In una società in rapido sviluppo come la nostra risulta sempre più indispensabile ottenere il controllo in tempo reale di determinati eventi. Una simile necessità è nota ormai da tempo in ambiente industriale e più recentemente è apparsa anche in ambiente domestico dove, grazie alla tecnologia e quindi ai nuovi prodotti, si ha spesso l'esigenza di dover controllare il funzionamento di alcune apparecchiature elettroniche come per esempio sistemi di allarme. Gli odierni microcontrollori rendono possibile la realizzazione di circuiti a basso costo, talora anche complessi, in grado di controllare in modo remoto processi sia in acquisizione (input) che in attuazione (output). I dispositivi di telecontrollo offrono quindi la possibilità di gestire in tempo reale una molteplicità di eventi anche a centinaia di chilometri di distanza. La realizzazione della connessione (link) tra le varie unità può avvenire mediante onde radio oppure tramite un comune conduttore elettrico. La scelta tra questi differenti mezzi trasmissivi è imposta principalmente dal'area di copertura della rete. Quando la distanza tra le rispettive unità di telecontrollo risulta notevole è indubbiamente vantaggioso servirsi di apparati radioricetrasmittenti per il collegamento. Se le distanze di copertura sono brevi (alcune centinaia di metri) e se è oltremodo possibile aggiungere all'impianto elettrico gia esistente i conduttori necessari alla comunicazione, la scelta  preferibile è quella del collegamento diretto via filo in quanto presenta maggiore affidabilità ed in alcuni casi anche minore costo. In determinate circostanze può essere necessario l'utilizzo di entrambi i mezzi di comunicazione:  potrebbero esserci alcune unità connesse in rete tramite radio frequenza ed altre tramite conduttore elettrico. In questo caso per garantire la connessione tra tutte le unità presenti nell'impianto è necessario disporre di almeno una in grado di "lavorare" con entrambi i mezzi trasmissivi, siano questi via radio o via filo.  Questa unità avrà quindi il compito di connettere la parte di impianto che utilizza un conduttore elettrico con la parte che utilizza le onde radio e vice versa.

Telecontrollo configurabile

Il progetto di seguito discusso, realizzato da me insieme ad Alberto Gola, è relativo alla costruzione di un semplice ed economico sistema di telecontrollo.

Il dispositivo è composto da due differenti circuiti stampati di cui uno preposto alla logica di controllo a microcontrollore e l'altro con scopo di interfaccia per i segnali di ingresso e di uscita da e verso il mondo esterno. Il sistema prevede la possibilità di utilizzare un'unità base e fino ad un massimo di quattro unità periferiche, connesse tramite moduli radioricetrasmittenti oppure mediante linea bifilare secondo lo standard RS485. Sono previste le seguenti caratteristiche: acquisizione e controllo di 32 canali (16 ingressi e 16 uscite), con differenti configurazioni a seconda del numero delle unità periferiche presenti (1, 2 o 4). Velocita dati di 1200 b/s. Range di tensione sugli ingressi 0-24VDC. Uscite a relè, contatto NA (Imax 1A) Alimentazione flessibile in AC e DC con range da 12 a 24V. Possibilità di collegamento ad un personal computer tramite una porta seriale per la supervisione dello stato dell’intero sistema.

I campi di applicazione per un tale sistema di telecontrollo sono virtualmente infiniti. L'utilità di impiego può essere per esempio sfruttata in:

e praticamente in tutti quei casi dove si rendono necessarie rilevazioni e/o attuazioni remote.

 
Descrizione del sistema

Trasmettere eventi od allarmi con un elevato grado di affidabilità è un’esigenza sempre più sentita nell’ambito delle problematiche di controllo, sia a livello industriale che civile, dove la necessità di un facile utilizzo dei dispositivi si unisce alla priorità del basso costo. Questa filosofia di base ha portato allo sviluppo del presente sistema di telecontrollo che per la sua flessibilità si adatta ad innumerevoli campi di impiego. La chiave della versatilità risiede nella scheda a microprocessore che, in unione ad una scheda periferica adattabile alle varie applicazioni specifiche, costituisce un sistema flessibile e potente.

