Elettronican° 14 - 2020
Universale per AC con ATMega168PA
Il Sistema ArduINA226
Il Firmware TasmotaCon ESP8266
Come Scegliere il Multimetro
Maker&Prestidigitazione Elettronica
Modulo di Controllo
Dal Carbone ai Controller
Elettronica
Se leggi queste righe, probabilmente non ci conosci: permettimi di presentarti la nostra rivista,
in poche parole. E&M nasce agli albori del 2018, come progetto editoriale eco-sostenibile che,
pur non utilizzando carta, mantiene il formato e l’organizzazione delle pagine di una rivista
classica, in un file pdf. Il tutto con l’aggiunta delle piene funzionalità offerte dai collegamenti
ipertestuali che, con buona pace degli amanti del classico, sulla carta stampata per il momento
non si trovano. In altre parole, E&M si pone un po’ come “anello mancante” tra l’immensa
pletora – incontrollata e non necessariamente sempre affidabile nei contenuti – dei blog a
carattere tecnico e il mezzo tradizionale che odora di inchiostro. Uno degli intenti principali del
progetto doveva essere la facilità di comunicazione tra lettore e autore, per colmare un’altra
delle lacune fondamentali della stampa tradizionale, ovvero “la barriera della redazione” che
da sempre, in quell’ambiente, si era frapposta tra le parti. Oggi le cose sono profondamente
cambiate; chiunque legga i nostri articoli può interagire con gli autori in un click, privatamente o
in pubblico, sul sito o sulla nostra pagina di FaceBook, che sta diventando un ulteriore punto di
incontro. Usatela per i vostri post a tema e condividetela il più possibile con gli amici!
Da questo numero, poi, una novità: E&M ospiterà le "Pagine di Elektor", la storica rivista
Olandese a diffusione mondiale, leader di settore.
Quanto segue è solo un'anteprima del numero completo che potrai scaricare gratuitamente dal
sito di Elettronica&Maker, assieme a tutti quelli già pubblicati. A presto e...
...Buona lettura!
Roberto Armani
EDITORIALE
Il Nostro Progetto
Maker
Sommario
&
Numero 14 - 2020
44
28
56
62
12
Ora E&M è anche su:
Seguici!
4
Copertina del primo numero di Elektor
in lingua Italiana, del Giugno del 1979.
Ai tempi, in Europa la rivista stampava
330.000 copie in 4 lingue.
https://www.facebook.com/elettronicaemaker/https://twitter.com/Redazionemaker
Chiunque operi in elettronica sa, più o meno, cosa siano thyristor e triac, come funzionino e vengano utilizzati. Tuttavia, questi componenti offrono così tante possibilità che soltanto gli specia listi sono in grado di sfruttarli appieno. Oggi i thyristor sono usati principalmente in applicazioni speciali per alte tensioni (sopra 1 kV) e correnti elevate (diversi kiloampère), per cui questo articolo è focalizzato sui triac. Dapprima ci occuperemo delle basi del funzionamento dei triac e dei parametri principali. In seguito descriveremo lo schema del modulo di controllo. La Figura 1 mostra il prototipo completato
dall’autore. Con questa combinazione di un controllore ATmega e di un triac è possibile realizzare molte funzioni.A seconda del firmware, il modulo può essere utilizzato come un semplice switch locale o remoto, timer, dimmer o come unità di soft-start per il controllo di carichi induttivi come quelli di trasformatori o motori elettrici.
Principi FondamentaliUn triac è uno switch a semiconduttore che, quando è attivato, conduce corrente in entrambe le direzioni, ovvero un interruttore
Modulo di Controllo Universale a Triac con ATmegaCommuta e regola diversi tipi di carico
Di Roland Stiglmayr (Germania) Questo modulo di controllo a triac è un progetto per chiunque sia interessato all’elettronica di potenza, che dà anche l’opportunità di imparare qualcosa sulla programmazione
a livello-hardware. Nell’articolo si descrivono tutte le fantastiche caratteristiche e le applicazioni
dei triac, nonché l’utilizzo di risorse del microcontrollore che spesso non
vengono utilizzate.
PROJECTHOMELAB
Le Pagine di
4 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
https://www.elektor.com/
attorno all’elettrodo del gate, che porta a un surriscaldamento locale. Dato che il valore di dIT/dt è particolarmente basso del quarto quadrante, questa modalità operativa si dovrebbe evitare. L’importanza del problema dIT/dt diventa relativa se la commutazione avviene quando la tensione passa per lo zero, nonostante questo valga soltanto per i carichi a predominanza resistiva. Se necessario, il rateo di salita della corrente si può limitare anche collegando una piccola impedenza avvolta in aria in uscita dal triac. Il parametro dICOM/dt definisce il valore limite per il rateo di salita della corrente al passaggio per lo zero della medesima.Se viene superato, il triac non andrà in off, restando in condu-zione. Il triac può anche essere innescato erroneamente se, in condizione di off, si supera la tensione di picco ripetitivo VDRM. A questo si rimedia collegando un varistor tra T2 e T1 per limitare la tensione massima.
L’ultimo parametro da descrivere è il fattore di protezione da sovracorrente I²t, che è l’integrale del quadrato della corrente su un periodo di 10 ms. Questo limite corrisponde alla massima energia che il triac può assorbire. Si deve sempre tenere in considerazione nel dimensionare il fusibile. Tutti gli altri valori elencati sulle specifiche di un triac sono ampia-mente auto-esplicativi. Se desiderate progettare i vostri circu-i ti a triac, adesso dovreste essere in grado di utilizzare questi parametri per scegliere il triac migliore per la vostra applicazione.
AC. La corrente di carico scorre attraverso i due terminali T1 e T2. Questi elettrodi vengono anche indicati come MT1 e MT2 (per “main terminal”) e, in passato, anche come A1 e A2 (per “anodo”). Il terzo elettrodo è il gate (G), il terminale di controllo. La Figura 2 illustra (a sinistra) il simbolo del triac utilizzato sullo schema di Elektor e un semplice circuito equivalente (destra). Un triac resta interdetto finché la corrente che scorre dal gate (G) a T1 non è sufficientemente alta per attivarlo. Una volta entrato in conduzione, resta in questo stato finché la corrente tra T1 e T2 scende al di sotto di un valore di soglia. Quindi ritorna in “off”. Funzionando con una tensione AC, passerà in condizione “off” ogniqualvolta la corrente raggiungerà lo zero, non necessaria-mente in fase con la tensione, a meno che non sia mantenuto costantemente “on” attraverso la corrente di gate. Allo stesso modo, un triac può essere attivato con un breve impulso sul gate, ma non può essere interdetto in modo altrettanto immediato. T1 è il punto di riferimento (tensione di riferimento) per il gate G. La corrente scorre in quattro direzioni diverse, a seconda della polarità delle tensioni sul gate e T2 relativamente a T1. Queste sono mostrate nel diagramma a quattro quadranti di Figura 3. L’asse X rappresenta la polarità della tensione sul gate rispetto T1. Y rappresenta la polarità della tensione su T2 rispetto a T1.I quattro quadranti che risultano sono indicati dai numeri Romani in Figura 3. I valori positivi sono in rosso, i negativi in blu. Sulle specifiche, i parametri di un triac sono indicati per tutti i quattro quadranti, poiché spesso sono diversi.
