Telit GE864-PY

Mi e' stato regalato una volta dismesso questo dispositivo nato per leggere una seriale ed inviare i dati via rete cellulare 

Pensavo di poter recuperare qualche componente ma tutte le funzioni sono integrate nell'unico chip

Circuito elettrico per freatimetro

 Mi e' capitato di trovare in ufficio un freatimetro abbandonato in un armadio e, visto che non funzionava, ho provato ad aprirlo

Avevo sempre immaginato che il circuito di un freatimetro fosse una semplice batteria ed un buzzer.

Con sorpresa ho trovato all'interno un integrato LM393N, un comparatore di tensione 

Questa immagine e' stata ribaltata sull'asse verticale in modo da poter avere la corrispondenza con l'immagine soprastante

Controllando le piste ci sono un paio di componenti (CIC e L1) assenti nonostante le saldature non siano presenti...non sara' cosi' facile rimetterlo in funzione.. oltre all'ovvio cavo negativo della batteria che si e' dissaldato

Pila portatile Asus

Mi e' stata regalata una batteria di un portatile Asus ormai esaurita

La forma mi ha incuriosito visto che sembrava sostanzialmente un cilindro.....vuoi mettere che hanno usato delle batterie standard tipo quelle delle sigarette elettroniche

Ed infatti....delle 1865

Su una delle batterie e' stata trovsta la sonda di una termocoppia

Flip Flop per orologi al quarzo

Ho trovato oggi una risposta di quando ero bambino...come funzionano gli orologi al quarzo.

In estrema sintesi viene creato un generatore di onda quadra ed il segnale viene passato ad una cascata di circuiti Flip Flop JK. Per ogni passaggio la frequenza del segnale viene divisa per due

Se si sceglie con astuzia la frequenza del generatore di onda quadra (l'oscillatore al quarzo) di una potenza di due sara' semplice avere dopo alcuni passaggi una frequenza di esattamente 1 Hz. Nello specifico negli orologi al quarzo la frequenza del quarzo e' impostata a 32768 Hz che guarda equivale a 2 elevata alla 15. Se si usano quindi 16 flip flop in sequenza si avra' una frequenza in uscita di 1 Hz

Nel circuito dello schema sui pin J e K si imposta una tensione continua di 5 V. Il pin Q segnato deve essere collegato al segnale del flip flop successivo

Perche' tutto funzione il tempo di delay del flip flop deve essere adeguato alla frequenza che si sta utilizzando come segnale...se il flip flop e' troppo lento a reagire agli impulsi non seguira' il segnale

Monostable, Bistable, Astable Multivibrator 555

Un piccolo promemoria di definizioni

Fonte Wikipedia. Configurazione Monostabile

Monostable: questa configurazione, detta anche One Shot, riceve un impulso e come conseguenza genera un impulso in uscita (indipendentemente dalla lunghezza dell'input) di una durata pari alla configurazione della circuito RC (tempo di carica). E' simile ad un Schmitt Trigger ma questo muta la lunghezza della riposta in base alla lunghezza dell'input

Bistable: anche detto Flip-Flop. Per ogni impulso in ingresso cambia il proprio stato da 0 a 1 e da 1 a 0

Astable : genera con continuita' una onda quadra. Puo' essere visto come due Monostabiti in sequenza in cui il primo out e' usato come ingresso del secondo

Regolatori di tensione per Arduino

Per provare un pannello solare con una batteria ho preso un regolatore di tensione (il pannello solare esce a circa 19 V mentre la batteria e' da 12 V

 https://www.amazon.it/gp/product/B01EL9IG6K/ref=oh_aui_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1

Per prova ho testato un LM317, un regolatore di tensione lineare. Il componente ha una Vdroput di 3V per cui se si applica una tensione di Vin di 12 V non potremo ottenere piu' di 9 V dal Vout

