gen ultrasuoni 40k timer 555

Attività IPER Scrivere
Redattore Franceschini Alessandro 30/05/2013
In questo documento riporto per sommi capi una lezione dedicata a studenti delle Quinte vecchio
ordinamento indirizzo Informatico e telecomunicazioni impegnati in lab. Elettronica, facendo
riferimento anche a contenuti multimediali reperibili in rete e di seguito evidenziati. L’attività è
iniziata con considerazioni teoriche in merito alla generazione, propagazione/trasmissione e
ricezione delle onde meccaniche in aria e in acqua.
(Url: http://www.openfisica.com/fisica_ipertesto/onde/onde_acustiche.php). In seguito si sono
analizzati i possibili modi di realizzare un sensore di prossimità di ostacoli in acqua messo a
servizio di un piccolo batiscafo fornitoci dal MIT (Mechanical Institute of Technology of
Massachussets
University USA:
http://web.mit.edu/
) denominato
“Sea Perch”
http://mit150.mit.edu/open-house/activity/sea-perch-demonstration. Sono state propedeutiche come
sempre le lezioni che ci dà la natura a tal proposito (abbiamo discusso sui probabili motivi che allo
stato naturale dei fatti, hanno portato, in aria i pipistrelli ed in acqua i cetacei, a generare ultrasuoni,
oltre che ad avere un sistema uditivo in grado di riceverli
(url: http://www.treccani.it/enciclopedia/ultrasuoni-negli-animali_(Enciclopedia_Novecento)/). In
questo primo lab. Ci siamo occupati della generazione di ultrasuoni con frequenza pari a 40 KHz
(vedi figs.1,2,3 e 4).
Fig.1: Panoramica dell’esperienza condotta in lab.
Un obiettivo parziale dell’attività è quello di utilizzare componentistiche hardware facilmente
reperibili per realizzare un generatore di ultrasuoni con frequenza idonea per la propagazione in
acqua (l’acquisto di una shield preconfezionata ci è stato fortunatamente precluso e dalla
irreperibilta in zona di tali ricetrasmettitori di USuoni e dalla impossibilità da parte della scuola di
acquistarli via internet con carta prepagata).
Fig.2: Oscilloscopio: segnale a denti di sega (sopra) e onda quadra (sotto) a frequenze pari a
40KHz.
Fig.3: Basetta: Il circuito generatore elettronico.
Fig.4: Attuatore: Speaker di un pc portatile qui sopra.
Nel laboratorio successivo ci occuperemo poi della ricezione del segnale ultrasonico ed infine
fonderemo le due tecniche per realizzare un ricetrasmettitore di prossimità a ultrasuoni in acqua
(SONAR Url: http://it.wikipedia.org/wiki/Sonar ) ed in seguito un sensore di pressione sempre con
ultrasuoni sfruttando la riflessione dell’onda meccanica in corrispondenza dello strato limite acqua
aria. Tali sistemi saranno controllati e monitorati in questa prima istanza via cavo seriale USB
(http://www.apogeonline.com/webzine/1999/04/27/01/199904270101) con micro controller
Arduino (www.arduino.cc) , ed in seconda istanza via radio (e vedremo che per questo tipo di
comunicazione dovremo affrontare in particolare la caratteristica dell’acqua di attenuare la potenza
del segnale per unità di distanza percorsa tanto più alta è la frequenza del segnale stesso. In sintesi
la trasmissione via radio entro l’acqua è possibile solo alle basse frequenze (tecnica scoperta già
durante la seconda guerra mondiale ed utilizzata dagli UBoat tedeschi per le comunicazioni fra
sottomarini (che hanno provocato l’affondamento di innumerevoli bastimenti alleati nella battaglia
dell’atlantico http://www.youtube.com/watch?v=LHK3HK0Q4pA). Risulterà poi naturale
analizzare perché in aria si utilizzino microonde (elettromagnetiche con energie comprese fra la
cosiddetta banda X pari a circa 3GHz e in banda Sierra 9 GHz) per realizzare sensori di prossimità
(RADAR installati sia a terra che sui caccia Inglesi durante la battaglia di Inghilterra
http://www.youtube.com/watch?v=Z9T1LVpGVZU ) mentre in acqua si utilizzano Ultrasuoni (40
Khz). Curioso è infine osservare come queste due tecnologie che hanno così condizionato lo
svolgersi di due battaglie fondamentali per il successivo esito della guerra. Il SONAR sviluppato
dai tedeschi per il rilevamento di ostacoli in acqua e il RADAR sviluppato dagli Inglesi per il
rilevamento di ostacoli in aria. Infine dopo aver generato il segnale ultrasonico in bassa potenza
abbiamo osservato che alcuni studenti sono riusciti a sentire l’ultrasuono a differenza di altri che
invece non hanno sentito nulla. Tali differenze sono dovute alla banda passante dei segnali udibili
all’essere umano che può essere più ampia per alcuni soggetti rispetto ad altri. Ricordiamo a tal
proposito come la generazione di ultrasuoni di potenza elevata risulta molto dannosa per
l’organismo umano. Durante la seconda guerra mondiale i nazisti sperimentarono su cavie umane il
limite medio di danneggiamento permanente del timpano sollecitato con segnali sonici e ultrasonici.
Tali frequenze se amplificate in potenza possono determinare distrurbi leggeri come la cefalea o
senso di nausea e/o vomito, ma possono condurre fino a turbe psichiche e finanche alla morte per
paralisi del sistema neurovegetativo http://it.wikipedia.org/wiki/Carl_Peter_Vaernet.