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DETTAGLI RIVISTA N. 213 - Marzo 2017
   
(continua da home page)
Amplificatore 200+200W
... Per questo, pensando alle esigenze di chi oggi vuole autocostruire uno stadio finale robusto, di elevata potenza, facilmente abbinabile a qualsiasi preamplificatore o mixer, ma soprattutto dal suono caldo e fedele, tanto da poter anche essere abbinato a preamplificatori valvolari e a fonti audio analogiche come i giradischi tradizionali per i dischi in vinile (che da qualche tempo sono tornati in auge...), abbiamo voluto proporvi il circuito che trovate in queste pagine: un potente e prestante finale audio con stadio d’uscita a MOSFET, capace di sviluppare oltre 200 watt su altoparlanti da 4 ohm e circa 120 su 8 ohm, caratterizzato da banda passante e distorsione armonica tali da poterlo considerare un finale di vera alta fedeltà. La potenza erogata è sufficiente a sonorizzare, realizzando una coppia di amplificatori e pilotando ciascuno con un canale della stereofonia, anche sale da ballo e locali di grandi dimensioni come palestre e sale per eventi; naturalmente, servono diffusori di buona efficianza (dai 90dB/w/m in su). Ma rompiamo gli indugi e andiamo a vedere di cosa si tratta, studiando lo schema elettrico dell’amplificatore, che, lo anticipiamo, ha lo stadio finale funzionante in classe AB; abbiamo scelto dei MOSFET perché rispetto ai transistor bipolari consentono un elevato fattore di smorzamento, che è in pratica la capacità dello stadio di potenza di smorzare eventuali oscillazioni che si innescassero nel funzionamento ai transienti, ovvero dopo i fronti di salita e discesa del segnale se si sta amplificando un’onda quadra o rettangolare.
Smart everything incontra Dust
Avete scoperto, nel fascicolo precedente, come la semplicità, l’immediatezza e il supporto dell’architettura Arduino possano essere coniugati a un hardware professionale per la realizzazione di applicazioni IoT, ovvero per l’acquisizione e l’interscambio di dati di sensori e non solo, attraverso vari link wireless affermati ed emergenti, uno dei quali è il Dust Networks; alla relativa tecnologia dedichiamo questo articolo. Dust Networks è una rete WPAN Mesh wireless operante nella tradizionale banda ISM a 2,4 GHz, nata principalmente per le applicazioni IoT; l’implementazione della Dust Networks marchiata Linear Technology (www.linear.com) si chiama SmartMesh IP e viene adottata nelle board Dragonfly della famiglia SmartEverything, ampiamente descritta nel fascicolo 212. La rete nasce come alternativa alle soluzioni Long Range, rispetto alle quali offre, la possibilità di realizzare reti mesh, quindi estensibili per adattarle a grandi spazi e numerosi punti di raccolta dati. Il tutto con un ridottissimo consumo energetico. Con un’affidabilità dei dati superiore al 99,999% anche negli ambienti più ostici per le comunicazioni a radiofrequenza, le reti mesh wireless Dust Networks garantiscono ai fornitori di soluzioni IoT industriali molti anni di affidabilità dei dati relativi ai sensori e al controllo a distanza, senza richiedere alcun intervento.
Ricevitore 4 canali ad autoapprendimento
Eccoci ancora una volta a parlare di sistemi per il radiocomando, che sono sempre utili in svariate situazioni dove serva attivare/disattivare a distanza apparati e utilizzatori e non sia possibile o conveniente tirare fili per il comando. In questo caso proponiamo un ricevitore compatibile con tantissimi trasmettitori palmari e da portachiavi, funzionanti sui 434 MHz e codificati con encoder standard che hanno fatto la storia del radiocomando e ancor oggi utilizzati nelle applicazioni dove l’esclusività del comando non sia requisito imperativo. Diversamente dalla stragrande maggioranza dei ricevitori che avete visto pubblicati nelle pagine della nostra rivista, questo non si basa su moduli ibridi ma su una sezione radioricevente a integrato monolitico montata su una breakout board e su una decodifica implementata da uno dei più economici e semplici microcontrollori Microchip. Inoltre questo ricevitore, pur disponendo di quattro canali, non ha a bordo relé o TRIAC per commutare l’alimentazione sugli utilizzatori, ma fornisce solamente dei livelli logici TTL (0/5V) alle proprie uscite, per pilotare eventuali schede di potenza o a relé come quelle per il mondo Arduino; la scelta di non montare relé nasce dal nostro intento di realizzare un circuito piccolissimo da integrare facilmente in una vasta gamma di dispositivi. Proprio l’esigenza di minimizzare le dimensioni ha imposto anche di alimentare il circuito a 5 volt, che è la tensione con cui funzionano la logica e la parte RF, per evitare l’aggiunta di un regolatore di tensione, che avrebbe aumentato l’ingombro.
