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) 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… Campo magnetico pH 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 Trasformata di Fourier Tabelle con possibilità di esportare i dati

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