Maturità - 1998 Sistemi
© by Vittorio Crapella - i2viu
ESAMI DI MATURITÀ PROFESSIONALE
Indirizzo: ELETTRONICA - E - TELECOMUNICAZIONI
TEMA 1998:
Si richiede il progetto di massima di un dispositivo rivolto ad un club di aeromodellismo che desidera attrezzarsi di un sistema atto alla rilevazione della velocità e direzione del vento. Tale sistema deve essere caratterizzato da un anemometro e da una banderuola. L'anemometro é calettato ad un encoder differnziale che produce in uscita due segnali ad onda quadra TTL compatibili sfasati di 90 gradi. La frequenza dell'onda quadra é funzione della velocità tangenziale del vento e segue la legge:
F= K * v
dove v rappresenta la velocità del vento in m/s e K = 400 m elevato alla -1.
La banderuola deve essere in grado di rilevare 8 posizioni angolari corrispondenti ai quattro punti cardinali e alle loro posizioni intermedie (Nord-Est, Sud-Ovest.....)
Le apparecchiature di rilevamento sono poste ad una distanza inferiore ai 15 metri dal centro di raccolta dei dati. Il candidato, formulate le necessarie ipotesi aggiuntive e tenuto conto della finalità molto specifica del problema:
1. esegua una progettazione di massima dell'intero sistema di rilevazione utilizzando eventualmente, vista la natura del problema, anche apparecchiature auto-costruite;
2. ipotizzi soluzioni per la realizzazione di un dispositivo atto a convertire le otto posizioni angolari in un numero appropriato di cifre binarie;
3. analizzi l'interfaccia tra i dispositivi di acquisizione e l'apparecchiatura di comunicazione;
4. descriva l'apparecchiatura di comunicazione utilizzata per il collegamento con centro di raccolta, soffermandosi sia sugli aspetti fisici che sugli aspetti logici.
SOLUZIONE SECONDO GLI AUTORI:
Prof. Emanuele Impallomeni docente di Sistemi ITIS Giorgi
Prof. Umberto Torelli docente di Elettronica ITIS Feltrinelli
SCHEMA A BLOCCHI:
Il tema in esame si può scomporre, per la sua soluzione, in tre parti.
La prima relativa alla rivelazione della velocità, la seconda alla direzione del vento, la terza alla trasmissione dati.
Tra le possibili soluzioni, si proporre la realizzazione di un apparecchio simile ad un frequenzimetro digitale.
Si può ipotizzare che sia sufficiente utilizzare un solo dei segnali dell'encoder per acquisire il modulo della velocità del vento in quanto la direzione é fornita dalla banderuola.
Ai fini progettuali, date le caratteristiche di leggerezza degli aeromodelli, si pone come velocità massima del vento quella di 10 metri al secondo.
Si può anche prevedere una visualizzazione attuata su due display a 7 segmenti con decoder incorporato.
Questi integrati dispongono di ingressi binari ed uscite BCD da queste é semplice inviare i dati direttamente all'interfaccia di trasmissione.
Un'indicazione su due digit offre sufficiente precisione.
Dalla traccia si deduce che un vento di 1 m/s produce su ciascuna delle due uscite dell'encoder un segnale con frequenza di 400Hz, quindi la massima di dimensionamento sarà 4 KHz.
Con una frequenza di 400Hz, sul display si deve leggere 1.0 risultato che si ottiene dividendo per 40 la frequenza originaria.
Questo risultato può essere raggiunto dividendo per 10 la frequenza del segnale dell'encoder e conteggiando il numero degli impulsi in 1/4 di secondo (cioè 250 msec). Per ottenere questo si utilizza un segnale (generato da un astabile) che rimane alto per 250 msec e basso per il tempo necessario alla memorizzazione del valore conteggiato (LE, latch enable) e alla trasmissione del dato.
Ad ogni ciclo il contatore viene resettato (Reset).
Per quanto riguarda la banderuola viene scartata l'ipotesi di adottare un ecnoder assoluto (sarebbe sfruttato in minima parte). Si preferisce invece una semplice soluzione "autocostruita".
É possibile utilizzare Led e foto diodi all'infrarosso come nella realtà avviene, ma sono possibili soluzioni di tipo meccanico decisamente più semplice e funzionali. Ad esempio si può realizzare un circuito stampato circolare e collegare le tracce da 1 a 8 ad un priority encoder.
Cosi facendo la spazzola (che funge da capo comune), ruotando, collegherà di volta in volta una delle 8 tracce. L'indicazione della direzione può essere visualizzata anche da otto diodi LED disposti in cerchio.
L'interfaccia di trasmissione sarà, in ultima analisi, un convertitore parallelo-seriale realizzato con tre shift register con caricamento parallelo posti in cascata. Questi sono gestiti da un unico segnale a caricamento parallelo e di un segnale di clock (es. 1200 Hz).
Questo sarà abilitato nell'intervallo di tempo disponibile tra un conteggio e l'altro.
Si può pensare quindi di formare ogni parola in questo modo :
1 bit di start, 4 bit informativi, 2 o 3 bit fissi ad uno, ed infine i bit di stop.
Per ultimo si dovrà prevedere un traslatore di livello per garantire il corretto trasferimento del segnale.
Emanuele Impallomeni docente di Sistemi ITIS Giorgi
Umberto Torelli docente di Elettronica ITIS Feltrinelli