Arduino e l'ADC
Nel descrivere il progetto dell’alimentatore da laboratorio, presentato nei numeri 211 e 212, abbiamo annunciato un approfondimento sul funzionamento e l’uso dell’ADC di Arduino e in particolare del microcontrollore ATmega328P (che è il cuore di Arduino Uno); ebbene, eccolo in questo tutorial. Il convertitore analogico/digitale, meglio noto come ADC (acronimo di Analog-Digital Converter), è un dispositivo elettronico in grado di convertire segnali variabili analogici o tensioni continue in un codice binario, tramite la cosiddetta “quantizzazione”. Nell’ADC di Arduino un segnale analogico variabile tra 0 e 5 V viene tradotto in un codice a 10 bit, cioè 210 = 1024 combinazioni, numerate da 0 a 1023. A tale riguardo, va detto che quando calcoliamo la “risoluzione”, cioè il valore minimo della nostra scala di 10 bit, lo facciamo dividendo la tensione per i 1024 valori del codice a 10 bit; al momento di calcolare il “range”, quindi l’intera gamma di misura del convertitore, dobbiamo tener presente che i 1024 punti contengono anche lo 0, quindi vanno da 0 a 1023. Ciò significa che. Partendo per esempio da un’alimentazione di 5 V, la risoluzione sarà di 5V/1024, ovvero 0,004883 V, mentre il range andrà da 0 V a 0,004883 x 1023, ossia 4,995 V. Questo implica che il valore iniziale di 5 V è in “over-range”, vale a dire fuori scala. Bisogna comunque tener presente che, se anche in questi primi esempi usiamo svariate cifre decimali, nella realtà la precisione del sistema software di Arduino non permette di usarne correttamente più di due, quindi nel prosieguo arrotonderemo i risultati sempre alla seconda cifra decimale; perciò, ad esempio, il valore 0,004883 V lo tratteremo come 4,88 mV, altrimenti sarebbe matematicamente ingestibile.
Sensore prossimità a riflessione
Le competizioni di robotica come la Robocup Jr impongono, ai robot che vi partecipano, prove come il movimento lungo un tracciato che viene rilevato mediante sensori ottici -come quello descritto in queste pagine- composti da una coppia emettitrice/ricevitrice di luce; in pratica un diodo luminoso proietta la luce in una direzione e la parte riflessa dall’ostacolo ritorna a un fotorivelatore, che fornisce in uscita il segnale corrispondente. L’intensità di tale segnale dipende strettamente dal coefficiente di riflessione della luce da parte dell’oggetto investito dal fascio luminoso. Il progetto che trovate in queste pagine è appunto un completo sensore a riflessione di luce, che fornisce in uscita un segnale digitale (livello alto/livello basso) permettendo a un circuito che segue, di discriminare la presenza o l’assenza di una linea o di un oggetto; l’uscita del circuito è quindi adatta a pilotare un microcontrollore o una scheda Arduino, in virtù del fatto che il circuito tipicamente fornisce segnali logici TTL.
