costruzione di un anemometro

Gabriele Fantechi
COSTRUZIONE DI UN ANEMOMETRO
(…a costo zero)
Il primo blocco è costituito da un sensore recuperato da uno scanner (aveva la funzione
di sensore di finecorsa): una coppia composta da led infrarosso + fototransistor (è, in
sintesi, un transistore che entra in conduzione quando colpito da raggi luminosi ad una
determinata lunghezza d’onda). Il raggio luminoso attraversa l’aria e può essere
fisicamente interrotto da un elemento esterno, in questo caso un’aletta metallica solidale
all’asse di rotazione della girante anemometrica. Il componente ha 4 piedini (anodo e
catodo del led, emettitore e collettore
del foto-transistore) ma ho voluto
recuperare, per semplicità, la basetta su
cui era montato, con relative piste. In
questa configurazione risultavano
collegati tra loro emettitore e catodo. Il
segnale preso sul collettore del fototransistore risulta quindi alto quando il
raggio luminoso è interrotto mentre basso
quando il foto-transistore è in
conduzione. Con delle alette strette
come quelle in foto si otterrebbe un
segnale con duty cycle sicuramente
minore di 0,5. Per semplificare la
conversione frequenzatensione attraverso il blocco
successivo, che rileva il
fronte di discesa di un onda
quadra con d.c. prossimo a
1, è necessario invertire il
segnale con un inverter a
transistor (nella foto è lo
stadio più a destra).
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Quindi è necessario convertire il segnale in un livello continuo di tensione. Un
multivibratore monostabile (realizzato con 555) genera un onda quadra con d.c.
variabile, dipendente dalla frequenza del segnale in ingresso. In particolare l’uscita avrà
un Th (intervallo di tempo in cui il segnale rimane alto) fisso, pari a 1,1*R1*C1, mentre la
frequenza di ripetizione di questi impulsi dipende dal segnale in ingresso. Si ottiene un
segnale che ha il valor medio proporzionale alla frequenza del segnale in ingresso. Basta
filtrare passabasso per ottenere un segnale continuo. Per ridurre ulteriormente il ripple ho
utilizzato due filtri RC in cascata, separati da un inseguitore di tensione realizzato con un
amplificatore operazionale (stadio centrale nella foto).
Da notare che l’uso di un operazionale mi ha costretto ad aggiungere un blocco per la
generazione della tensione negativa di cui l’operazionale stesso necessita. (stadio a
sinistra nella foto).
Il segnale continuo
viene quindi prelevato
dal convertitore per
barra a led il cui
schema è riportato
esattamente come si
trova sul datasheet.
Questa è l’unica parte
di circuito che si trova
nel monitor, tutte le
altre invece sono
inserite direttamente
nell’unità di rilevazione
esterna.
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Il sistema è inoltre munito di segnavento
costituito da una banderuola che muove un
contatto strisciante: questo chiude uno degli 8
“interruttori” (in realtà settori di un disco)
corrispondenti alle direzioni del vento. Si tratta di
un commutatore rotativo a 8 posizioni. Il
contatto strisciante introduce un po’ di attrito,
falsando la rilevazione con venti inferiori a 3 o 4
m/s ma è un inconveniente che non disturba
troppo e in parte si ritrova anche su sistemi
professionali. Il disco diviso in settori è realizzato
incidendo una basetta di rame per circuiti
stampati.
Il monitor è alimentato da 12Vdc mentre l’unità di rilevazione è alimentata direttamente
dal monitor (in modo da non dover collocare alimentatori all’aperto). L’unità di rilevazione
e il monitor sono connessi da un cavo piatto a 11 poli: (+12V, 0V, 8 fili per la direzione, 1
per il segnale 0/5V dell’anemometro).
Di seguito la tabella con i valori di tutti i componenti utilizzati.
Convertitore frequenza-tensione
R1
R2
R3
C1
C2
C3
Potenziometro logaritmico 47KΩ
10KΩ
10kΩ
10uF
100uF
100uF
Generatore tensione duale
R1
R2
C1
C3
C4
D1
D2
3,3KΩ
22KΩ
10nF poliestere
47uF elettrolitico
47uF elettrolitico
1N4148
1N4148
Adattamento sensore
R1
R2
R3
R4
1KΩ
1KΩ
10KΩ
1KΩ
Tutte le resistenze sono da 1/4W
4
L’unità di rilevazione è stata chiusa in una scatola di PVC autoprodotta con un pannello
di PVC bianco. Il sistema è isolato per quanto possibile dalle infiltrazioni d’acqua.
Di seguito qualche altra fotografia del pannello e del sistema montato e funzionante.
Retro del monitor con LM3914
Monitor senza serigrafia
Monitor in esercizio
Unità esterna in esercizio
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