Per pilotare il componente si usano 2 resistenze

Per il calcolo della Vout si usa la formula

R2 = [(Vin/1.25)-1]* R1

Per esempio se si vuole ottenere una Vout di 5v data un R1 di 220 Ohm si dovra' impostare una R2 di 660 Ohm

Questi componenti non sono molto efficienti e dissipano la corrente in eccedenza come calore.
Prendendo una Arduino ed una sorgente di una batteria di 9V si ha che la potenza dissipata e' data da

W = (9-5)V*0.04A = 0.16W

E' necessario usare un dissipatore termico per valori superiori a 0.25W
usando il rapporto di 19°C/W si ha che l'integrato si riscalda di circa 3°C

Regolatore tensione Arduino Uno

Ma ha senso usare un regolatore di tensione esterno su Arduino Uno??
La Arduino Uno usa un regolatore di tensione LDO NCP1117ST50T3G che eroga una tensione fissa di 5V con un dropout di soli 1.2V ed una tensione di Vin di 20 V.
Il pannello solare eroga in piena insolazione 19.7 V.....e' molto al limite forse troppo (le tensioni consigliate per il regolatore di tensione sono 7-12V max 19V) ma in ogni caso e' integrato un circuito di protezione

AStable NE555

Stavo giocando con la generazione di suoni con una Arduino ed un altoparlante (metto sotto il semplice progettino) quando mi e' venuto in mente....perche' non farlo senza microcontrollore ma con la sola elettronica analogica e quindi con un NE555

Circuito NE555 Astable

Fonte Wikipedia

Accrescere il valore del condensatore C  al di sotto del potenziometro riduce la frequenza aumentando il periodo.

Accrescere il valore della parte superiore R1 della resistenza variabile (parte superiore guardando il grafico sopra) aumenta il periodo di segnale alto (ma non modifica il periodo di segnale basso

Accrescere il valore della parte inferiore R2 della resistenza variabile aumenta il periodo di segnale basso e decrementa il duty cycle (ovvero il rapporto tra stato alto e stato basso fino ad un minimo del 50%)

il tempo di stato 1 sara' pari a T_alto = 0.693(R1+R2)*C
il tempo di stato 0 sara' pari a T_alto = 0.693*R2*C

per avere un periodo alto uguale al periodo basso R1 deve essere posto a zero

La frequenza e' calcolata come f=1.4/((R1+2R2)*C)

https://dlb.sa.edu.au/rehsmoodle/file.php/466/kpsec.freeuk.com/555timer.htm

per avere una frequenza di 440 Hz si deve porre di circa 164 nF (questo il calcolatore)

Ovviamente al posto del voltmetro va messo un altoparlante

Il consumo di NE555 e' di circa 15 mA

E se si volesse scendere con duty cyle inferiori al 50%??? (ovvero se invece di generare un suono volessi un interruttore che si apre ad determinati intervalli per un breve periodo di tempo)

Si devono inserire due diodi attorno al potenziometro

Circuito NE555 Astable con duty cycle inferiore al 50%

Un sostituto a basso consumo di NE555 e' ICM7555 che funziona anche a 1.5 V con un consumo di 60 microA

Configurazione Astable di ICM7555

Se si vuole generare un suono con Arduino basta lo script sottostante e collegare il jack audio al GND ed al PIN 11 per avere una nota di 250 Hz

---------------------------------------------------
void setup() {
  pinMode(11, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(11, HIGH);  
  delay(2);                       
  digitalWrite(11, LOW);     
 delay(2);                  
}
---------------------------------------------------

Ma come fare ad avefe note piu' acute con periodo inferiore al microsecondo. Si possono usare le librerie Mozzi e Tone che, giocando sui timer TCRR0A eTCRR0B permettono di ottenere variazioni piu' brevi dello stato delle porte digitali (a 16 MHz il limite teorico di un clock del processore e' di 62.5 nanosecondi)

Comparatore di tensione

Il motivo di questo post era rispondere alla domanda: posso generare un interrupt per una Arduino anche quando il dispositivo di misura non dispone di tale funzione (per esempio un puro strumento analogico con uscita della lettura come variazione di tensione??)