Parametri Per portare in conduzione un triac, la corrente di gate deve essere più alta del valore di soglia, indicata come “gate trigger current” o IGT. Al termine dell’impulso di controllo, il triac resta on solo se la corrente di carico risultante è più alta di quella di “latch” IL. Altrimenti, al termine dell’impulso di controllo, il triac va in “off”. Sulle specifiche, i valori delle correnti d’inne-sco e di funzionamento vengono specificate separatamente per ciascun quadrante. Se la corrente di carico di un triac in conduzione scende al di sotto di quella di mantenimento IH, il triac si interdice. Con un carico induttivo si verifica uno scosta-mento di fase tra corrente e tensione, di un’entità che dipende dalla componente induttiva del carico stesso. Di conseguenza, quando la corrente passa per lo zero, non è detto che lo stesso valga per la tensione sul carico. Ne risulta che, quando il triac apre, la tensione su T2 può salire a valori elevati e questo può dare problemi. Se la velocità di crescita della tensione eccede il valore limite dVCOM/dt, il triac tornerà a condurre. A seconda del tipo di carico, ciò può creare danni. Una crescita eccessiva si può prevenire collegando una rete RC definita “snubber” tra T1 e T2. Esistono anche triac “Hi-Com” sono molto meno sensi-bili a questi aspetti. Anche il parametro dVD/dt è importante. Se, quando un triac è in condizione off, si eccede il suo limite, entrerà in conduzione.Se la corrente risultante scorre esattamente per un semiperiodo, un trasformatore alimentato in questo modo può raggiungere la saturazione e presentare all’improvviso un’impedenza bassa. In molti casi, il triac e forse anche le piste del PCB non soprav-viveranno a un simile incidente. Ancora una volta, uno snubber o un triac Hi-Com possono rimediare la situazione.Il parametro dIT/dt, che rappresenta il valore limite per il massimo rateo di salita della corrente dopo l’innesco del triac, è altret-tanto critico. Se viene superato, il triac andrà in corto tra T2 e T1. Questo deriva dalla densità di corrente non uniforme
Figura 1: Il prototipo del modulo di controllo dell’autore.
Figura 2: Simbolo di un triac sullo schema Elektor (sinistra) e circuito equivalente (destra) per il primo quadrante, composto da un transistor PNP e un NPN.
Figura 3: I quattro quadranti risultano dalle polarità delle tensioni su gate e T2 rispetto a T1.
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 5
Alimentazione del modulo Fornire alimentazione al modulo non è semplice. Un piccolo alimentatore switching sarebbe carino, ma richiederebbe molto spazio. Un condensatore serie sarebbe più semplice, ma un MKT dalle caratteristiche di capacità e tensione necessarie non è propriamente economico. Un resistore serie è ancora più semplice. Vogliamo che il triac funzioni nei quadranti II e III. Questo richiede una tensione di innesco negativa sul gate trigger, rispetto all’elettrodo T1, il quale è collegato diretta-mente alla rete AC. Lo scopo si raggiunge più facilmente con un raddrizzatore a semionda. Tuttavia, la fattibilità di questo dipende direttamente dall’assorbimento di corrente del circuito. A questo proposito, le considerazioni principali riguardano la MCU e l’energia d’innesco richiesta dal triac. L’MCU non ha molto da fare, per cui può passare la maggior parte del proprio tempo in modalità low-power sleep. L’energia media di innesco è bassa, poiché al trigger servono solo impulsi brevi. La questione è invece quanto possiamo ridurre il consumo. L’MCU si trova in Extended Standby Sleep Mode per la maggior parte del tempo e viene attivata solamente per generare gli impulsi d’innesco.Il caso peggiore è quello del triggering ad alta frequenza senza che venga rilevato il passaggio per lo zero, con un segnale d’innesco generato ogni 278 µs. Perciò l’ATmega richiede in pratica 1,9 mA, con una VCC di 4,7 V. Con una corrente di gate di picco di 11 mA per ciascun impulso da 10 µs e un periodo di 278 µs (3,6 kHz), la corrente media di gate è di 400 µA. Per cui la corrente complessiva è pari approssimativamente a 2,3 mA. Questo dato determina il valore del resistore serie
Modulo di controllo del triac Ora passiamo alla pratica. Grazie alla propria intelligenza, il modulo di controllo universale a triac può comportarsi come un semplice switch multifunzione, come un timer a spegni-mento ritardato o come un dimmer, oppure essere utilizzato per con trol lare carichi induttivi. Una grandissima versatilità da un singolo modulo. Se per “intelligenza” avete compreso “micrcontrollore”, avete ragione. nel nostro caso abbiamo scelto un dispositivo ATmega. Riguardo al triac, i criteri di scelta principali riguardano la corrente da commutare e la tensione massima di lavoro. Lavorando con un’alimentazione AC monofase, circa 600 V sono sufficienti (230 V × √2 più un margine di sicurezza). Per applicazioni industriali è meglio utilizzare triac da 800 V di tensione inversa, a causa degli elevati transienti di tensione presenti negli ambienti industriali.Il valore di corrente raggiungibile in pratica dipende non soltanto dalle caratteristiche del triac, ma anche dalla gestione della potenza dissipaata, quindi dal raffreddamento. La potenza dissipata equivale al prodotto della tensione diretta per la corrente commutata.Nell’applicazione si deve tener conto anche della corrente di carico minima. Sia IL che IH devono essere superati in modo netto, poiché in caso contrario il carico non verrà applicato in modo pulito oppure la corrente non scorrerà in modo continuo. I dispositivi a 600 V BT134-600E (4 A) e BTA312B (12 A) sono scelte valide per impieghi generici addatti a molti, semplici utilizzi.
2324252627281922
3031321291011
121314151617
KL2-1
KL2-2
KL1-1
KL1-2
CX147n235V AC
F1T4A
AC_N
AC_N
LOAD
AC_L
R24
1kC8
4,7n250V AC
SCR1BTA_312B
C7 47n250V AC
R26 R2722k 22k
R254k7
R15
4k7
R16220
C610n
R17120
R11 R12 R1315k 15k 15k
R19 R20 R21
R22
100k 100k 100k
100k
D13
SM4007
D14SM4007
D5LL4448
JP2
ISP
135
246
R10 R9 R2
100k
100k 22k
OK2
OK1
LTV816S
LTV816S
D1D2 LL4448
LL4448
JP1123
R7
R8S1
S2
1
1
22
3
3
4
4
1
2
3
4
1
2
3
4
R5
LED1
R3
100k
C4470p
D105V2
C1220µ
C5100n
C2
C322p
22p
X1
1
34
2
R422k 29
21
2018
7
8
3
54
6
ATMEGA168PA_TQFP
IC1
PC0(ADC0)PC1(ADC1)PC2(ADC2)PC3(ADC3)
PC4(ADC4/SDA)PC5(ADC5/SCL)
ADC6ADC7
PD0(RXD)PD1(TXD)PD2(INT0)PD2(INT1)
PD4(XCJ/T0)PD5(T1)
PD6(AIN0)PD7(AIN1)
PB0(ICP)PB1(OC1A)
PB2(SS/OC1B)PB3(MOSI/OC2)
PB4(MISO)PB5(SCK)
PC6(/RESET)
GND
AREF
AVCC
PB6(XTAL1/TOSC1)
PB7(XTAL2/TOSC2)
GND
GNDVCC
VCC
470
470
470
190047-006-94 KD
Figura 4: Schema elettrico del modulo di controllo. Il quarzo X1 ha una frequenza di 11,0592 MHz.
Le Pagine di
6 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
https://www.elektor.com/
Questo è solo un estratto dell'articolo.
Per continuare la lettura,
vieni a conoscerci sul Web: potrai,
visitare il sito, registrarti gratuitamente e
scaricare i numeri completi della nostra
rivista, oltre a poter consultare molti
progetti di applicazione comune.
