TZ-1

L’idea del progetto:

Il progetto nasce da una voglia di creare un modello di casa dove fosse possibile esprimere la nostra curiosità

verso i sistemi automatici di controllo per poi utilizzarli a nostro piacimento creando così un ambiente

confortevole e automatizzato. Il significato:

La domotica è la disciplina che si occupa di studiare le tecnologie attue a migliorare la qualità della vita

nell’ambiente domestico grazie all’automazione, controllo dei processi gestionali e all’integrazione dei

sistemi. Il termine “domotica” è infatti un neologismo derivante dalla contrazione latina domus (casa,

abitazione) unita al sostantivo automatica, indica quindi la scienza dell’automazione dell’abitazione.

Ha come oggetto di studio privilegiato proprio l’automazione della casa; tutto ciò che si ottiene combinando

elettronica, informatica e meccanica.

Questa disciplina, nata nel corso della terza rivoluzione industriale, si prefigge diversi obiettivi:

risparmio dell’energia, migliorare la qualità della vita, migliorare la sicurezza sotto tutti i punti di vista.

Il sistema di controllo centralizzato, l'insieme delle periferiche in un sistema a intelligenza

distribuita, provvedono a svolgere i comandi impartiti dall'utente (ad esempio l’accensione del

calorifero o l’impostazione automatica della luce), a monitorare continuamente i parametri

ambientali richiesti e a gestire in maniera autonoma alcune regolazioni (ad esempio la luce).

E’ inoltre in grado di avvertire l’utente per dei pericoli come ad esempio ladri o fughe di gas, per una

maggiore sicurezza. L’ obiettivo:

L’obiettivo del progetto è stato quello di realizzare una casa, capace di svolgere autonomamente alcune

funzioni domestiche. Le soluzione tecnologiche adottate sono caratterizzate da peculiarità come la semplicità

di utilizzo, la continuità di funzionamento nel tempo e un costo relativamente basso.

Nel nostro progetto abbiamo voluto inserire soluzioni tecnologiche che ritenevamo di primissima importanza

nella costruzione di un sistema domotico come l’accensione automatica delle luci, il controllo del

riscaldamento, un sistema d’allarme antintrusione e uno contro le fughe di gas.

La casa diventa intelligente non perché vi sono installati sistemi intelligenti, ma perché

essi sono

capaci di controllare e gestire in modo facile il funzionamento degli impianti presenti.

La pianificazione:

Al fine di sviluppare un progetto adeguato ad un esame di stato, ricordando che l’esposizione verrà gestita da

due candidati, abbiamo ritenuto opportuno sviluppare quattro circuiti:

 CONTROLLO LUCI

 RISCALDAMENTO/CONDIZIONAMENTO TEMPERATURA

 SISTEMA ALLARME

 RILEVATORE DI GAS CONTROLLO LUCI

Questo circuito ci permette di controllare l’accensione e lo spegnimento delle luci nelle rispettive stanze, in

modo che nel passare da una stanza all’altra ci sia una sola luce accesa.

Questa applicazione è possibile realizzarla grazie a dei fotodiodi posti ad ogni porta della casa ed è stata

pensata per il risparmio dell’energia elettrica.

RISCALDAMENTO/CONDIZIONAMENTO TEMPERATURA

Il circuito aziona automaticamente la resistenza che scalda l’ambiente,successivamente, arrivati ad un certa

temperatura, aziona la ventola di raffreddamento che la fa diminuire.

Abbiamo impiegato il sensore di temperatura AD590.

Il progetto in pratica fa rimanere la temperatura ad un livello costante per aumentare il confort all’interno

della stanza nel quale è applicato. SISTEMA ALLARME

Un microfono posto nelle vicinanze della finestra, riesce a percepire un rumore (ad esempio un colpo alla

finestra) e ad azionare così un cicalino che rappresenta l’allarme; questo sistema funziona anche per una

eventuale intrusione con ingresso dalle porte.

Il progetto è stato realizzato per aumentare la sicurezza della casa.

RILEVATORE DI GAS

Il circuito permette di rilevare la presenza di gas nella stanza, utilizzando la sonda SP11; è in grado inoltre di

aprire automaticamente la porta e far così uscire il gas presente all’interno della stanza.

Il circuito è stato realizzato per la sicurezza in caso di fuoriuscita di gas.

Realizzazione dei circuiti

Dopo aver progettato i circuiti li abbiamo sperimentati su proto-board verificandoli. Di conseguenza siamo

passati alla progettazione sul computer utilizzando i programmi Capture Cis e Orcad Layout, realizzando con

il primo gli schemi elettrici e con il secondo gli sbrogliati.