Ogni unità è dotata di 16 linee di ingresso e 16 linee di uscita ON/OFF. Due ingressi analogici permettono di implementare la funzione di comparatore, con soglie prefissabili dall’utilizzatore. Le uscite dei comparatori possono pilotare direttamente un ingresso digitale mediante un opportuno cablaggio, permettendo così di implementare un comando a soglia.

Ogni scheda a microcontrollore può essere, a seconda della propria configurazione, un’unità centrale o una qualsiasi delle quattro unità periferiche; l’hardware è identico: la funzione viene differenziata mediante la selezione del codice numerico associato all’unità stessa. Ogni dispositivo consente la rilevazione di 16 stati digitali, di due ingressi analogici con risoluzione di otto bit e l’attuazione di 16 uscite digitali. Ciascun modulo periferico può trasmettere e ricevere dati solo dall’unità centrale, non è ammessa (e non è prevista) alcuna trasmissione da periferica a periferica: un’eccezione a questa regola si ha per l’unità periferica designata come numero 1 quando viene attivata la funzione "digipeater", ossia la ritrasmissione delle comunicazioni destinate ad altre unità.

Il sistema si compone come già detto di un numero variabile di unità collegate tra di loro via radio o via filo. La configurazione minima è ovviamente costituita da un’unità centrale ed una periferica e la gestione massima possibile è di quattro periferiche.

A seconda del numero di unità presenti nel link sono possibili tre diversi casi:

Oltre alle sedici uscite digitali vi sono altre sette uscite: due di queste rappresentano lo stato della soglia degli ingressi analogici (due canali), il cui riferimento è variabile; quattro uscite sono utilizzate per la segnalazione dello stato di allarme link, il quale si attiva dopo un numero fisso di trasmissioni ad una periferica senza la ricezione del codice di conferma. L' ultima uscita non è attualmente utilizzata.

In ciascuna unità è anche possibile la programmazione del CODICE UTENTE e di alcuni altri parametri, tra cui quelli dipendenti dal sistema di trasmissione utilizzato (radiofrequenza o linea bifilare). Queste operazioni di programmazione possono essere facilmente portate a termine da chiunque.

Da quanto qui descritto è facilmente intuibile l’elasticità di combinazioni possibile tramite il semplice collegamento esterno di alcuni ingressi con uscite quali: canali digitali, allarmi link o soglie A/D. Per esempio sarà possibile trasmettere alla periferica 3 la condizione di allarme LINK avvenuta per l’unità 2 (ovviamente via unità principale, in quanto le periferiche non comunicano tra di loro, come già detto), oppure inviare l’allarme soglia alla periferica 4 e così via…. In questi casi si utilizza l’unità principale per ridirigere gli eventi, mediante opportuni collegamenti tra ingressi ed uscite.

La possibilità di usare la periferica 1 come ripetitore, ad esempio ponendola sulla cima di una collina alimentata autonomamente tramite pannelli solari, permette di ovviare anche a quei casi in cui non esiste la possibilità di un collegamento diretto tra unità centrale e periferiche.
 

Programmazione

La programmazione delle unità è estremamente semplice e si effettua utilizzando 8 dip-switches facilmente accessibili. Le funzioni impostabili sono:

La programmazione viene eseguita accendendo l’unità in una particolare configurazione. I parametri impostati vengono salvati in una memoria non volatile, che non richiede alcuna batteria di back-up.

Schema a blocchi

Caratteristiche elettriche 

*Il range degli ingressi analogici può essere espanso mediante l’uso di un partitore resistivo interno

Scheda CPU

La scheda CPU, realizzata in tecnologia SMD di dimensioni 58 x 86 mm, ha le seguenti caratteristiche:

*Il range degli ingressi analogici può essere espanso mediante l’uso di un partitore resistivo

Connessione a Personal Computer

Mediante un'apposita interfaccia è reso possibile il collegamento dell’unità di telecontrollo alla porta seriale di un personal computer. L’interfaccia stessa preleva la propria alimentazione dalla scheda base e non necessità di alcuna sorgente aggiuntiva di energia. Mediante il programma grafico di supervisione è possibile visualizzare in tempo reale lo stato di tutto il sistema. Il software richiede la presenza di MS Windows 95/98 ed una risoluzione video minima di 800 x 600.