Ti aspettiamo!
utilizzare i foto-accoppiatori OK1 e OK2 collegati in parallelo ai pulsanti. Per quest’ultimi si dovrebbe utilizzare la versione a stelo lungo, per garantire le opportune distanze di sicurezza. Il LED1 indica la presenza dell’alimentazione. Il microcontrollore (IC1) viene programmato attraverso l’interfaccia ISP su JP2. In caso di cortocircuito, il fusibile F1 all’ingresso AC protegge il dispositivo. Software
è la potenza dissipata dal medesimo. Con il raddrizzamento a semionda, il valore effettivo è Ipk/2 e il valor medio è Ipk/π. Questo fa sì che:
Ipk = 2,3 mA × π = 7,3 mA R = 325 V / 7,3 mA = 45 kΩ
Ieff = Ipk / 2 = 3,7 mA
La potenza dissipata dal resistore R è:
Pdis = Ieff² × R = (3,7 mA)² × 45 kΩ = 0,62 W Se il valore di R viene ripartito in tre resistenze singole da 1 W, la potenza dissipata e la tensione applicata non rappresentano alcun problema. C’è anche un problema con l’accensione. Finché l’MCU è in reset mode, assorbe una corrente abbastanza elevata e VCC sale molto lentamente. Questo si risolve regolando il BOD level a 2,7 V e attivando subito lo sleep mode per 250 ms.Lo spiegheremo più avanti.
Sicurezza Non si dovrebbe mai ignorare il pericolo presentato da un modulo che funziona direttamente dalla rete AC. In queste condizioni, non dovreste collegare alcuno strumento di misura, e sicuramente non un PC. Cose di questo genere dovrebbero essere lasciate a tecnici qualificati, è d’obbligo usare trasformatori di isolamento e altri apparati. Asssicuratevi che il modulo sia protetto dal contatto diretto quando si trova collegato alla rete AC. Deve sempre essere collocato in un contenitore isolato. Per test o modifiche, il modulo deve essere completamente scollegato dalla rete AC e alimentato da una linea a 5 V. Per il test del rilevamento dello zero si può utilizzare un segnale a 50 Hz con un’ampiezza di 4 V, prelevato da un generatore di onda quadra e iniettato poi su C4.
Hardware Nello schema illustrato in Figura 4, l’alimentazione per MCU e periferiche viene fornita dalle resistenze in serie R11-R13, raddrizzata a semionda con D13 e filtrata con C1. Le resistenze MELF utilizzate per R11-R13 hanno un’alta tensione di break-down e alta potenza. A causa della sua impedenza elevata, l’alimentatore si comporta effettivamente come un generatore di corrente, permettendo al diodo Zener D10 di fornire effica-cemente una tensione costante. Il clock dell’MCU è controllato dal quarzo X1 per garantire la tempistica precisa degli impulsi di trigger. Il circuito formato da D12 e dal partitore resistivo R2, R3 e R19-R22 genera un segnale adatto a rilevare il passaggio per lo zero, in seguito limitato a VCC dal diodo D5. La corrente di gate viene limitata da R16 e R17. L’innesco veloce del triac è garantito da C6 in parallelo a R16. Per prevenire inneschi indesiderati, tra i terminali T2 e T1 del triac è stato previsto uno snubber formato da R24 e C8. Il triac usato nel progetto è di tipo Hi-Com, per cui è sufficiente combinare una capacità modesta e una resistenza relativamente elevata. Il carico ausiliario opzionale, che consiste di R25-R27 e C7, si usa in casi particolari. È richiesto soltanto se il carico esterno, come nel caso di un trasformatore, ha un’induttanza elevata. Di norma questi componenti non vengono montati. Il condensatore CX1 sopprime l’RFI. Il modulo si utilizza mediante i pulsanti S1 e S2. Si possono anche
Figura 5: Predisposizione dei fuse durante la prima programmazione dell’ATmega.
Figura 6: Preparazione alla scrittura su flash del firmware con un programmatore ISP.
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 7
https://www.elettronicaemaker.it/elenco-autori/https://www.elettronicaemaker.it/reg/
12 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
Imparando a programmare con i micro-controllori all'inizio si provano a gestire dei dispositivi singolarmente, così si co-
mincia accendendo un led, poi farlo lam-
peggiare, poi comandarlo con un pulsante
e così via.
Ad un certo punto viene il momento in cui
ci si chiede: so come visualizzare un nu-
mero su un display a led a 7 segmenti di
4 cifre multiplexato, leggere un encoder
incrementale visualizzando il conteggio su
un bel display LCD e anche a leggere una
temperatura da un sensore DS18B20.
Bene ma se volessi utilizzare questi oggetti
insieme, senza aggiungere altro hardware,
connettendoli dunque direttamente al mi-
cro, come potrei cavarmela con il softwa-
re?
Il problema non è di facile soluzione, que-
sti dispositivi passivi richiedono metodi
di elaborazione diversi e segnali con tem-
PrestidigitazioneElettronica
Il titolo riporta alla mente trucchi e magie di oggetti che appaiono e scompaiono, è possibile con un microcontrollore ad 8bit e null'altro controllare direttamente: un display a led a 4 cifre multiplexato, un encoder incrementale ed un sensore One-Wire contemporaneamente ? Vediamo se si può e qual è il trucco.
di Walter Ribbert
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 13
pistiche precise che mal si conciliano fra
loro. Cercando in rete non si trova un gran
che, tutti i manuali fanno esempi, come già
detto con singoli dispositivi o facendo ri-
corso ad hardware 'intelligente' come ap-
punto un LCD, o aggiuntivo per pilotare il
display a led o ancora micro con interfacce
integrate per leggere l'encoder (es. della
serie dsPIC33 o PIC24).
Eh no, non è facile, ma il modo ci deve es-
sere, seppur con alcune limitazioni. In fin
dei conti anche un vecchio micro come
il PIC16F84 a 20 MHz esegue 5 milioni di
istruzioni assembly al secondo!
UN ESEMPIO DI APPLICAZIONE
Per fissare meglio l'obiettivo da raggiunge-
re creiamoci una situazione reale con dei
requisiti e specifiche realizzabili e, soprat-
tutto verificabili in pratica.
L'applicazione in questione potrebbe es-
sere un semplice termostato ambiente con
questi requisiti di massima:
• Visualizzazione della temperatura mi-
surata / impostata su display a led a 7
segmenti x 4 digit multiplexato.
• Sensore di temperatura DS18B20 (tipo
one wire).
• Encoder incrementale da pannello (a
14 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
decrementa / incrementa la temperatura
impostata. Impostazione che viene visua-
lizzata sul display accompagnata dall'ac-
censione del segmento centrale della
quarta cifra (SETTING), e che rimane vi-
sualizzata per un paio di secondi dopo l'ar-
resto dell'encoder. Premendo la manopola
(si chiude il contatto dello switch abbina-
to all'encoder) deve essere visualizzata la
temperatura impostata, anche qui per un
paio di secondi dopo averlo rilasciato. Le
uscite dell'encoder in quadratura fornisco-
no 12 o 24 impulsi al giro.
Sensore di temperatura, sensore
DS18B20 1-Wire della Maxim (Dallas) con
precisione di 0,5 °C e risoluzione migliore
del decimo di grado. Uscite digitali, due
output complementari a cui è possibile, al-
ternativamente, connettere un relè con cui
comandare un'apparecchiatura per ri-
scaldare o rinfrescare l'ambiente (fun-
zione inverno / estate). Ulteriori speci-
fiche interne, è previsto un offset (+/-)
intorno alla temperatura impostata di
alcuni decimi di grado impostabile nel
firmware, il posizionamento del ter-
mostato ad una soglia prefissata (es.
19 °C) all'accensione (o dopo black
out) e mantenimento all'accensione
nello stato off delle uscite sino alla
prima lettura certa della temperatura.
Gamma di regolazione della tempera-
tura da 5,0 °C a 45,0 °C. Cadenza delle
letture di temperatura 5 secondi circa.
