prendiamo come esempio il trasduttore di temperatura LM35.


Il circuito integrato LM35 è un trasduttore di temperatura che fornisce una tensione d’uscita
proporzionale alla temperatura espressa in °C

Vs[mV] = 10*T

Tensione in uscita = 10 * temperatura (in millivolt)
(La tensione di uscita espressa in millivolt sarà dieci volte più grande della temperatura misurata.)

I trasduttori sono dispositivi che trasformano una grandezza fisica in una grandezza di un altro tipo, generalmente elettrica per poterla misurare o per poterla confrontare con una grandezza della stessa natura. In genere un sistema di misura è costituito da un primo trasduttore d’ingresso che trasforma la grandezza che si vuole misurare in una grandezza d’altro tipo generalmente elettrica. Successivamente è presente un secondo blocco, detto di condizionamento,(il modificatore) che amplifica o varia una qualche caratteristica del segnale d’uscita del primo trasduttore affinchè esso costituisca l’ingresso di un secondo trasduttore che lo converta in modo da avere un segnale facilmente leggibile.

Le principali caratteristiche di un trasduttore si possono classificare nel seguente modo:

Campo di funzionamento: è l’intervallo di valori che il trasduttore può accettare conservandone le caratteristiche di precisione senza che esso sia danneggiato.

Risoluzione o potere risolutivo: in un trasduttore l’uscita non varia mai con continuità ma presenta sempre una discontinuità, tra un valore e il successivo. Quindi si ha un andamento a gradino perciò si verifica che a due valori d’ingresso diversi, corrisponde una stessa uscita.

Precisione dello strumento: è il massimo errore assoluto che si ha nel campo di misura e il massimo valore misurabile.

Linearità: un trasduttore si definisce lineare quando la curva rappresentante il legame tra ingresso ed uscita è una retta.

Sensibilità: viene definita come sensibilità il rapporto tra la variazione della grandezza in uscita e la variazione della grandezza in ingresso.

Tempo di risposta: si definisce come tempo di risposta il tempo necessario affinchè l’uscita raggiunga, senza oscillazioni, un valore pari al 90% del valore a regime.

Generalità sui trasduttori e Sensore di luminosità

Per realizzare la nostra stazione meteorologica è necessario utilizzare alcuni dispositivi che, rilevando grandezze fisiche di varia natura (luce, temperatura, pressione ecc.) variano una grandezza elettrica (tensione, corrente ma anche resistenza) in uscita. Questi dispositivi sono chiamati sensori o trasduttori. Ad esempio, un sensore di temperatura potrebbe erogare una corrente più o meno alta in base al calore presente in una stanza.

In particolare un sensore trasforma la grandezza naturale in base a fenomeni puramente fisici, mentre un trasduttore, in più, la adatta ad un certo range di valori grazie ad un circuito interno.

Adesso passiamo a parlare dei sensori che abbiamo scelto. In questo articolo ci occuperemo del sensore di luminosità scelto da noi, ovvero il GA1AQ2S100SS (non vi fate spaventare, è solo la sigla che lo identifica!).
Questo componente fornisce in uscita una corrente che aumenta all’aumentare della luminosità. Per funzionare correttamente deve essere alimentato con una tensione compresa tra 2.7 V e 3.6 V.

L’intervallo di luminosità che questo è in grado di rilevare varia dai 10 ai 10000 lux. I lux sono un’unità di misura della luminosità: per dare un’idea della quantità di luminosità standard in situazioni comuni riportiamo una tabella specifica;

                                                   

Nell’immagine a destra è raffigurato l’andamento della corrente in uscita al variare della luminosità. Come possiamo vedere è lineare (ovvero direttamente proporzionale, al raddoppiare di una raddoppia anche l’altra): questo è un bene, dato che semplifica le fasi successive!

Tensione di alimentazione (VCC)	2.7÷3.6 V
Tensione di uscita (Vout)	0 ÷ VCC - 1.0 V
Range di illuminazione	10 ÷ 10000 lux

Per concludere, presentiamo una piccola tabella riassuntiva delle caratteristiche principali:

Alla prossima per ulteriori sviluppi!

Link utili

Datasheet sensore

Sito per l’acquisto

Pluviometro

Uno dei sensori di cui la nostra stazione metereologica non deve essere sprovvista è il pluviometro. Ma cos’è questo pluviometro?