Una risposta puo' essere usare un comparatore di voltaggio mediante circuito operazionale che si comporti come un ADC ad un solo bit. Se il valore letto e' minore di quello di riferimento il circuito risponde con una tensione di uscita zero (stato zero) mentre se e' superiore risponde con uno stato 1 (tensione pari a 5V)

Simulazione effettuate con Every Circuit 

Sul - dell'operazionale si imposta la tensione di riferimento Vr (la soglia a cui si vuole che il circuito cambi stato) e si pone per esempio a 3V. La V+ di alimentazione dell'operazione e' posta a 5V mentre la V- di alimentazione e' posta a zero

Nel + dell'operazione (pin non invertente) si inserisce la tensione pilota (Vp). Nel caso in cui Vr<Vp il circuito entra nello stato 1 ed all'uscita dell'operazionale si ha una tensione di 5V. In caso contrario si ha una tensione pari a 0

Nel primo caso la tensione sul - dell'operazionale (pin invertente) risulta essere di 3V mentre la tensione sul + dell'operazione e' di 4 V. In questa condizione in uscita dall'operazionale si ha un valore di Vcc  a cui e' alimentato l'operazionale (quindi 5V)

 Nel secondo caso la tensione sul + risulta inferiore al valore di riferimento

Dal punto di vista pratico si possono usare LM311, LM345 e LM741
Andando sul dettaglio estremo non e' vero che il circuito puo' assumere solo valori tra 0 e 5V. In un intorno di 10 mv intorno alla tensione di cambio di stato la tensione in uscita assume un valore intermedio tra 0 e 5V ma al mio fine pratico cio' non interessa

http://everycircuit.com/app/


http://www.bristolwatch.com/ele2/comparator.htm

Testare un transistor con un multimetro

Per testare il transistor 2N2222A ho usato un tester ProKit MT-1210. Questo tester ha una predisposizione per cui si puo' misurare direttamente il valore di hFE ovvero il guadagno in corrente continua

Inserendo Emettitore, Base e Collettore nei rispettivi alloggiamenti e selezionando la funzione hFE si ottiene una lettura di 228 (le impostazioni di misura del multimetro sono 10 microA sul collettore ed una Vce di 2.8V a 20°C)

A questo punto si puo' andare a consultare la scheda tecnica del transistor. Il grafico e' basato su una Vce di 10 V

e' quindi verificato il funzionamento del transistor

Analisi di due backup battery solari

Premessa : entrambi gli oggetti in  foto non funzionano completamente e comunque hanno dei limiti di progettazione
Si tratta di due batteria di backup rispettiavamente da 5000 mAh e 10000 mAh

il problema di progettazione e' che in nessuno dei due casi il pannello solare puo' ricaricare la batteria interna in modo efficiente. Entrambi hanno un pannello solare da 1.5W e su quello giallo e' dichiarato che in alimentazione solare eroga 200 mA. Quindi, tenendo conto che anche per il modello nero le prestazioni siano simili, sono necessarie rispettivamente 25 ore e 50 ore di esposizione a pieno sole per la ricarica della batteria (e non e' una buona idea lasciare 25/50 ore sotto l'insolazione diretta delle batterie Lipo con il conseguente surriscaldamento e probabilita' di esplosione....il costruttore lo sa e per questo motivo nelle specifiche indica come massima temperatura di esercizio 45°C

Modello 1 (Giallo e verde)
Questo dispositivo si ricarica normalmente via microUsb da alimentatore di rete. Il problema e' che il pannello solare non ricarica la batteria. Collegando un tester si vede anche che, esposto alla luce solare, non solo non carica la batteria ma non manda nemmeno tensione sulla porta USB di uscita

per capirci qualcosa ho provato ad aprilo. Non ci sono viti a vista ma alzando la gomma verde si vedono delle clip automatiche in plastica (sono 8 in tutto)