È implicito che la visualizzazione sul
due bit con switch a pressione) per im-
postare la temperatura.
• Due uscite complementari per il coman-
do di un relè per accensione riscaldato-
re / rinfrescatore.
Entriamo più nel dettaglio facendo riferi-
mento alla Figura 1:
Display, sulle prime tre cifre del display
dovrà comparire la temperatura, misurata
dal sensore o impostata con l'encoder, la
risoluzione è al decimo di grado (d°C); del-
la quarta cifra usiamo i segmenti orizzonta-
li per informare che la temperatura letta è
minore (°C < SET) o maggiore (°C > SET) di
quella impostata e se quella visualizzata è
la temperatura impostata (SETTING).
Manopola per l'impostazione (- +),
è il comando dell'encoder incrementale a
2 bit, ruotandola nel senso delle frecce si
Figura 1: Disegno del potenziale termostato.
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 15
attuatori finali, il sensore DS18B20, l'enco-
der e due pulsanti. Di pulsanti ne basta uno
per simulare quello previsto nell'encoder
da pannello, l'altro è dichiarato nel firmwa-
re ma è inutilizzato. Nel seconda schema
si vedono il display a 7 segmenti a 4 cifre e
il microcontrollore PIC16F73 con quarzo a
8MHz. Perché proprio un PIC16F73? Ha un
numero sufficiente di I/O per l'applicazio-
ne, 4 kword di memoria programma, 192
byte di memoria RAM, funziona fino a 20
MHz e soprattutto perché come al solito
l'ho ripescato dal cassetto dei componenti
di recupero. Può essere sostituito egregia-
mente da un PIC16F876, PIC16F877 e tro-
vando il modo di ridurre a sedici il numero
di I/O utilizzati anche da un PIC16F88 (che
ha pure l'oscillatore interno). Il PIC16F84
purtroppo ha memoria e I/O insufficienti.
display, il conteggio dell'encoder e la lettu-
ra della temperatura devono essere fluidi,
non sfarfallare o incepparsi.
SCHEMA E REALIZZAZIONE
Simuliamo il circuito della nostra "molto
originale" applicazione su una scheda di
sviluppo (Figura 6), come quella pubbli-
cata sul numero 12 di Elettronica & Maker
(Scheda di Sviluppo 100%*MC). Ciò non
toglie che abbia un funzionamento reale,
per passare ad una versione "vera" è suffi-
ciente aggiungere la parte di alimentazione
e un relè per l'attuazione finale. Gli schemi
sono visibili nelle Figure 2 e 3, come si vede
non è previsto hardware aggiuntivo di aiuto.
Nella prima figura compaiono: il connetto-
re di programmazione / alimentazione (J7),
i led connessi alle uscite che simulano gli
Figura 2: Schema dell'alimentazione, delle uscite e dei sensori del nostro "termostato"
16 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
Figura 3: Schema del display e del microcontrollore PIC16F73
Questo è solo un estratto dell'articolo.
Per continuare la lettura,
vieni a conoscerci sul Web: potrai,
visitare il sito, registrarti gratuitamente e
scaricare i numeri completi della nostra
rivista, oltre a poter consultare molti
progetti di applicazione comune.
Ti aspettiamo!
https://www.elettronicaemaker.it/elenco-autori/https://www.elettronicaemaker.it/reg/
Il nome e il logo Microchip e il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli U.S.A. e in altri Stati. Tutti gli altri marchi menzionati sono di proprietà dei rispettivi titolari. © 2020 Microchip Technology Inc. Tutti i diritti riservati. DS00003383A. MEC2319A-ITA-05-20
www.microchip.com/design-centers/fpgas-and-plds
Subito pronto con PolarFire® FPGAs Kit di sviluppo per una facile prototipazione delle applicazioni
Gli FPGA PolarFire® offrono il minor consumo oggi disponibile sul mercato in densità di fascia media, sicurezza defense-grade e una eccezionale affidabilità. Offriamo una vasta gamma di kit di sviluppo che semplificano la valutazione delle capacità e delle caratteristiche della famiglia FPGA PolarFire in modo da poter iniziare rapidamente a lavorare sulla prototipazione di prodotti e applicazioni. Forniamo anche guide dimostrative facilmente accessibili, note applicative ed esempi di progetti per accelerare il tuo time-to-market.
• PolarFire FPGA Video and Imaging Kit: include due sensori per telecamera 4K e numerose interfacce di visualizzazione per la valutazione ad alte prestazioni di elaborazione e rendering di immagini ad alta risoluzione
• PolarFire Evaluation Kit: completa piattaforma di sviluppo multifunzione con 300K LE PolarFire FPGA, memoria 4GB DDR4 on-board, SFP cage, conneggori SMA, connettori PCIe® edge e connettori RJ45
• PolarFire Splash Kit: la più economica scheda di sviluppo in grado di supportare protocolli ad alta velocità e misurazione on-board della potenza
Scopri di più su come iniziare oggi stesso a prototipare le tue applicazioni.
https://www.microchip.com/design-centers/fpgas-and-plds?utm_source=electronicsandmaker&utm_medium=digitaleditionad&utm_campaign=GettingStartedwithPolarFireFPGAs_EU&utm_content=FPGA
28 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
In passato ho realizzato numerosi progetti di amperometri che utilizzavano sensori di corrente ad effetto Hall come l’ACS712, o
High-Side Current-Sense Amplifiers come
il MAX4080SASA oppure realizzati con am-
plificatori operazionali. Tutti questi sistemi
hanno un’uscita analogica che va poi digi-
talizzata. Il sensore INA226 ha un’uscita di-
gitale e incorpora un ADC a 16 bit e si di-
stingue per avere una elevata precisione e
accuratezza. Esso misura, oltre la corrente,
anche la tensione e calcola la potenza. Il
ruolo di Arduino è quello di comunicare con
il chip, presentare le misure su un display
LCD ed , eventualmente memorizzare le mi-
sure su una scheda micro SD.
Questo chip opera con tensione massima
di 36 volt mentre la corrente è limitata solo
dallo shunt utilizzato. Numerose sono le
possibili applicazioni di questo strumento
di monitoraggio: dispositivi a batteria come
Realizziamo un datalogger di corrente, tensione e potenza per carichi in corrente continua con Arduino e il modulo INA226.
di Giovanni Carrera
Il SistemaArduINA226
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 29
shunt è collegato tra l’ali-
mentazione e il carico.
Il circuito integrato INA226,
di Texas Instruments, è un
dispositivo digitale che mi-
sura la corrente (bidirezio-
nale) con shunt high-side
o low-side e misura an-
che la tensione, calcola la
potenza e fornisce un al-
larme multifunzionale. Lo
schema del chip è visibile
in Figura 1. La risoluzione
della tensione di shunt è di
2,5 µV con un fondo-scala
di 32768x2,5 µV= 81,92mV.
Per la tensione VBUS la ri-
soluzione è di 1,25 mV con un fondo-sca-
la teorico di 40,96 V anche se non si de-
vono superare i 36 V. La risoluzione della
potenza è 25 volte quella della corrente,
con un fondo-scala che dipende dal-
lo shunt usato. Per cui il sistema ha una
notevole accuratezza della misura. Con il
resistore di shunt di 0,1 Ω montato sul
modulo, si ha una risoluzione in corrente
Il prototipo
Figura 1 - Schema funzionale del chip INA226.
scooter o biciclette a pedalata assistita,
pannelli fotovoltaici, etc.
IL SENSORE INA226
Nelle misure di corrente con lo shunt ci
sono due modi per inserirlo:
1. Verso massa (low-side): lo shunt è col-
legato tra il carico e la massa.