OCTOPUS: la piovra che suona il piano
Da parecchi anni le tastiere elettroniche, in special modo i sintetizzatori musicali, hanno la possibilità di suonare “da soli” brani, opportunamente pilotati tramite l’interfaccia MIDI o riproducendo file in formato standard caricati da supporti esterni di memorizzazione di massa. Ma quello che ci siamo proposti di fare è far suonare motivi a nostra scelta a strumenti musicali più abbordabili, come piccole tastiere musicali e pianole giocattolo acquistabili nei centri commerciali per poche decine di euro, che per evidenti ragioni non dispongono di interfacce dati o slot per supporti di memorizzazione di massa e che quindi non possono essere pilotate elettronicamente. In questi casi l’unica soluzione è farle suonare in maniera tradizionale, agendo sui tasti con qualcosa che trasformi le note dei brani musicali in comandi meccanici. Insomma, un’interfaccia da elettronica a meccanica. Questo lo abbiamo fatto e ha dato origine al progetto descritto in queste pagine, ossia un gadget che abbiamo sviluppato affinché possa essere utilizzato in varie occasioni, come ad esempio da demo in una vetrina o nel reparto giocattoli di un negozio, come pure da intrattenimento per grandi e piccoli in eventi e manifestazioni, per esempio, di robotica applicata. Il progetto è nato dal desiderio di poter riprodurre con una tastiera musicale low cost (una tastiera giocattolo) delle musiche standard, però suonandole premendo effettivamente i tasti, pur senza metterci un dito. Abbiamo quindi pensato a una soluzione automatizzata che consiste in un piccolo robot che suona per noi i tasti della pianola.
Mini centralino VOIP su Raspberry Pi
Raspberry PI è un single board computer che abbiamo già avuto modo di utilizzare nelle più disparate applicazioni. Sfruttando la sua predisposizione a funzionare da piccolo server Linux, ne abbiamo fatto un centralino per telefonia IP, che abbiamo iniziato a descrivere e a configurare nella scorsa puntata, che abbiamo aperto con i fondamenti della telefonia IP a beneficio di quanti non hanno conoscenza sufficiente in materia. Nella stessa occasione abbiamo spiegato come realizzare il centralino, ovvero quale hardware è richiesto e quale software, precisando, a riguardo, che ci siamo avvalsi del software Asterisk, che è una soluzione open source. Finora abbiamo visto la configurazione di base del nostro mini centralino, che consente comunque di iniziare ad utilizzarlo in pratica. In questa seconda ed ultima puntata vediamo come estendere la configurazione in modo da realizzare funzioni più avanzate con cui, ad esempio, realizzeremo un servizio di smistamento delle chiamate in ingresso. Uno dei servizi più utili di un centralino telefonico è quello che permette lo smistamento verso gli interni delle chiamate entranti; tale servizio ha l’obiettivo di mettere in contatto rapidamente ed economicamente chi ci chiama con l’interlocutore più adatto all’interno dell’organizzazione
I sensori MQ
Il rilevamento e la misura degli inquinanti e dei principali gas con cui possiamo venire in contatto nella vita quotidiana è sempre d’attualità e viene ottenuto impiegando sensori specifici, spesso molto costosi. Fortunatamente da qualche tempo in commercio si trovano sensori di basso costo, però affidabili, che sono quelli della serie MQ; sono tra i più apprezzati perché consentono, nelle varie esecuzioni, di rilevare con affidabilità svariati tipi di gas, aerosol e particelle in sospensione (come fumi e ceneri). Inoltre sono molto economici e facilmente reperibili anche sui vari e-commerce, il che li rende i preferiti dagli sperimentatori. Però, per quanto diffusi, tali sensori risultano poco documentati e non si trovano facilmente nella Rete librerie già pronte per Arduino, capaci di correlare i segnali da essi forniti con le concentrazioni rilevate nell’aria. Per questo abbiamo pensato di colmare tali lacune proponendo, in questo articolo, una panoramica su di essi e di proporre una libreria ad hoc per Arduino. Iniziamo dicendo che i sensori MQ sono formati da un elemento riscaldante detto heater ed un sensore elettro-chimico; l’heater è necessario per portare il sensore nelle corretta situazione di lavoro, in quanto solo a certe temperature la superficie sensibile (è tipicamente un ossido metallico) del sensore reagisce facendosi penetrare dai gas e dalle particelle che si desidera rilevare. Il componente che reagisce alla variazione del gas è trattato chimicamente in modo da variare la sua resistenza in relazione alla presenza di determinati gas. In sostanza è una resistenza variabile, la cui fluttuazione dipende dalla quantità di gas presenti nell’aria in cui il sensore di trova.