Una volta guadagnato l'accesso all'interno si vede che il pannello solare e' fissato con clip al coperchio superiore ed ha una tensione di uscita di 3.7V. E' saldato piuttosto male ed e' stato sufficiente una piccola torsione del filo per staccarlo da circuito integrato di ricarica

Modello 2 (Nero)

E' molto piu' semplice da aprire tramite 8 viti che aprono due semigusci.
Da una verifica sui contatti interni si vede che il circuito di carica funziona, la batteria interna effettivamente e' carica ma non eroga corrente sulle porte Usb in nessuna condizione. Il pulsante di accensione funziona correttamente quindi il problema sembra risiedere nel circuito di erogazione della corrente (fondamentalmente non riparabile)
Al contrario del modello precedente se si mette il pannello solare (in pieno luce, diretta, senza un minimo di penombra altrimenti non funziona) sulla porta Usb si ha corrente (5.,4 V) quindi non si puo' usare la batteria ma si puo' usare il pannello solare per alimentare qualcosa di piccolo e poco esoso di corrente come una Arduino

In estrema sintesi non vale la pena di spendere soldi su questi dispositivi poco costosi ed a pannello solare (le soluzioni a pannello solare "serie" hanno costi dell'ordine di 150 euro, questi pacchi batteria possono essere acquistati per 15 euro....

Sonda Effetto Hall (KY-003 Clone cinese)

Ho comprato su DealExtreme questa sonda di Hall giusto per fare qualche esperimento (per dettagli su cosa sia effettivamente l'effetto Hall si puo' leggere la relativa pagina di Wikipedia)
Il costo era ridicolo (meno di due euro spedizione compresa)

Si tratta di un piccolo componente elettronico (44E938) montato su una basetta con i reofori ed un piccolo led. Il componente di per se non e' niente di speciale: ha solo lo stato On/Off e necessita di un discreto campo magnetico per attivarsi. Lo stato e' normalmente On e la schedina e' dotata di un led rosso che si attiva alla prossimita' del magnete (in linea di principio non e' richiesta l'Arduino ma basta l'alimentazione)

La pedinatura dell'integrato e' (con la scritta rivolta verso l'alto)
Sinistra : VCC 5V
Centro GND
Destra : Segnale

mentre quella della schedina e'
Sinistra : GND
Centro VCC 5V
Destra : Segnale

L'utilizzo di questo sensore puo' essere come interruttore (accoppiato ad un piccolo magnete) per verificare l'apertura di una porta o per contare i giri di un disco

(il magnete e' nascosto all'interno del tessuto. Ho usato il fermaglio magnetico del case del tablet)

Ps: un utente ha segnalato nei commenti di DealtExtreme che la pedinatura scritta sulla scheda non e' corretta. Per quanto mi riguarda i collegamenti sono corretti
--------------------------------------------------------------
int val = 0; 
void setup()
{
pinMode(2, INPUT); // segnale del sensore
pinMode(13, OUTPUT); 
Serial.begin(9600); 
}

void loop()
{

val = digitalRead( 2 );
Serial.println(val); 

if ( val == HIGH )
digitalWrite ( 13, HIGH ); 
else
digitalWrite ( 13, LOW ); .
delay(1000);
}

Fluttuazione dei valori ADC su Arduino 2009

Dopo aver effettuato le misure della cella di carico con un multimetro (vedi questo post) quest'ultimo e' stato sostituito da una Arduino con lettura diretta sulla porta analogica su A0

Nel corso delle misure per la calibrazione della cella di carico e' stato osservato che, anche se i dati del multimetro indicavano una tensione costante, le misure effettuate la lettura di una porta analogica di una Arduino 2009 erano fluttuanti