2. Verso l’alimentazione (high-side): lo
30 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
di 2,5 µV/0,1 = 0,025 mA e un fondo-sca-
la di 81,92mV/0,1 = 819,2 mA, una risolu-
zione in potenza di 0,625 mW. Se occor-
re misurare correnti maggiori, si possono
usare shunt appropriati da collegare in
parallelo, il cui calcolo si vedrà in seguito.
L'ADC interno si basa su un convertitore
delta-sigma (Δ∑) a 16 bit con una frequen-
za di campionamento tipica di 500 kHz (±
30%), per cui è adatto anche per misure
di correnti impulsive. Questa architettura
ha una buona reiezione al rumore intrin-
seco anche se i transitori che si verifi-
cano in corrispondenza o molto vicino
alle armoniche della frequenza di cam-
pionamento possono causare proble-
mi. I registri della corrente, tensione e
potenza sono a 16 bit. È possibile fare
eseguire fino a 1024 medie sulle misu-
re. Il chip ha dimensioni molto piccole,
10 pin con case DGS (VSSOP).
L’uscita Alert
Il chip INA226 è in grado di fornire un
avviso (alert) hardware o software se
una variabile, selezionata dall'utente,
ha superato un limite. L'utente può sele-
zionare una delle cinque funzioni dispo-
nibili per monitorare e/o impostare il bit
Conversion Ready. Le cinque funzioni di
avviso che possono essere monitorate
sono:
• Shunt Voltage Over-Limit (SOL): supe-
ramento soglia di corrente massima;
• Shunt Voltage Under-Limit (SUL): su-
peramento soglia di corrente minima;
• Bus Voltage Over-Limit (BOL): supera-
mento soglia di tensione massima;
• Bus Voltage Under-Limit (BUL): supe-
ramento soglia di tensione minima;
• Power Over-Limit (POL): superamento
soglia di potenza massima;
Nella mia applicazione non ho usato il pin
Alert ma ho letto, con una funzione di li-
breria, il registro. Nel mio caso ho scelto
l’avviso Shunt Voltage Over-Limit (SOL),
ossia quello che controlla tensione mas-
sima di shunt, quindi la corrente che lo at-
Figura 2 - Il modulo INA226.
Figura 3 - Schema del modulo INA226.
se non saldo i ponti-
celli posti sulla faccia
opposta a quella dei
componenti (vede-
re Figura 2 a destra).
Una grande varietà di
indirizzi è assai utile
per monitorare una
batteria con molte
celle. Questo modulo
monta uno shunt da
0,1 Ω (R100) che ha permette di misurare
una corrente massima di 0,8192 A.
CALCOLO DELLO SHUNT AGGIUNTIVO
Non volendo auto costruirlo, in commer-
cio si trovano facilmente gli shunt da 10,
20 50, 100 A o più, essi sono anche molto
precisi, tipicamente hanno classe 0,5% e
hanno l’aspetto simile a quello di Figura 4.
Questa soluzione diventa una scelta qua-
si obbligata nel caso si dovessero misu-
rare correnti maggiori di 10 A. Un valore di
tensione abbastanza comune sui morsetti
traversa. Per i sistemi che usano batterie
al piombo o agli ioni di litio, è meglio usa-
re il Bus Voltage Under-Limit (BUL) magari
con un dispositivo di stacco batteria.
IL MODULO INA226
In commercio si trovano dei piccoli mo-
duli (breakout board) tipo quello che ho
usato, visibile in Figura 2 di cui ho ricava-
to lo schema di Figura 3.
Indirizzo I2C
Il dispositivo ha due pin di indirizzo, A0 e
A1. La Tabella 1 elenca i collegamenti dei
pin per ciascuno dei 16 possibili indirizzi.
Il modulo monta due resistori di pull-
down (R2 e R3), quindi l’indirizzo è 0x40
Figura 4 - Tipico shunt da 10A.
Tabella 1
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 31
Questo è solo un estratto dell'articolo.
Per continuare la lettura,
vieni a conoscerci sul Web: potrai,
visitare il sito, registrarti gratuitamente e
scaricare i numeri completi della nostra
rivista, oltre a poter consultare molti
progetti di applicazione comune.
Ti aspettiamo!
https://www.elettronicaemaker.it/elenco-autori/https://www.elettronicaemaker.it/reg/
44 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
di Stefano Lovati
L’ESP8266 è un modulo Wi-Fi a basso costo che integra uno stack TCP/IP completo, un microcontrollore, numerosi
pin di ingresso e uscita (GPIO) e un discre-
to numero di periferiche. Questo modulo,
al pari del suo “fratello maggiore” ESP32, è
progettato dall’azienda Espressif Systems,
con sede a Shangai, Cina. Sul mercato
sono oggi disponibili diverse schede ba-
sate sul chip ESP8266; tra queste, quella
che ha probabilmente destato il maggiore
interesse è l’ESP-01 (visibile in Figura 1),
un modulo dalle dimensioni estremamente
compatte sviluppato da AI-Thinker.
Grazie alla compatibilità con l’ambiente di
sviluppo Arduino IDE e alla ricca dotazio-
ne di librerie, le schede basate su ESP8266
hanno semplificato in modo sostanziale
la fase di programmazione del microcon-
trollore. Con pochissime istruzioni è ad
esempio possibile realizzare un’applica-
Tasmota è un firmware alternativo in grado di trasformare una comune scheda basata su ESP8266 in un dispositivo per la domotica controllabile e configurabile tramite rete Wi-Fi. Scopriamo nell'articolo come installare e utilizzare questo potente e versatile strumento, operando con il noto e familiare ambiente di sviluppo Arduino IDE
Il Firmware Tasmotacon ESP8266
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 45
Figura 1: Il modulo ESP-01 di AI-Thinker basato sul chipset ESP8266
zione con funzionalità di connessione alla
rete Wi-Fi (sia nella modalità station che in
quella access point) e supporto completo
del protocollo TCP/IP.
Inoltre, il dispositivo può essere program-
mato a basso livello utilizzando direttamen-
te i comandi AT (noti anche come comandi
Hayes, una tecnica inizialmente creata per
l’omonima marca di modem), dialogando
con il controller del transceiver Wi-Fi at-
traverso una normale connessione seriale
(UART).
Le principali caratteristiche tecniche del
chipset ESP8266 possono essere così sin-
tetizzate:
• processore RISC a 32 bit Tensilica Xten-
sa L106 operante alla frequenza di 80
MHz;
• 64 kB di memoria flash e 96 kB di me-
moria RAM integrate sul chip;
• memoria flash esterna con interfaccia
QSPI e dimensione variabile tra 512 kB
e 4 MB (sono comunque supportate fla-
sh esterne fino a 16 MB);
• interfaccia Wi-Fi conforme allo standard
IEEE 802.11 b/g/n;
• antenna, amplificatore a basso rumore
(LNA) e rete di accoppiamento integrati
sul PCB;
• supporto all’autenticazione WEP e
WPA/WPA2;
• 16 pin di general purpose I/O;
• interfacce SPI, I²C, I²S;
• interfaccia UART su pin dedicati, oltre a
una seconda UART (utilizzabile solo in
trasmissione) mappata sul pin GPIO2;
• convertitore analogico digitale ad ap-
prossimazioni successive con risoluzio-
ne di 10 bit.