Nella figura sopra riportata è possibile osservare il circuito di interfaccia con i relativi relè di uscita (in alto). Nella sezione in basso a destra troviamo invece l'alimentatore a commutazione; è il circuito integrato L4971 a gestirne il funzionamento. I due connettori da 40 PIN (H101 e H201) servono per il collegamento dell'unità a microcontrollore che è visibile nella figura qui sotto.

Nella figura sopra possiamo osservare, al centro del circuito stampato, il microcontrollore di tipo ST62T60 (SGS-THOMSON). I circuiti integrati vicino ai connettori hanno lo scopo di rendere disponibile un elevato numero di I/O: sono shift register parallel IN serial OUT per quanto concerne gli INPUT e serial IN parallel OUT per quanto riguarda le uscite. I due trimmer multigiri denominati V1 e V2 servono per la regolazione delle due soglie relative agli ingressi analogici. Il circuito stampato, qui  notevolmente ingrandito, ha dimensioni di mm 86 x 58 e prevede una costruzione di tipo SMT (Sourface Mountage Tecnology).

Nella foto qui sopra è possibile osservare le due schede unite a "sandwich" mediante i connettori a 40 PIN. Si notano i 56 morsetti disposti lungo i lati piu lunghi del circuito stampato principale. Per disponibiltà di un certo tipo di contenitore si è dovuto seguire un particolare disegno costruttivo realizzando così un circuito molto compatto. Qui sotto è mostrata una foto del contenitore.

Il contenitore impiegato è costruito per permettere il fissaggio dell'unità su "barra omega". E' in materiale plastico e presenta su ciascun lato lungo 28 fori equidistanti (a passo 5.08 mm) per le connessioni dei conduttori elettrici ai morsetti del circuito (questa foto è relativa ad un modello simile a quello utilizzato dagli autori del progetto).

PARTICOLARI DELLE CONNESSIONI SULL'UNITA'

Ordine di connessione dei segnali:

Funzione dei segnali :

I morsetti designati con i  numeri da 1 a 16 sono i 16 canali degli ingressi digitali(on-off): detti segnali sono riferiti al morsetto 17 il quale è appunto il riferimento comune (GND). I 16 ingressi sono attivi bassi, quindi nell'unità remota (quella che riceve lo stato degli ingressi) si ha la chiusura dei contatti a relè quando vengono posti a 0 logico (GND) i sopracitatì ingressi digitali. I due ingressi analogici sono utilizzati per la supervisione di due indipendenti soglie di tensione (da 0 a 5 V o superiori se necessario) le quali vengono impostate tramite due trimmer multigiri. Le uscite open collector delle soglie sono riportate sui morsetti 21 e 22: al superamento della soglia troviamo l'uscita relativa chiusa a GND. Queste due uscite sono collegabili ad uno qualsiasi degli ingressi digitali, è possibile in questo modo trasmettere ad un'unità remota lo stato di superamento delle soglie. Come esempio immaginiamo un sistema a 4 unità periferiche più, ovviamente, l'unità base (master con ID = 0): tramite opportune connessioni tra i morsetti potremo inviare all'unità base l'allarme di una soglia analogica, la quale oltre a segnalare ad un operatore la variazione dello stato, potrà anche generare la variazione di un'uscita su un'altra periferica. Lo stesso discorso vale per i segnali di "allarme link" (periferica non funzionante): anche questi possono essere rediretti su un ingresso e quindi ritrasmessi ad altre unità. Si può notare da tutto ciò come il sistema sia estremamente flessibile pur mantenendo una elevata semplicità di configurazione: in questa pagina saranno illustrati, per chiarezza, alcuni esempi di possibili configurazioni. Per quanto riguarde le uscite, i primi otto canali sono elettricamente indipendenti, mentre i restanti otto (dal ch. 9 al ch.16) che corrispondono ai morsetti dal 45 al 52, hanno un comune che fa capo ai morsetti 53 e 54. Il carico max è di 1 A e l'isolamento di 48 V AC-DC (questo parametro vale per tutte le uscite).

Un esempio pratico di utilizzo del sistema di telecontrollo

Per informazioni Inviare un messaggio di e-mail a: calatroc@libero.it