Utilizzo sensori/1

Sensori analogici e digitali per la misura di
grandezze fisiche
Misure tradizionali di grandezze fisiche nell’ambito della
fisica generale
Esempi di misure di grandezze fisiche con strumentazione
tradizionale:
- Misure di tensione e corrente (voltmetri, amperometri,..)
- Misure di intensità luminosa (fotoresistenze, cellule
fotoelettriche,…)
- Misure di forza (dinamometri,..)
- Misure di pressione (barometri,…)
Caratteristiche usuali di queste misure:
- Grandezze lentamente variabili nel tempo o costanti
- Misure singole o in numero limitato
- Intervalli di tempo lunghi tra una misura e l’altra
- Memorizzazione «manuale» delle misure
-…
Sensori analogici e digitali per la misura di
grandezze fisiche
Necessità di utilizzare tecniche di misura differenti se:
- Grandezze fisiche variabili velocemente nel tempo
- Numero di misure molto elevato da effettuare
- Campionamento frequente della grandezza in esame
- Opportunità di conservare le misure su file
- Opportunità di effettuare analisi «on-line»
-…
Soluzione utilizzabile:
Uso di sensori (analogici o digitali), con opportuni
sistemi di acquisizione dati (hardware + software)
Uno dei primi esempi di sistemi modulari di acquisizione
dati da sensori
Sistema commercializzato dalla PASCO per applicazioni
didattiche (inizio anni 2000).
Costituito da:
- Interfaccia (vari modelli..)
- Collezione di sensori (analogico o digitali) per varie grandezze
- Software di acquisizione e analisi
Librerie di esperimenti didattici (centinaia…) per le più svariate
applicazioni
Uno dei primi esempi di sistemi modulari di acquisizione
dati da sensori: il sistema PASCO
LG
Uno dei primi esempi di sistemi modulari di acquisizione
dati da sensori
LG
Le interfacce
Interfaccia
PASCO 750
Interfaccia
PASCO 500
Sensori analogici e digitali
Sensore:
Trasduttore capace di trasformare una grandezza fisica in un
opportuno valore di tensione, corrente, …
Analogico:
Se la tensione/corrente varia con continuità in relazione alla
variazione della grandezza fisica.
Esempio:
una fotoresistenza varia in relazione alla intensità luminosa
Digitale:
Se l’uscita assume solo pochi valori discreti (nel caso più
semplice solo 2)
Esempio:
un contatore di impulsi
Esempi di sensori analogici
Sensore di forza
Sensore di pressione
atmosferica
Sensore di intensità
luminosa
Esempi di sensori analogici
E tanti altri…
pH
Campo magnetico
Carica elettrica
Accelerazione
Umidità
Esempi di sensori digitali
Sensore a
fototraguardo
Il fascetto luminoso può
essere interrotto o meno
dal passaggio di un
oggetto
Esempi di sensori digitali
Sensore di
posizione
Un impulso ad ultrasuoni
viene inviato e ricevuto o
meno (0/1) dal sensore, fino
a circa 100 volte al secondo
Esempi di sensori digitali
Sensore di
moto
rotatorio
Il moto rotatorio di una
puleggia viene codificato
nell’informazione angolare.
Il software di acquisizione dati
Il software di acquisizione deve consentire:
- Scelta dei sensori da utilizzare
- Opzioni di campionamento e raccolta dati
- Modalità di visualizzazione dei risultati
- Possibilità di salvare ed esportare i dati
- Eventuali analisi grafiche e/o numeriche
Software originale fornito dalla PASCO: Science Workshop
- Distribuzione libera
- Utilizzabile sotto Windows ( fino a XP)
Software più recenti della stessa Casa: Data Studio,..
- Versioni utilizzabili anche con Windows 7, Mac,..
- Versione di prova o «Light»,…
Il software di acquisizione Science Workshop
Indicatori numerici
… o analogici
Gestione interfaccia,
sensori e acquisizione
Grafici delle grandezze
acquisite o derivate
Tabelle con possibilità
di esportare i dati
Trasformata di Fourier
Collegamento diretto di sensori al PC
Soluzioni più recenti della PASCO
- Sensori collegabili direttamente alla porta USB
- Software di acquisizione Data Studio
Il software Data Studio
Altre soluzioni commerciali
Soluzioni similari sono prodotte oggi anche da altre Case:
- PASCO (www.pasco.com)
- Vernier (www.vernier.com)
- 3B Scientific (www.3bscientific.it)
- Phywe (www.phywe.com)
- e molte altre…
Altre soluzioni commerciali
- Sensori molto simili tra loro
- Soluzioni differenti nel sistema di acquisizione
- Interfacce tradizionali
- Data logger portatili
- Sistemi wireless
-…
Il sistema ARDUINO
- Piattaforma hardware low-cost
- Programmabile, dotata di ingressi e
uscite analogiche e digitali
- Connessione USB con un PC
- Espandibile mediante ulteriori schede
- Disponibile in varie versioni
Il sistema ARDUINO
Caratteristiche della scheda Arduino Duemilanove
• Clock Speed 16 MHz
• EEPROM 512 bytes (ATmega168) o 1 KB (ATmega328)
• SRAM 1 KB (ATmega168) o 2 KB (ATmega328)
• Memoria flash 16 KB (ATmega168) o 32 KB (ATmega328)
• Corrente DC per il PIN 3.3v 50 mA
• Corrente DC I/O per PIN 40 mA
• PIN input analogici 6
• PIN I/O digitali 14 (di cui 6 PWM output)
• Limiti voltaggio alimentazione 6-20V
• Voltaggio alimentazione 7-12V
• Voltaggio operativo 5V
Il sistema ARDUINO
Cosa può fare:
- Leggere sensori
- Controllare periferiche
- Comunicare dati
- …
- Come?
Attraverso degli ingressi e uscite analogici e digitali
pilotabili via software
-
Dove salvare i dati?
Su memoria interna
Su una scheda Flash Memory
Su un PC (con software aggiuntivo)
Via Ethernet o wireless (con schede aggiuntive)
Il sistema ARDUINO
Il sistema ARDUINO
Esempio di schede aggiuntive
Il sistema ARDUINO: un esempio di software
/*
Blink
Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.
*/
// Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards.
// give it a name:
int led = 13;
// the setup routine runs once when you press reset:
void setup() {
// initialize the digital pin as an output.
pinMode(led, OUTPUT);
}
// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {
digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(200);
// wait for a second
digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(200);
// wait for a second
}