46 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
DOMOTICA E SMART HOME
L’utilizzo sempre più diffuso della rete Wi-
Fi e la disponibilità di tecnologie avanza-
te a un costo più che accessibile, hanno
favorito negli ultimi anni un’esplosione
delle applicazioni di domotica, rendendo
le nostre abitazioni sempre più connesse
e “intelligenti”. Rientrano in questa cate-
goria i termostati intelligenti, gli assistenti
vocali, i sistemi di illuminazione controlla-
bili remotamente, le smart TV, le prese in-
telligenti e altro ancora. Il fattore comune
a tutte queste applicazioni è sicuramente
la disponibilità di una connessione verso
un dispositivo remoto, la quale a sua volta
abilita il controllo wireless del dispositivo
(accensione, spegnimento, dimming, lettu-
ra o scrittura su un GPIO nel caso dei siste-
mi embedded) tramite un set predefinito
di comandi. In questo articolo verrà pre-
sentata una modalità attraverso la quale è
possibile trasformare una normale scheda
basata sul chipset ESP8266 in un vero e
proprio dispositivo smart, aprendo la stra-
da a innumerevoli applicazioni nel campo
della domotica.
IL PROGETTO TASMOTA
Per trasformare una comune scheda
ESP8266 in un vero e proprio “smart devi-
ce”, utilizzeremo un progetto open source,
liberamente utilizzabile, ricco di funziona-
lità e semplice da utilizzare: Tasmota [1].
Nato come progetto open source ad opera
di Theo Arendst, Tasmota (di cui in Figura
2 è visibile il logo) è un firmware alternativo
per schede e dispositivi basati sul chipset
Wi-Fi ESP8266 di Espressif Systems [2].
Il firmware mette a disposizione del siste-
ma embedded numerose funzionalità, tra
cui timer programmabili, un’interfaccia
web, aggiornamento wireless OTA (acroni-
mo di Over the Air, la stessa tecnica uti-
lizzata per l’aggiornamento di smartphone
e tablet tramite connessione Wi-Fi o rete
mobile) e supporto per numerosi tipi di sen-
sori. Tasmota consente il controllo remoto
dei dispositivi basati su ESP8266 tramite
protocolli HTTP, MQTT, KNX (uno standard
aperto per applicazioni di Smart Building)
o tramite interfaccia seriale. A livello di
programmazione software, il firmware è
compatibile con gli ambienti di sviluppo
Arduino IDE e Pla-
tformIO. Una vol-
ta installato sul
dispositivo fisico,
Tasmota consente
di acquisire e tra-
smettere lo stato di
pulsanti, microswi-
tch e le informazio-Figura 2: Il logo del progetto Tasmota
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 47
ni fornite da una vasta gamma di sensori,
come temperatura, umidità, intensità lumi-
nosa, luce infrarossa, pressione e altro an-
cora. Inoltre, è fornito il supporto per con-
trollare remotamente dispositivi come relè,
led, display, trasmettitori a raggi infrarossi
e altri dispositivi e periferiche. Il principale
vantaggio di Tasmota è quello di trasfor-
mare, in pochi semplici passi, una comune
scheda ESP8266 (economica e facilmente
reperibile online) in un completo e versatile
dispositivo IoT, il tutto senza dover scrive-
re una riga di codice. La scheda basata su
ESP8266, opportunamente programmata
con il firmware Tasmota, interagisce trami-
te una connessione di rete Wi-Fi con un di-
spositivo remoto (sia esso un normale PC,
uno smartphone oppure un tablet), ese-
guendo i comandi richiesti. Tali comandi
consistono tipicamente in richieste di let-
tura dei dati forniti dai sensori collegati alla
scheda, oppure di attuazione di determina-
ti valori in uscita (ad esempio, attivazione
di un relè o accensione di un led).
In questo articolo verrà utilizzata la sche-
da NodeMCU (già impiegata in precedenti
progetti pubblicati su Elettronica & Maker),
ma una qualunque board equipaggiata con
il chipset ESP8266 è adatta ai nostri sco-
pi. Come ambiente di sviluppo utilizzeremo
Arduino IDE, anche se, come accennato in
precedenza, non è virtualmente necessa-
rio inserire alcuna linea di codice nuovo.
L’ambiente di sviluppo ci servirà più che
altro per compilare i sorgenti di Tasmota,
generare il file eseguibile e programmare la
memoria flash della scheda ESP8266.
Per testare e validare il corretto funziona-
mento dell’applicazione, utilizzeremo i led
integrati sulla scheda, ma ovviamente è
possibile collegare un ulteriore led ester-
no oppure un relè, due dispositivi econo-
mici alla portata di tutti. Partendo dalle
basi esposte nell’articolo, il lettore potrà
poi espandere facilmente le funzionalità
dell’applicazione aggiungendo altri sensori
e attuatori.
INSTALLAZIONE DEL FIRMWARE
TASMOTA
Un requisito fondamentale per l’appli-
cazione è, ovviamente, la disponibilità
dell’ambiente di sviluppo Arduino IDE. Tra-
lasciamo i dettagli relativi a questo pun-
to, tenendo presente che l’installazione
dell’ambiente di sviluppo per Arduino non
comporta in genere grosse difficoltà: è in-
fatti sufficiente seguire le linee guida della
documentazione ufficiale [3]. Il passo suc-
cessivo, per chi non l’avesse già fatto in
Questo è solo un estratto dell'articolo.
Per continuare la lettura,
vieni a conoscerci sul Web: potrai,
visitare il sito, registrarti gratuitamente e
scaricare i numeri completi della nostra
rivista, oltre a poter consultare molti
progetti di applicazione comune.
Ti aspettiamo!
https://www.elettronicaemaker.it/elenco-autori/https://www.elettronicaemaker.it/reg/
56 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
Fino ad oggi i semiconduttori basati su silicio sono stati i protagonisti assoluti dello scenario dell'elettronica moderna e continuano ad esserlo, nonostante la domanda incessante per l'aumento delle prestazioni che proviene dai mercati.Questa continua corsa verso la performance ha portato al limite la tecnologia attuale, stimolando la ricerca di nuovi materialie soluzioni innovative.
I semiconduttori rappresentano, senza al-cun dubbio, una tra le più importanti in-venzioni nella storia dell'uomo. Senza di
essi l'intera rivoluzione digitale non sareb-
be stata possibile e il mondo odierno, per
come lo conosciamo, non sarebbe lo stes-
so. Avendo portato al limite estremo le pro-
prietà fisiche del silicio, il più comune tra i
semiconduttori, è iniziata un’intensa ricer-
ca di nuovi materiali. Il carbonio o, meglio,
i nanotubi in carbonio potrebbero proprio
rappresentare il candidato ideale per im-
pieghi nell'industria dell'elettronica.
IL SILICIO, PADRE DI TUTTI I
SEMICONDUTTORI
Le proprietà dei semiconduttori furono sco-
perte per la prima volta all'inizio del 19° se-
colo da Thomas Johann Seebeck, il quale
si accorse della diminuzione della resisten-
za del solfato d'argento all'aumentare della
Dal Carboneai Controller
di Sina Hoefer
www.Electronics-Update.com
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 57
temperatura del materiale: una delle carat-
teristiche chiave di un semiconduttore. In
generale, i semiconduttori vengono classi-
ficati come materiali con una conduttività
elettrica situata tra quella di un conduttore
(ad es. rame) e di un isolante (ad es. vetro).
Le proprietà del materiale possono essere
alterate con un procedimento definito “dro-
gaggio”. Controllando la presenza di impu-
rità all'interno del materiale che costituisce
il wafer, è possibile adattare alle proprie
esigenze le caratteristiche elettriche, otti-
che e strutturali del prodotto che ne risulta.
Tuttavia, la presenza di impurità indeside-
rate rappresenta un discreto rischio, può
contaminare e rovinare interi lotti di produ-
zione. I semiconduttori in silicio vengono
accresciuti partendo da sabbia di quarzo
di purezza elevata.
In un processo in-
dustriale denomi-
nato “metodo Czo-
chralski”, questa
sabbia viene fusa in
un cristallo di silicio
monolitico. Succes-
sivamente, il lingot-
to di silicio che ne
risulta viene taglia-
to in wafer circolari,
dalla planarità pra-
ticamente perfetta,
che vengono poi
rettificati e lucidati.