Nel grafico sottostante si puo' vedere il comportamento di una misura reale di tensione costante (nei limiti dei millivolt) derivante dalla cella di carico

come si osserva le misure oscillano attorno al valore medio di 82 unita' con picchi di +/- 6 unita'

Considerando tutta la curva di taratura si evidenzia che

Curva di taratura cella di carico amplificata INA125p con Arduino

Curva di taratura cella di carico amplificata INA125p con multimetro

Come si vede chiaramente leggere i dati con Arduino degrada in modo sensibile il coefficiente di correlazione (anche se poi per gli scopi previsti non e' cosi' importante)

Dalla scheda tecnica del ATMega328 si ricava che l'errore sull'ADC e' +/- 2.5 unita' sulla lettura.
Da dove viene il rimanente errore??

Leggendo su Internet le fonti di errore possono essere:
1) fluttuazioni sull'alimentazione del circuito: suggerimento consigliato mettere un condensatore tra VCC e GND (gia' fatto nel circuito quindi questo fattore e' da non considerarsi

2) fluttuazione sull'alimentazione dell'Arduino mediante USB: questo sito indica un errore sull'alimentazione pari al 3-5% con alimentazione dell'Arduino via USB. Visto che il riferimento per l'ACD e' data dall'alimentazione e' chiaro quanto possa essere influente questo aspetto.

Per verificare questo aspetto ho costruito molto semplice basato su  un potenziometro usando la stessa scheda impiegata per calibrare la cella di carico

La tensione misurata sul cavo giallo era di 907 mV
Le misure sono state effettuate alimentando l'Arduino sempre via USB una volta connettendo l'alimentatore del portatile ed una volta usando la sola batteria del portatile

Da questa prova si vede chiaramente che l'alimentazione via USB della scheda puo' influire sulle misure ma non in modo cosi' netto come nella prova con la cella di carico (non si vede una chiara periodicita' dei dati e la differenza picco-picco delle misure e' compresa in una unita' e non in 12 come nel caso della cella di carico)

Una possibilita' di valutare e' una interferenza esterna: le misure con il potenziometro sono state fatte a casa mentre le misure con la cella di carico sono state effettuate ad Arcetri presso il laboratorio di geotecnica. Quando facevo il laboratorio di misure elettromagnetiche a Fisica (sempre ad Arcetri) si notavano delle interferenze a causa del ponte radio della vicina stazione di polizia...e' comunque da studiare meglio e verificare

Instrumentation Amplifier (AD623) per Arduino e cella di carico

Per confronto con il precedente post e' stato provato ad usare un Instrumentation Amplifier differente ovvero l'AD623

Le differenze sono relative ad un minor numero di connessione ed all'uso di una resistenza Rg dell'ordine del KOhm (nel caso in esame il valore di Rg e' stato settato a 158 Ohm)

Nel dettaglio i collegamenti sono i seguente

Pin 1 : a potenzionemetro da 4.7 KOhm settato a 1 KOhm. Collegato a Pin 8
Pin 2 : Segnale ingresso negativo
Pin 3 : Segnale ingresso positivo
Pin 4 : GND
Pin 5 : GND
Pin 6 : Segnale uscita amplificato
Pin 7 : VCC
Pin 8 : vedi Pin 1

Ed ecco il circuito reale. Come nel caso precendete la foto e' stata fatta con il circuito e Arduino alimentate esternamente mediante i canali della breadboard. Il circuito realizzato con Fritzing e' da intendersi con l'Arduino alimentata via USB che a sua volta alimenta AD623

La curva di calibrazione della cella di carico e' sintetizzato nel grafico sotto riportato

I pesi sono variati da circa 250 gr a 21 Kg

la retta riporta una sensibilita' di 6gr/mV con una buona linearita'

Instrumentation Amplifier (INA125P) per Arduino e cella di carico

Partendo dalla sfortunata esperienza dell'uso di LM358 per amplificare il segnale della cella di carico e' stato ripensato e sostituito il componente di amplificazione utilizzando un integrato INA125P che fa parte della classe degli Instrumentation Amplifier (da Wikipedia si puo' vedere nel dettaglio come sono fatti all'interno questi componenti)

