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Un occhio elettronico
| Schema base (1) | Aggiungere
un'isteresi | Montaggio sperimentale
Evoluzione di un circuito (2) | Sfruttiamo
il cervello
La fotocellula è un circuito utile e dalle infinite applicazioni. Il suo occhio elettronico è capace di accendere le luci all'imbrunire o entrando in auto una galleria o a piedi in un lungo corridoio. E' in grado anche di rivelare il passagio di un veicolo, di sentire la presenza di una fiamma, e persino di riconoscere la mancanza di un'etichetta su un prodotto. Il Nutchip si interfaccia direttamente ad un sensore di luce (LDR) che è il cuore della fotocellula; il suo cervello logico realizza poi mille automatismi senza che sia necessario aggiungere nulla di esterno.
Ecco quindi un simulatore di presenza che si accende automaticamente la sera per un'ora in soggiorno, poi un'altra ora in cucina, ed infine accende le luci in camera da letto per poi spegnerle prima che faccia troppo tardi. Un compito che il Nutchip svolge egregiamente!
Lo schema base della fotocellula utilizza l'ingresso analogico (comparatore) del Nutchip. Questo ingresso è gestito in comune con l'ingresso digitale IN4, e dovremo
ricordare di attivarlo al momento della programmazione del chip.
Il comparatore funziona confrontando la tensione all'ingresso IN4 con quella di
riferimento presente all'ingresso AREF; se la tensione applica su IN4 è maggiore di
quella applicata su AREF, allora IN4 viene visto a livello logico uno; altrimenti a
livello logico zero. Per esempio, immaginiamo di regolare il trimmer TR1 per dare 2 volt
sul piedino AREF. Immaginiamo anche che in condizioni di luce la resistenza dell'LDR sia
di 1 kohm. Allora al piedino IN4 arriveranno 2,5 volt, per cui a livello logico sarà IN4
= livello alto, cioè uno. Oscurando la fotocellula la resistenza salirà a 10 kohm; la
tensione sul piedino IN4 crolla ben al di sotto dei 2 volt presenti sul piedino AREF. In
queste condizioni, IN4 sarà visto a livello basso, cioè zero.
Una fotocellula sperimentale. Oscurando la fotoresistenza il LED si accende. |
Nella pratica regoleremo il trimmer TR1 al livello di sensibilità ottimale per l'applicazione che vogliamo realizzare, cioè un pò prima che la fotocellula scatti. In tal modo, anche una piccola variazione di luce farà scattare l'uscita.
A volte non è desiderabile avere un funzionamento troppo sensibile. Ad esempio, in una
giornata parzialmente nuvolosa non è gradevole che le luci si accendano e si spengano in
corrispondenza di ogni piccola nuvoletta! Per ovviare a questo inconveniente, tipico di
tutti gli automatismi, si introduce solitamente un'isteresi.
Ad esempio, si potrebbe fare in modo che appena la fotocellula scatta, la sua sensibilià
venga ridotta. In tal modo, per fare rilasciare la fotocellula sarebbe necessario un
considerevole aumento della luminosità, ben al di sopra rispetto al valore che l'ha fatta
intervenire. Un tale tipo di isteresi si chiama isteresi sul livello, perchè avviene
variando il livello di luminosità che provoca l'attacco o il distacco del meccanismo.
Con i Nutchips è conveniente adottare un'isteresi sul tempo, che non richiede risorse
hardware ma soltanto di inserire un timeout nella tabella della verità. Infatti, se il
nostro scopo è evitare un'eccessivo attacca/stacca della fotocellula quando la
luminosità oscilla attorno al valore di intervento, imponendo che la fotocellula resti
accesa per un intervallo fisso centreremo il risultato. Al termine del timeout torneremo
l'uscita tornerà ad essere controllata dall'ingresso analogico.
Per realizzare la fotocellula bastano pochissimi componenti, perciò è facile assemblarla su una basetta sperimentale a molla.
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Elenco componenti:
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E' il momento di preparare il circuito ad uscire dal laboratorio. La fotocellula è un
apparecchio destinato a funzionare ininterrottamente per mesi: dobbiamo pensare prima di
tutto all'affidabilità. In un periodo di tempo molto lungo, è inevitabile avere
fluttuazioni di corrente ed anche blackout. Aggiungiamo quindi un circuito di reset
composto da una rete resistenza-condensatore, R3 e C2.
Anche gli ingressi del comparatore vanno ripuliti, per evitare dei falsi azionamenti
causati dagli omnipresenti disturbi. I condensatori C3 e C4 servono proprio ad appianare i
picchi e a livellare le tensione agli ingressi del comparatore. Affianchiamo poi al LED un
relè, per pilotare il nostro carico. Ricordiamo di dimensionare l'amperaggio del relè in
base al carico da pilotare, lasciando spazio per un'abbondante "scorta" di
corrente. Ad esempio, una lampada da 100 W al momento dell'accensione arriva ad assorbire
fino a 1000 W! Una regola di buon senso consiste nell'acquistare un relè la cui corrente
sia almeno doppia rispetto a quella effettivamente necessaria. I relè da 5 volt (come
quelli utilizzati qui) sono comodi, ma talvolta sono difficili da reperire per le correnti
maggiori: potete sempre modificare lo stadio di uscita per pilotare un relè a 12 volt,
come indicato nella raccolta di circuiti base.
Queste protezioni basteranno per un utilizzo "casalingo" della nostra
fotocellula.
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La caratteristica più sfiziosa di questa fotocellula è la sua programmabilità, non
ottenibile con le fotocellule tradizionali.
Eccone alcune interessanti applicazioni:
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