La rugosità superfi-
ciale di questi wafer
viene ridotta a valo-
ri inferiori a 1 nano-
metro. Il diametro
standard dei wafer
è di 300mm, con
uno spessore di 775
micron. Questi ven-
gono utilizzati come Figura 1: Fase di preparazione del lingotto di silicio.
58 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
ritmi potrebbe implicare una revisione del
modo in cui i dispositivi vengono prodotti,
o addirittura dover affrontare il problema
della sostituzione del silicio stesso con un
altro materiale.
CARBONIO, GRAFITE, GRAFENE E
NANOTUBI IN CARBONIO
Il carbonio rappresenta un elemento es-
senziale di questo
pianeta. È presen-
te in tutti gli orga-
nismi viventi, an-
che in una varietà
di forme fisiche
diverse. Le pro-
prietà che rendono
il carbonio così in-
teressante per l'in-
dustria dell'elet-
tronica, risiedono
nella sua partico-
lare configurazio-
ne atomica. Aven-
do a disposizione
da due a quattro
elettroni per la cre-
azione di legami
chimici, è in grado
di formare moleco-
le complesse. Tut-
tavia, in condizioni
normali, il carbonio
è quasi del tutto
inerte.
materiale di substrato per la realizzazione
dei componenti elettronici. Con la tecnolo-
gia del silicio, la miniaturizzazione dei cir-
cuiti integrati e dei componenti elettronici
ha raggiunto i propri limiti fisici. Senza la
possibilità di ridurre ulteriormente le di-
mensioni degli IC, il silicio non potrà man-
tenere il tenore di crescita delle prestazioni
che ha avuto fino ad oggi. Sostenere questi
Figura 2: Taglio e rettifica dei wafer circolari ricavati dal lingotto.
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 59
Con queste caratteristiche può essere pie-
gato in forma tubolare, mettendo in luce
aspetti sorprendenti. Inoltre, il grafene of-
fre la possibilità di essere drogato con altre
sostanze; l'introduzione di ammoniaca, ad
esempio, porta a un aumento di affidabili-
tà nei dispositivi RAM. I supercondensatori
in grafene sono componenti elettronici che
si trovano già in produzione in quantità in-
dustriale. I vantaggi rispetto ai supercon-
densatori tradizionali consistono in corren-
ti elevate, alta capacità, bassa corrente di
perdita, basso livello di risonanza elettroni-
ca paramagnetica e caratteristiche di au-
to-ripristino.
NANOTUBI IN CARBONIO
Un foglio di grafene piegato a tubo è chia-
mato CNT (Carbon NanoTube) o nanotubo
in carbonio. Un nanotubo è definito come
forma geometrica tubolare con un diame-
tro inferiore a 100 nanometri. I CNT pos-
sono essere prodotti sotto forma di tubo
singolo, o di più tubi sovrapposti, per au-
mentare ulteriormente resistenza struttu-
GRAFITE
Per l'utilizzo nell'ambito dell’industria
dell'elettronica, il termine “carbonio” ha
soltanto un valore generico. Volendo esse-
re più specifici, sono le sue forme allotro-
piche che ci interessano. Prima tra tutte,
la grafite, che è semplicemente una forma
di carbonio in uno stato di purezza eleva-
ta. Nella grafite gli atomi sono disposti se-
condo una griglia di cristalli esagonali, una
delle sue caratteristiche chiave. La grafite
è un buon conduttore di elettricità e calo-
re; questo spiega il suo ampio utilizzo nel-
la fabbricazione degli elettrodi, per i quali
viene impiegato circa il 42% della grafite
prodotta artificialmente nel mondo. Oltre
alle sue proprietà elettriche, la grafite pre-
senta eccellenti caratteristiche anti-attrito,
che la rendono una risorsa essenziale nella
produzione di cuscinetti o guarnizioni au-
to-lubrificanti.
GRAFENE
L'elemento di carbonio modificato defini-
to grafene mantiene una relazione struttu-
rale stretta con la grafite. Ciascun atomo
di carbonio è strutturato con un angolo
di 120°, il ché porta alla stessa struttura a
nido d'ape o esagonale tipica della grafi-
te. Ma quest'ultima possiede una caratte-
ristica multistrato, che le conferisce una
struttura 3D, mentre il grafene è presente
in 2D. Questa struttura “piatta” del grafene
rappresenta un fattore chiave per l'utilizzo
del carbonio nell'industria dell'elettronica.
Questo è solo un estratto dell'articolo.
Per continuare la lettura,
vieni a conoscerci sul Web: potrai,
visitare il sito, registrarti gratuitamente e
scaricare i numeri completi della nostra
rivista, oltre a poter consultare molti
progetti di applicazione comune.
Ti aspettiamo!
https://www.elettronicaemaker.it/elenco-autori/https://www.elettronicaemaker.it/reg/
62 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
di Mark Patrick
Mouser Electronics
Come Scegliereil Multimetro
I multimetri sono una presenza indispensa-bile sul banco di lavoro di ogni ingegnere elettronico. Questi strumenti, oltre a essere
utilizzati per misurare i più importanti valori
elettrici (tensioni, correnti, resistenze e così
via), risultano particolarmente utili nelle ope-
razioni di ricerca guasti.
Col passare del tempo i multimetri sono di-
venuti sempre più complessi e capaci di ga-
rantire prestazioni più spinte, grazie all'inte-
grazione di un numero via via crescente di
funzionalità. I moderni multimetri possono
essere usati per misurare capacità, frequen-
za, temperatura e numerosi altri parametri
essenziali in elettronica.
Il prezzo dei modelli multifunzione può varia-
re, a seconda della gamma di caratteristiche
e funzionalità incluse e del livello di accu-
ratezza. Sul mercato, ovviamente, sono di-
sponibili versioni sia digitali sia analogiche.
Grazie ai prezzi competitivi, alla durata e
Anche il tester, strumento immancabilmente presente nel laboratorio di ogni appassionato, col passare del tempo si è evoluto, adeguandosi alle nuove esigenze di misura, sempre più diversificate.In questa breve guida vedremo quali sono i principali criteri sui quali basare la scelta del nostro nuovo multimetro.
Elettronica & Maker n° 14 - 2020 • 63
Figura 1: Il multimetro digitale palmare
U1240B di Keysight.
all'elevato livello di precisione offerto, i mul-
timetri digitali hanno riscosso un lusinghiero
successo. Non va comunque dimenticato il
fatto che per alcune applicazioni specifiche
(come, ad esempio, la verifica di un valore
che varia rapidamente), i multimetri analogi-
ci vengono preferiti ai loro "equivalenti" di-
gitali. Oggigiorno, grazie alla digitalizzazione
e all'utilizzo di sofisticate tecnologie, i mul-
timetri "intelligenti" sono in grado di archi-
viare e gestire dati basati sul cloud tramite
l'interfacciamento con dispositivi hardware
che operano in modalità wireless.
Un esempio di strumento che fornisce tali
funzionalità è il multimetro con termocame-
ra per la visualizzazione in campo industriale
DM285 con display TFT da 2.8" di FLIR Sy-
stems. Esso supporta la connettività Blue-
tooth, consentendo il trasferimento dei dati
in modalità wireless mediante l'interfaccia-
mento con l'applicazione mobile FLIR Tools
(disponibile nelle versioni per Android e IoS).
L'evoluzione tecnologica dei multimetri è te-
stimoniata dal fatto che, mentre in preceden-
za la calibrazione delle unità digitali richiede-
va l'apporto di numerose modifiche interne
(come ad esempio limare o aggiungere della
saldatura al resistore di shunt in grado di ge-
stire elevate correnti, per regolare il suo va-
lore), al giorno d'oggi regolazioni di questo
tipo non sono più necessarie. Per effettuare
questa operazione è sufficiente utilizzare le
calibrazioni software memorizzate all'inter-
no del microprocessore del sistema.
