biomassa,geotermica,termica,nucleare).
• Bassi consumi negli ingorghi spesso frequenti nei centri urbani;
• Assenza di rumorosità del motore;
• Costo per chilometri notevolmente inferiore.
Al contempo l’utilizzo del veicolo elettrico permette non solo minori costi per impatto
ambientale del rumore ,a livello di insonorizzazione strade, ma come conseguenza di ciò
riduce,seppur percettibilmente a lungo termine,i costi sanitari, in quanto in un futuro
prossimo l’utilizzo di massa di questo veicolo permetterà una riduzione netta di malattie
o disturbi alle vie respiratorie.
CAPITOLO 1
(Ricerca di Di Micco Paolo 5B^ Elt & Tlc)
1.0
– Perché favorire l’uso del veicolo elettrico
Mai come negli ultimi anni si è intensificata la ricerca di nuove soluzioni per realizzare
auto elettriche sempre più efficienti che potessero coinvolgere ed attirare una maggiore
massa di consumatori. Ovviamente il principio alla base di questi studi, puntava
essenzialmente sulla
riduzione delle emissioni
inquinanti delle autovetture,
poiché per il 2005 l’Unione
Europea ha stabilito un
abbassamento del 50 %
delle emissioni di ossido di
carbonio (CO),di ossido di
azoto (NOx) e di
idrocarburi (HC).
TIPO DI DESIGN DI INTERNI DELL’AUTO “ NO-EM ”:
• CRUSCOTTO
• SEDILI
• STRUMENTAZIONE
• COMANDI
•
Rappresentazione della carrozzeria dell’auto.
Per quanto riguarda gli apparati elettronici ed informatici realizzati all’interno
dell’istituto E.Majorana,il seguente schema ne riporta l’elenco, con i relativi nomi dei
creatori.
GRUPPO ALLIEVI
5^B ELT & TLC
GRUPPO ALLIEVI
5^C ELT& TLC
CARINI
AVANZO
CAVALLO
DI MICCO
GIRIBUOLA
GRUPPO ALLIEV
5^D ELT & TLC
VERSOLATTI
DI FILIPPO
SIMULAZIONE
TEAM AZIENDALI
GRUPPO ALLIEVI
5^ ELT & TLC
ALBRILE
LORENZI
RICATTO
PARLANTI
PER LA REALIZZAZIONE DI
PROTOTIPI DI SISTEMI,
NECESSARI AL PROGETTO
DELL’AUTO VIRTUALE
GRUPPO ALLIEVI
4 E ^ ELT & TLC
BERTAINA
MANNARINO
TESTA
TONELLO
PREMESSA
Il progetto CIPE è un progetto che coinvolge varie scuole del Piemonte con lo scopo di
simulare un’azienda virtuale nella realizzazione di una city car elettrica.
Per la realizzazione del progetto e per far si che gli studenti coinvolti potessero
scambiarsi opinioni, sono stati combinati vari incontri in cui, non solo si è potuto
approfondire concetti di economia ed in un certo senso sociali (parlando di
globalizzazione e delle sue conseguenze),ma abbiamo avuto anche la possibilità
socializzare con altre persone.
Il punto forte del progetto è stata la presenza di un sito web, realizzato dagli studenti, che
ha permesso di condividere le diverse informazioni.Creando quindi un unico gruppo di
lavoro per la decisione di cosa No-emi dov’esse presentare come optional e dotazioni,
abbiamo suddiviso il lavoro tra le varie scuole in base ovviamente alle relative
specializzazioni;poi all’interno delle stesse scuole sono stati formati altri gruppi
improntati sulle diverse elaborazioni.
Lo schema qui sotto riportato rappresenta tutti gli istituti partecipanti.
ITIS”E.MAJORANA
ITIC
R. LUXEMBURG
DI TORINO
PROGETTO DI APPARATI
ELETTRICI ,ELETTRONICI
E PORTALE WEB
ITIS”PININFARINA”
DI MONCALIERI
PROGETTO DELLA
SCOCCA E DESIGN
MARKETING
AZIENDA
SIMULATA
DESIGN E STILE DELLA
CARROZZERIA
IPSIA OLIVETTI DI
IVREA
ITIS FACCIO DI
CASTELLAMONTE
(TO)
DESIGN E STILE DEGLI
INTERNI
LICEO ARTISTICO
MARTINETTI DI
CALUSO(TO)
PROGETTO
DELLA
CITY-CAR ELETTRICA
NO-EMI
MACCHINE DI PRODUZIONE
E MATERIALI
INDICE:
• PREMESSA
• CAPITOLO 1
1.0
1.1
1.2
1.3
Perché favorire l’uso del veicolo elettrico.
Sistemi di alimentazione.
Vantaggi e svantaggi nell’utilizzo di batterie a celle di combustibile.
Confronto tra i vari sistemi di trazione elettrica e relativi motori e controlli.
• CAPITOLO 2
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Progetto di massima.
Specifiche tecniche del progetto.
Schema a blocchi del sistema elettrico completo.
Schema a blocchi del sistema di trazione.
Schema a blocchi degli apparati ausiliari.
Calcolo del sistema di trazione.
• CAPITOLO 3
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Prototipi realizzati dalla classe 4^E. (tutor prof .N. Colacicco )
Prototipi realizzati dalla classe 5^B. (tutor prof. F. Guastella )
Prototipi realizzati dalla classe 5^C. (tutor prof. D. Minisini )
Prototipi realizzati dalla classe 5^D. (tutor prof. F. Catalano)
Prototipi realizzati dalla classe 5^F (tutor prof. A. Mariano)
Relazione relativa il sito web realizzata da Parlanti Roberto (5^F)
Cavallo Daniele (5^B) (tutors : F. Guastella, D. Zucchini ).
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Bibliografia:
documenti pubblicati su internet
manuale di elettronica e telec. (hoepli)
data book della national semiconduttor
cataloghi Fiamm- accumulatori elettricicataloghi MB srl (motori elettrici )
documenti tecnici relativi alla “metrocubo” Prod. Pininfarina
libri di testo
ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE
" E. M A J O R A N A "
ELETTRONICA-TELECOMUNICAZIONI - INFORMATICA
Via F. Baracca, 76/86 - 10095 GRUGLIASCO (TO) - TEL. 411.33.34 - FAX 403.53.79
Coordinatore del progetto per l’ITIS “E.Majorana”:
prof. F. Guastella