SISTEMA DI RILEVAMENTO
INQUINAMENTO AMBIENTALE
DEIS Facoltà di Ingegneria
Università degli studi di Bologna
Prof. B. Riccò
Prof. M. Lanzoni
G. Cimatti
A. Tortoriello
SPECIFICHE DI PROGETTO 1/2
ØBattery powered
ØMonitoraggio stato di carica
Ø Banda utile misura intensità sonora di almeno
8KHz
ØAcquisizione del rumore per periodi
programmabili lunghi fino a 120 sec
SPECIFICHE DI PROGETTO 2/2
ØMisura della temperatura con nel range [-10°C,
+50°C] accuratezza ± 0.5 °C
ØComunicazione wireless con PC remoto
ØGestibile e riconfigurabile
ØRealizzazione prototipo e installazione
ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO
ØRealizzazione dello schema elettrico
ØCostruzione del prototipo e collaudo
STRUTTURA GENERALE DEL
SISTEMA
Campana
Utente
1
1
wireless
Campana
2
.
Web
Server
Administrator
internet
.
.
Campana
Utente
8
n
PROBLEMATICHE
ØMinimizzazione consumo di potenza (low
power, swing di tensione ridotti)
ØSistema collocato in ambienti climatici ostili
ØDimensioni ridotte
STRUTTURA HARDWARE
ATMEGA
NOISE
TEMP
128 L
EXL-RF232
JTAG
SPI
MISURA DEL RUMORE
Opzione 1
CAMPIONAMENTO ED ELABORAZIONE REMOTA
VANTAGGI
Ø SEMPLICITA’ STADIO DI ACQUISIZIONE
Ø MAGGIORE LIBERTA’ DI GESTIONE DEI DATI LATO UTENTE
SVANTAGGI
Ø E’ NECESSARIA MEMORIA AGGIUNTIVA ESTERNA
Ø VELOCITA’ TRASMISSIONE WIRELESS NON ADATTA
SOLUZIONE SCARTATA
MISURA DEL RUMORE
Opzione 2
ELABORAZIONE ANALOGICA LOCALE DEL SEGNALE
VANTAGGI
Ø NON E’ NECESSARIA MEMORIA AGGIUNTIVA AL MICRO
Ø VELOCITA’ TRASMISSIONE WIRELESS ADATTA
SVANTAGGI
Ø COMPLICAZIONE STADIO DI ACQUISIZIONE
SOLUZIONE ADOTTATA
MISURA DEL RUMORE
ATMEGA
128L
AD636
COND.
RMS
dB
ADC
MICROFONO
Ø Microfono omnidirezionale ad elevata sensibilità
Ø Preamplificatore microfonico
Ø True RMS converter
Ø Compressore di dinamica (compensato in
temperatura)
MISURA DELLA TEMPERATURA
ATMEGA
128L
TEMP
ADC
LM35CZ
COND.
ADC
REF
Ø Sensore di temperatura integrato con accuratezza di
0.5°C
Ø Stadio di condizionamento
MICROCONTROLLER
CARATTERISTICHE
Ø 8-bit Microcontroller, High-performance,
Low-power
Ø 128K Bytes In-System Programmable Flash
Ø 4K Bytes Internal SRAM
Ø 8-channel, 10-bit ADC
Ø Dual Programmable Serial USARTs
MICROCONTROLLER CORE
JTAG
PROGRAMMAZIONE
DEBUG
SPI
ATMEGA
128L
PROGRAMMAZIONE
EXL-RF232
WIRELESS
INTERFACE
SENSORS
INTERFACE
GESTIONE ALIMENTAZIONI
ØPossibilità di sleep mode
Ø Shut down interfaccia sensori
ØMonitoraggio real time della batteria
GESTIONE ALIMENTAZIONI
SCHEMA DI PRINCIPIO
BATTERY
ADC
BATTERY
MONITOR
12V
BATTERY
5V_MICRO
5V
REGULATOR
ATMEGA
128L
LOW_BATTERY
SD_SENS
5V
REGULATOR
5V_SENS
SENSOR
INTERFACE
TRASMISSIONE DATI
Ø Interfaccia seriale a 9600 o 19200bps
Ø TX power output: 0.75mW
Ø Range di funzionamento tipico 20m
Ø Capacità di indirizzamento a 8 canali
Ø 3.3V o 5V power supply
Ø Power down
EXL-RF232
REALIZZAZIONE CIRCUITALE
Ø PROGETTO REALIZZATO IN AMBIENTE
PROTEL (ALTIUM)
Ø PROTOTIPO A DUE FACCE REALIZZATO
CON COMPONENTI DISCRETI
(POSSIBILITA’ DI MINIATURIZZAZIONE)
REALIZZAZIONE CIRCUITALE
STRUTTURA MECCANICA
MICROFONO
EXL-RF232
250 mm
RILEVAMENTO
INQUINAMENTO
AMBIENTALE
LM35CZ
80 mm
170 mm
BATTERY
BOARD
RAGGIUNGIMENTO DELLE
SPECIFICHE
ØIl campionamento del rumore può essere
effettuato (con banda 16KHz) per periodi anche
maggiori di 120 sec
ØLe temperature rilevate appartengono al range
[-10°C, 50°C] con una accuratezza di 0.5 °C
RAGGIUNGIMENTO DELLE
SPECIFICHE
Ø Previste tre fasi distinte: sleep, acquisizione
dati, trasmissione dati
Ø La batteria di alimentazione è monitorata
costantemente
Ø Il consumo è stato minimizzato: il tempo di
funzionamento stimato nel worst case è di
180gg
CONCLUSIONI
Ø IL LAVORO SVOLTO HA ILLUSTRATO UNA POSSIBILE
SOLUZIONE DEL PROBLEMA POSTO
Ø SI SONO ADOTTATE COME PRIORITA’ IL BASSO
CONSUMO ED IL BASSO COSTO DEI COMPONENTI USATI
SVILUPPI FUTURI
Ø IMPLEMENTAZIONE DEL FIRMWARE PER LA GESTIONE
DEL SISTEMA PROGETTATO