Piu' nel dettaglio

Pin 1 INA125P : VCC
Pin 2  INA125P : VCC
Pin 3  INA125P : GND
Pin 4  INA125P : collegato con con Pin 15
Pin 5  INA125P : GND
Pin6  INA125P : Segnale ingresso +
Pin7  INA125P : Segnale ingresso -
Pin8  INA125P : Collegato con una resistenza di 10 Ohm (potenziometro da 100 Ohm) a Pin 9
Pin9  INA125P : Vedi Pin 8
Pin10  INA125P : Collegato con Pin11
Pin11  INA125P : Segnale amplificato in uscita

ed ecco la foto del circuito su breadboard (c'e' una piccola differenza tra lo schema Fritzing e quello della foto: l'alimentazione nel primo caso e' presa da Arduino mentre nel secondo sia Arduino che il circuito sono alimentazioni esternamente tramite batteria a 9 V mediante breadboard....nella calibrazione sottostante e' la stata usata la prima configurazione)
Nel caso in esame il valore di Rg e' stato settato a 45 Ohm

Il tavolo di laboratorio. La cella di carico e' coperta dai pesi da geotecnica all'estrema destra

Ed alla fine la curva di calibrazione con plottati il peso contro i volt

La curva e' stata eseguita in entrambi i sensi (carico e scarico) ma dato che i dati erano identici e' stata riportata solo la fase di carico. Si osserva la netta linearita' della risposta e una ottima stabilita' delle misure

Di fatto il gradiente e' circa 1mV ogni 5gr

Calibrazione di Force Gauge con Arduino

Dopo aver completato il circuito di amplificazione visto in questo post ed in questo post  e' arrivato il momento di portarlo in laboratorio per la calibrazione e per verificare che la risposta del sensore alle sollecitazioni fosse corretta

La prova e' stata del tutto insoddisfacente ed il sistema di lettura ha mostrato molti difetti.
E' stato quindi necessario rimettere tutto a posto e verificare dove fosse l'errore.

Per semplicita', prima di prendere in mano il saldatore ho voluto effettuare una simulazione con LTSpice, un software open per la modellizzazione di circuiti elettrici

Il primo passo e' stato cercare il modello di LM358 (il vero modello e non l'operazionale teorico) che si puo' scaricare presso questo link (LTSPiceOpAmp3.zip)
Si copia i file nelle rispettivi directory di LTSpice (vedi pdf allegato nello zip)
Si seleziona quindi il componente Opamps, opamp3
Dopo aver posizionato il componente sullo schema si fa clic destro sul triangolo e si aprono le proprieta'
Doppio Clic su UA741 e si seleziona LM358

Costruito il circuito con le resistenze previste ed e' stata lanciata una simulazione con una tensione variabile da -0.7mV a 0.8mV (il range tipico della cella di carico)
Dal grafico sopra riportato (linea in blu) si vede chiaramente che la risposta del sensore e' del tutto non lineare. Anche dal punto di vista della simulazione il circuito con LM358 non e' adatto allo scopo previsto

Dove sono i limiti del circuito e dell'LM358 per l'uso previsto
Provando una simulazione con un segnale sinusoidale da 200 mV si ha qualche idea in piu'

1) l'integrato funziona in amplificazione soltanto per tensioni negative (studiando un po' di piu' gli operazionali avrei dovuto capirlo da solo ed e' questo il motivo per cui LM741 ha una alimentazione VCC+/VCC- e non VCC+/GND)
2) Forse la corrente da amplificare e' troppo bassa (anche con tensioni con tensioni sempre negative non si ha linearita'

in conclusione il futuro vedra' un paio di test passando da un amplificatore operazionale a quelli che si chiamano "instrumentation  amplifier" con l'uso di un INA126p ed un AD623