Rilevatore di presenze
Nei negozi e nei luoghi aperti al pubblico, specie in quelli in cui la conformazione (molte stanze, per esempio) rende difficile verificare al momento della chiusura se vi sia rimasta gente all’interno, vengono utilizzati sistemi contapersone collocati sul varco di accesso (tipicamente la porta di ingresso e uscita); si tratta di qualcosa in grado di rilevare i passaggi in entrambe le direzioni e da qui determinare, diciamo, il “saldo”. In questo articolo verrà presentato un sistema per il rilevamento e il conteggio delle persone in un ambiente, con il fine di fornire questo dato a sistemi di supervisione ed anche per attuare una gestione energetica razionale e ottimizzata, tagliando tutti i flussi energetici inutili e mantenendo nella location lo stato di comfort ottimale per il numero di occupanti. In particolare, il sistema che descriveremo è parte del “Sistema multisensoriale intelligente per applicazioni smart” sviluppato dall’autore e da un team cui esso appartiene, del quale è già stata depositata domanda di brevetto (N.102016000091625). Nulla vieta, comunque, di impiegarlo come semplice rilevatore di presenze residue in un locale o in un negozio o ufficio all’orario di chiusura.
BBC Micro: BIT
La BBC (British Broadcasting Corporation) ha realizzato un microcomputer lillipuziano da offrire gratuitamente ad ogni scolaro inglese di età intorno ai 7 anni, con lo scopo di rendere il più semplice e diffusa possibile l’alfabetizzazione del Paese verso le più recenti tecnologie digitali che il Paese ritiene di avere bisogno per affrontare le sfide del futuro e delle quali, attualmente, vi è una notevole carenza che deve essere colmata. La BBC non è nuova ad iniziative di questo tipo. Già nei primi anni ottanta, creò quello che divenne noto come il BBC Computer Literacy Project (progetto BBC per l’alfabetizzazione informatica). Questo progetto fu messo in atto in buona parte come risposta a un documentario estremamente influente della BBC, “The Mighty Micro”, in cui il dott. Christopher Evans del National Physical Laboratory predisse l’avvento della rivoluzione informatica e l’impatto che avrebbe avuto sull’economia, sull’industria e sullo stile di vita nel Regno Unito. Il risultato fu la realizzazione, commissionata alla Acorn Computer, e la commercializzazione, nel 1981, del computer BBC Micro).
Corso Bluetooth Low Energy
Il Bluetooth 4, meglio noto come BLE (Bluettooth Low Energy), ha significato una rivoluzione nel protocollo e nasce per affrontare le sfide delle comunicazioni locali richieste dalle più recenti tecnologie, non ultima l’IoT. Nella prima puntata di questo corso abbiamo tracciato le linee guida della tecnologia e iniziato ad approfondire il Bluetooth Low Energy ed ora proseguiamo vedendo innanzitutto le topologie delle reti WPAN realizzabili. I dispositivi Bluetooth Low Energy possono assumere, nelle reti, vari ruoli, che sono:
• Advertiser: dispositivo che trasmette verso tutti i pacchetti di visibilità, ma non è in grado di riceverli; può consentire o non consentire le connessioni;
• Scanner: dispositivo che semplicemente si pone in ascolto di messaggi di advertising; può connettersi a un advertiser;
• Slave: dispositivo collegato a un singolo master (supportato nel Bluetooth 4.0) o master multipli (Bluetooth 4.1 e successive versioni);
• Master: dispositivo che è collegato a uno o più slave; teoricamente un master può avere un numero illimitato di dispositivi slave ad esso collegati, ma in pratica il master può collegarsi 4÷8 slave alla volta;
• Hybrid: in questa modalità un dispositivo può funzionare sia da scanner che da advertiser allo stesso tempo o essere collegato ad un master e fare da advertiser o scanner simultaneamente. Quest’ultima modalità comunque non è standard, ma varia da un costruttore all’altro, quindi le caratteristiche esatte che sono supportate devono essere verificate con il produttore del dispositivo.
 
 
   
 
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