Ciascuno sbrogliato è stato poi stampato su carta lucida per il successivo passo, cioè quello della

fotoriproduzione, questa ci permette di riportare il nostro sbrogliato sopra una basetta di vetronite, che verrà

poi disciolta in un acido il quale ci darà il circuito vero e proprio.

Il passo successivo consiste nella stagnatura, e nella foratura.

Infine siamo passati alla saldatura dei componente e al montaggio dei punti di via, grazie ai quali

colleghiamo le due facce della basetta.

IMMAGINE RAPPRESENTATIVA DELLO SBROGLIO DEL CIRCUITO DEL SISTEMA D’ALLARME

REALIZZATO CON LAYOUT PLUS

Descrizione dei circuiti

Vediamo ora una breve descrizione, usufruendo di una suddivisione a blocchi, dei circuiti da noi pensati e

realizzati. CONTROLLO LUCI

1. Ad ogni ingresso è posta una coppia di fotodiodi, che segna il passaggio delle persone, distinguendo

se in un senso o nell’altro.

2. Latch a porte NAND, è l’unico circuito che fornisce un' uscita diversa al cambiare delle due

sequenze intermedie d’ingresso.

3. Sfruttando il segnale proveniente dai fotodiodi costituisce il clock del FFD per il passaggio e il

mantenimento del dato.

4. Mantiene il dato proveniente dal blocco 2.

5. Porta AND la cui uscita indica se ci sono o meno persone all’interno della stanza.

6. Fa accendere le luci solamente quando la luminosità esterna, monitorata dalla fotoresistenza, è poca.

7. Costituisce le luci vere e proprie.

8. Permette lo spegnimento delle luci, nella stanza da letto, prima di coricarsi.

9. Fa spegnere le luci in camera da letto mantenendo il funzionamento del resto del circuito inalterato.

10. Permette di agire inizialmente sulle uscite dei FF

DIMENSIONAMENTO DEI SINGOLI BLOCCHI

6. Il dimensionamento di questo blocco è stato condotto sperimentalmente in quanto il reale valore della

fotoresistenza non era conosciuto. Abbiamo verificato la Vbe e Vce se corrispondevano ai valori

teorici di saturazione interdizione del BJT in modo da avere sul collettore del transistor un valore ben

definito.

10. Per rendere, al momento dell’accensione, tutte le uscite dei FF basse abbiamo agito sui clear con una

rete RC poiché il clear e′ attivo basso. T=RC, T=726 ms, fissato C=22uF, R=33KΩ

TCST 1103

FOTODIODO

RISCALDAMENTO/CONDIZIONAMENTO

TEMPERATURA

1. Utilizzando il sensore AD590 si riesce a rilevare la temperatura dell’ambiente avendo un

uscita in corrente che fatta scorrere su R6 ci da una tensione equivalente alla temperatura

misurata in gradi kelvin.

2. Permette di avere 2.73 V partendo da una tensione di 12 V.

3. Amplificatore differenziale che sottraendo alla tensione proporzionale della temperatura in

gradi kelvin, 2.73 V fornisce una tensione proporzionale alla temperatura misurata in gradi

centigradi.

4. Trimmer per la regolazione della tensione di offset

5. Amplificatore non invertente che amplifica la tensione proporzionale alla temperatura in

gradi centigradi di 11 volte.

6. Trigger di Shmitt la cui curva di isteresi non è centrata sullo zero, permette di attivare due

diversi utilizzatori a seconda della temperatura rilevata.

7. Amplificatore di corrente realizzato con due transistor in configurazione Darlinton per il

riscaldamento di una resistenza di potenza.

8. Resistenza di potenza che simula il riscaldamento all’interno della casa.

9. Amplificatore invertente con guadagno unitario utilizzato per far lavorare la ventola in

controfasce con la resistenza.

10. Amplificatore di corrente per l’utilizzo di una ventola.

11. Ventola che simula il condizionatore all’interno della casa.

DIMENSIONAMENTO DEI SINGOLI BLOCCHI

1. La resistenza usata è una di precisione da 10KΩ in modo da avere una tensione nell’ordine di qualche volt

in quanto l’uscita del sensore AD590 e di 1uA ∕ °K.