Un processo di questo tipo non solo per-
mette di ridurre tempi e costi necessari per
eseguire una calibrazione completa, ma ga-
rantisce anche un'accuratezza decisamente
superiore.
Un multimetro valido deve ovviamente poter
gestire una gamma di tensioni al fine di misu-
rare sia segnali a tensione continua (DC), sia
a tensione alternata (AC), oltre naturalmen-
te alla resistenza. Comunque, è bene sotto-
lineare che nella scelta dello strumento più
idoneo per soddisfare al meglio le specifiche
richieste di ogni progettista, i parametri che
è necessario tenere in considerazione sono
https://www.mouser.com/new/flir/flir-dm285-imaging-multimeter/?utm_source=publitek-media-for-articles&utm_medium=display&utm_campaign=mra258&utm_content=article
64 • Elettronica & Maker n° 14 - 2020
TEMPO DI RISPOSTA E REGISTRAZIONE
DEI DATI
Un altro parametro da tenere nella massima
considerazione è la velocità di risposta di un
multimetro. Sebbene i multimetri analogi-
ci possano essere molto veloci, non hanno
la possibilità di memorizzare i dati misurati
(che può essere uno dei requisiti chiave se
si utilizzano multimetri che devono garantire
un'elevata velocità di risposta). La funzione
di data logging (registrazione e archiviazione
dei dati) è invece prevista in un gran numero
di multimetri digitali. In questo modo è pos-
sibile acquisire i dati relativi a un determina-
to parametro utilizzando un'elevata velocità
di campionamento. I dati acquisiti possono
così venire memorizzati nello strumento per
una successiva analisi.
IMPEDENZA DI INGRESSO
Il valore dell'impedenza di ingresso può va-
riare in maniera abbastanza significativa in
funzione dei diversi modelli e si basa sulla
sensibilità intrinseca del movimento dello
strumento e della portata selezionata.
molti di più. Prima di effettuare l'investimen-
to è senza dubbio utile essere consapevoli
di ciò che si sta realmente cercando.
Nel seguito verrà condotta un'analisi più ap-
profondita e saranno evidenziati i più impor-
tanti aspetti da prendere in considerazione.
RISOLUZIONE E ACCURATEZZA
La risoluzione si riferisce al valore più pic-
colo che può essere rilevato dallo strumento
in una specifica misura (quando è imposta-
to all'estremo inferiore del proprio intervallo
di misura) e successivamente riportato sul
display dello stesso. L'accuratezza invece
denota il grado di attendibilità con il quale il
multimetro è in grado di misurare un partico-
lare parametro.
Espressa in percentuale, essa fornisce un
confronto tra il valore misurato e il valore ef-
fettivo del parametro che si sta misurando.
E' abbastanza evidente che si tratta di uno
dei fattori più importanti da prendere in con-
siderazione nella scelta di un multimetro. Tra
i prodotti attualmente disponibili in grado di
assicurare un elevato livello di accuratezza
da segnalare la serie U1240B di Keysight Te-
chnologies.
Si tratta di una famiglia di multimetri digitali
palmari compatti e leggeri che possono van-
tare un'accuratezza nella misura della ten-
sione in DC pari a 0,09%.
Grazie ai display LCD da 10.000 conteggi ga-
rantiscono una visualizzazione migliore delle
misure acquisite fino alle letture più piccole.
Questo è solo un estratto dell'articolo.
Per continuare la lettura,
vieni a conoscerci sul Web: potrai,
visitare il sito, registrarti gratuitamente e
scaricare i numeri completi della nostra
rivista, oltre a poter consultare molti
progetti di applicazione comune.
Ti aspettiamo!
https://www.mouser.com/new/keysight/keysight-u1240b-multimeters/?utm_source=publitek-media-for-articles&utm_medium=display&utm_campaign=mra258&utm_content=articlehttps://www.elettronicaemaker.it/elenco-autori/https://www.elettronicaemaker.it/reg/
http://www.sanditlibri.it/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/capire-e-usare-lora-e-lorawan.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/domotica-low-cost-con-arduino.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/arduino-matrici-led.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/guida-innovativa-al-linguaggio-c.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/esp8266-la-scheda-e-le-applicazioni.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/rework-smd-e-bga-le-tecniche.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/nodemcu-le-schede-e-le-applicazioni.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/101-esercizi-guidati-di-elettronica.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/robotica-principi-e-applicazioni.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/plc-in-pratica.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/pic-mcu-microcontrollori-pic-e-picbasicpro.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399http://www.sanditlibri.it/raspberry-pi-guida-d-uso-shell-e-programmazione-in-c.html/?affid=f3c2b8d5b926cd2eab43ee99dcf58399
Hai la passione dell'elettronica e della
sperimentazione?
Ti senti anche piuttosto portato a
"mettere nero su bianco" i tuoi progetti
ed esperimenti in forma chiara e
comprensibile? Ti piacerebbe pubblicare un
tuo articolo su queste pagine e sul sito web
di EM?
Scrivi a
indicando i tuoi campi d'interesse e
allegando un elaborato sull'argomento
d'elettronica preferito: ci risentiremo!
DIRETTORE
Roberto Armani
Art Director
Shylock-58
Hanno collaborato a questo
numero:
Giovanni Carrera, Sina Hofer,
Stefano Lovati, Mark Patrick,
Walter Ribbert,
Roland Stiglmayr
AVVERTENZE
Chiunque decida di fare uso
delle nozioni riportate in questi
articoli o decida di realizzare
i circuiti esposti, è tenuto a
prestare la massima attenzione
in osservanza alle normative
in vigore sulla sicurezza. Gli
Autori di Elettronica&Maker
sopracitati, che hanno collaborato
alla realizzazione degli articoli
pubblicati in questo numero,
declinano ogni responsabilità
per eventuali danni causati a
persone, animali o cose derivante
dall'utilizzo diretto o indiretto del
materiale, dei dispositivi o del
software presentati. Si avverte
inoltre che quanto riportato
negli articoli viene fornito così
com'è, a solo scopo hobbistico,
senza garanzia alcuna di
correttezza e di funzionamento
certo. L'editore e gli autori
ringraziano anticipatamente per
la segnalazione di ogni eventuale
errore.
Su Elettronica & Maker
Elettronica & Maker è una
testata pubblicata in formato
esclusivamente elettronico, in
formato portable sfogliabile
elettronicamente, diffusa
esclusivamente per via telematica,
non soggetta all'obbligo di
registrazione presso il Tribunale,
su sito web https://www.
elettronicaemaker.it ed in fné al
R.O.C. né agli obblighi dell'AgCom
n° 666/08 del 26/11/08, a fronte
del D.L. n° 63 del 18 Maggio
2012.
© Copyright
Tutti i diritti di riproduzione o di
traduzione degli articoli pubblicati
sono riservati. Manoscritti, disegni
e fotografie sono di proprietà di
E&M
È vietata la riproduzione anche
parziale degli articoli salvo
espressa autorizzazione scritta
dell’editore. I contenuti pubblicitari
sono riportati senza responsabilità,
a puro titolo informativo.
Collaborare con
Elettronica & Maker
Le richieste di collaborazione
vanno indirizzate all’attenzione
di Roberto Armani (r.armani@
elettronicaemaker.it e
accompagnate, se possibile,
da una breve descrizione delle
vostre competenze tecniche e/o
editoriali, oltre che da un elenco
degli argomenti e/o progetti che
desiderate proporre.
ElettronicaMaker&
La grafica in copertina è di Manseok Kim