Questo sensore serve a misurare la quantità di acqua piovana caduta durante una precipitazione atmosferica di qualunque natura (pioggerellina, acquazzone, bufera ecc..).

In giro ci sono diverse configurazioni possibili:

1. Un contenitore dove tramite un sensore ultrasuoni viene misurata l’altezza del fluido;
2. Pluviometro a doppia vaschetta basculante;
3. Misuratore di flusso convogliato all’interno di un tubo tramite una pala rotante collegata al perno di un encoder assoluto.

1. In questo caso il recipiente dovrà essere dotato di un sistema di auto-svuotamento e riscaldamento. Riportiamo sulla destra una foto del sensore ultrasuoni.
2. Nel secondo caso sarà necessaria la realizzazione di un sistema meccanico complesso, chiamato “doppia vaschetta basculante”. Il funzionamento è riassunto in questa GIF.
3. Nell’ultimo caso è necessaria la realizzazione di una pala da inserire nell’imbuto con il perno che fuoriesce dal lato per essere collegato meccanicamente all’encoder. Essenzialmente è un’asta libera di ruotare che in base al suo movimento, da qualunque causa generato, ci informa se:

• l’asta sta ruotando oppure no;   
• in che senso sta ruotando;   
• mentre ruota e ad un certo punto si ferma in che punto si è
  arrestato.

Per approfondimenti potete visitare questo sito:

http://www.theremino.com/hardware/inputs/meteorology-sensors

Sensori di pressione atmosferica

Per la misura della pressione atmosferica nella stazione meteorologica abbiamo preso in considerazione due tipi di sensori:

·      BMP-180: questo tipo di sensore richiede un’alimentazione di 3,3 V e può essere utilizzato in un range di pressione che va da 300 a 1100 hPa (da +9000m a -500m). Con una semplice formula è possibile anche risalire all’altitudine alla quale è posto il sensore. I segnali in uscita a questo dispositivo non devono essere condizionati, dato che è presente su Arduino e UDOO una libreria creata per questo scopo, Libreria BMP-180, unita alla libreria Wire già presente su arduino. Per includere le due librerie:

#include <Wire.h>
#include <BMP180.h>

Datasheet BMP-180;

        

·      KP-235: questo tipo di sensore a differenza dell’altro ha bisogno di un condizionamento in uscita poiché il range di tensioni output va da 0,3 V a Vdd+0,3 V. Può essere utilizzato per misurare pressioni che vanno da 400 hPa a 1150 hPa. Questo dispositivo può essere utilizzato a scapito dell’altro se si vuole migliorare la gestione del condizionamento del segnale.

Datasheet KP-235.

         

Sensore di umidità

Il sensore d’umidità serve a misurare la quantità d'acqua o di vapore acqueo contenuta nell'atmosfera (o, più in generale, in una massa d'aria), in una sostanza o in un corpo.

Esistono diversi parametri per misurare l’umidità del terreno o dell’aria:

1.  Umidità assoluta: è la quantità di vapore acqueo espressa in grammi contenuta in un metro cubo d'aria (g/m³) ad una certa temperatura e pressione.

2.  Umidità specifica:è il rapporto tra la pressione parziale (ovvero il valore di pressione che il suolo raggiungerebbe qualora occupasse tutto il volume a sua disposizione) del suolo e la pressione parziale del suolo in condizioni di saturazione (ovvero quando è talmente umido da non ammettere ulteriore acqua).

3.  Umidità relativa: indica il rapporto percentuale tra la quantità di vapore contenuta in una massa d'aria e la quantità massima (cioè a saturazione) che il volume d'aria può contenere nelle stesse condizioni di temperatura e pressione.
Si possono trovare in commercio vari tipi di sensori di umidità, in base alle caratteristiche e all’utilizzo per cui sono stati progettati.
Il sensore utilizzato è di tipo capacitivo da terreno (adoperato nel giardinaggio).
Questo sensore è stato scelto sia per la grande reperibilità (infatti, si può trovare in quasi tutti i siti di acquisto on-line – il nostro è stato comprato da: http://www.dropinthebox.com/it/fc-28-d-suolo-igrometro-detection-module-tester-di-umidita-blu_p4709780.html.