2. Per non avere una caduta di tensione di circa 10V sul LM317 vi abbiamo applicato una tensione di circa

8V con l’utilizzo di un partitore di tensione ponendo R1=470KΩ 8=(Vcc*R2) ∕(R1+R2) dove R2

rappresenta l’incognita; dopo una serie di calcoli R2=1MΩ

Le altre resistenze di questo blocco sono state prese dal datasheet del componente LM317 in modo da avere

2.73V in uscita; i valori dei condensatori sono stati suggeriti dal costruttore.

3. Poiché volevamo un sottrattore senza alcuna amplificazione le resistenze sono tutte uguali con valore di

15KΩ in modo da rendere la corrente dei morsetti trascurabile.

4. Il trimmer serve per azzerare la tensione di offset dell’operazionale, il suo valore è definito dal costruttore

5. Dovevamo rendere la tensione in uscita dal sottrattore utilizzabile dal resto del circuito per cui l’abbiamo

amplificata di ben 11 volte poiché la f.d.t. di un non invertente e 1+(Rf ∕R) e Rf=R13=270KΩ e

R=R14=27KΩ.

6.Sfruttando la curva di isteresi di un comparatore a Trigger di Schmitt il blocco è stato dimensionato( vedi

foglio allegato)

7. 10. Rete dimensionata in modo da far funzionare i BJT in saturazione o interdizione

9. Dovendo invertire la fase senza alcun guadagno le resistenze utilizzate sono di ugual valore.

1) 2) 3)

1) CURVA DI ISTERESI DEL TRIGGER DI SCHMITT

2) PIEDINATURA DEL AD590

3) AD590 SENSORE DI TEMPERATURA

SISTEMA D’ALLARME

1. Utilizzando l’integrato 7805, regolatore integrato di tensione, si ottiene una tensione di +5V da una

di +12V per alimentare alcuni integrati del circuito.

2. Prelievo, filtraggio e amplificazione del segnale proveniente dal microfono posto alla finestra.

3. Mantenimento del dato amplificato.

4. Confronto del dato amplificato proveniente dal microfono con un certo valore di soglia.

5. Attivazione non istantanea del sistema d’allarme tramite chiave elettronica.

6. Visualizzazione dell’attivazione o disattivazione dell’allarme.

7. Blocco che fa scattare l’allarme, se attivato, all’arrivo di un segnale dal blocco 13.

8. Rende la visualizzazione dell’allarme intermittente.

9. Visualizzazione, anche sonora, se l’allarme entra in funzione.

10. Disattivazione dell’allarme tramite la stessa chiave elettronica.

11. Prelievo temporizzato del segnale proveniente dalla porta d’ingresso principale.

12. Prelievo del segnale proveniente dalla porta su retro.

13. Blocco che sentendo l’arrivo di almeno un segnale, dalla finestra o da una delle due porte, invia

l’impulso al blocco 7.

DIMENSIONAMENTO DEI SINGOLI BLOCCHI

1. Non potendoci avere una caduta di tensione di 7 V applichiamo al 7805 una tensione di 9 V, avuta

dal partitore, così da avere una caduta di tensione di soli 4 V

2

Fissiamo R3=100KΩ in modo che la potenza P =(V /R) dissipata sia poca e poter così utilizzare una

resistenza da ¼ di watt.

V = (Vcc*R4) / (R3+R4) dove R4 rappresenta l’incognita; dopo una serie di calcoli R4=330KΩ

R4

2. Nostra intenzione era di far scattare l’allarme quando la tensione provocata dal rumore derivante

dalla finestra superava i 60 mV. Poiché questo valore di tensione è molto basso lo abbiamo

amplificato di 47.3 volte. Per non mandare in saturazione l’amplificatore ne abbiamo usati 2

dividendo il guadagno.

Il primo operazionale in configurazione non invertente, la cui f.d.t. = 1+Rf/R deve amplificare di 11

per cui 11= 1+ Rf/R 10= Rf/R dovendo rispettare il rapporto abbiamo scelto Rf =R6= 56 KΩ e

R=R23= 5.6KΩ. Il secondo operazionale sempre in configurazione non invertente deve amplificare

di AvT /Av1 = Av2 47.3 /11= 4.3 volte per cui 4.3 = 1+ Rf / R 3.3= Rf /R rispettando il rapporto

abbiamo scelto Rf=R8= 33 KΩ e R=R9=10KΩ.

3. Per mantenere il dato per poi confrontarlo abbiamo utilizzato una rete RC quando il dato arriva il

condensatore impiega RC =T T =150 ms per caricarsi e il dato rimane ( R1+R2) C =T

-6