prova teorica gne2015 - IIS “Einaudi

MINISTERO DELLA PUBBLICA ISTRUZIONE
ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE “EINAUDI-SCARPA”
Via J. Sansovino, 6 - 31044 MONTEBELLUNA (TV)
E’ vietato l’uso del “MANUALE di ELETTRONICA” mentre è consentito l’uso della
calcolatrice.
Durata della prova:
5 ore
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ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE “EINAUDI – SCARPA”
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GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA
PROVA TEORICA del 5 maggio 2015
PROGETTO PER IL CONTROLLO e L’AZIONAMENTO
di UN SISTEMA di INCUBATRICE PER UOVA
Si deve realizzare un sistema che consenta di controllare la temperatura di una incubatrice
e permettere l’azionamento ciclico di un carrello che consenta di muovere le uova da
sottoporre ad incubazione.
Il progetto è costituito da due parti :
CONTROLLO DI TEMPERATURA e AZIONAMENTO del “GIRA UOVA”.
Il controllo di temperatura deve prevedere l’acquisizione e il condizionamento della
temperatura proveniente da un sensore con uscita in tensione. La temperatura varia tra i
valori Tmin e Tmax e deve essere convertita in una tensione con range standard e predefinito.
Successivamente il valore di temperatura deve essere controllato e mantenuto ad un
valore predefinito Tset, considerato ideale per la schiusa delle uova. Al di sotto di tale
temperatura bisogna prevedere l’azionamento di un elemento riscaldante.
Per evitare inneschi indesiderati si deve prevedere l’inserimento di un’isteresi ∆T
nell’intorno del valore Tset.
Il sistema di controllo inoltre deve presentare un indicatore luminoso che segnali lo stato
ON dell’elemento riscaldante e la visualizzazione della temperatura mediante sistema tipo
“Vu meter” a led.
L’azionamento del “gira uova” deve consistere nel comando di un motore per la
movimentazione del carrello contenente le uova. Il motore deve essere azionato ogni 12
ore per un certo tempo T0, alternandone il verso di rotazione.
Per il progetto il candidato potrà scegliere una delle seguenti due proposte risolutive:
1) Soluzione puramente hardware
2) Soluzione con MICROCONTROLLORE e hardware aggiuntivo.
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PROVA TEORICA del 5 maggio 2015
Si invita il candidato a leggere attentamente le due tracce e le corrispondenti consegne
per poi decidere quale scegliere.
Nelle pagine seguenti vengono illustrate in dettaglio le proposte progettuali. Dopo aver
effettuata la scelta il candidato utilizzi soltanto le pagine relative alla metodologia adottata.
I datasheet dei componenti si possono trovare nella cartella DATASHEET sul desktop del
PC.
E’ vietato l’uso del “MANUALE di ELETTRONICA” mentre è consentito l’uso della
calcolatrice.
Durata della prova: 5 ore
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PROVA TEORICA del 5 maggio 2015
TRACCIA 1: SOLUZIONE SOLO HARDWARE
Controllo di temperatura
L’uscita in tensione del sensore di temperatura deve essere simulata attraverso una
rete resistiva, alimentata a 15 V, nella quale, agendo su un potenziometro si possano
ottenere le tensioni relative alle temperature T min e Tmax.
Sensibilità del sensore pari a 10 mV/°C ;
Tmin = 30 °C , Tmax = 40 °C
Il circuito di condizionamento deve essere in grado di fornire in uscita, per il range di
temperature sopra indicato, una tensione VO variabile tra 0 V e 5 V.
L’azionamento dell’elemento riscaldante deve essere comandato da una tensione V com di
livello TTL compatibile.
Non è previsto il progetto dello stadio driver per il motore che aziona il carrello.
TSET = 37°C ; è necessario prevedere un’isteresi ∆T = 1°C centrata attorno a TSET.
Il valore di temperatura deve essere visualizzato da un sistema tipo Vu meter che
accenda in modo proporzionale una barra a 10 led.
Deve essere indicata, con un ulteriore diodo led rosso, l’attivazione dell’elemento
riscaldante.
Azionamento “gira uova”
Il sistema per l’azionamento del motore che comanda il carrello “gira uova” deve
prevedere:
 una generatore della base dei tempi con frequenza f0 = 1 Hz ;
 un sistema di temporizzazione che preveda l’azionamento del motore per un
tempo T0 = 3 s ogni 12.00 ore:
 il motore ogni 12 ore deve anche cambiare verso di rotazione;
 il motore viene azionato se la tensione differenziale VAB applicata ai due
terminali di ingresso del suo circuito driver assume valore pari a 5 V. Invertendo
la polarità della tensione VAB il motore cambia verso di marcia;
 non è previsto il progetto del driver di comando del motore;
 un sistema di visualizzazione a display delle ore;
 un sistema di indicatori a diodi led dove un led verde ed uno giallo indichino
l’attivazione del motore nei due versi .
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PROVA TEORICA del 5 maggio 2015
TENSIONI di ALIMENTAZIONE a disposizione : ± 15 V ; 5 V
IL CANDIDATO, dopo aver formulato le necessarie e opportune ipotesi aggiuntive, deve
realizzare:

Lo schema a blocchi del sistema, sia per la sezione del controllo di temperatura
che per la l’azionamento del “gira uova”, specificando per ogni blocco la sua
funzione, tutti i segnali significativi e i valori delle tensioni di alimentazione.

Il progetto dettagliato di ogni blocco, corredato dagli schemi elettrici e dai
dimensionamenti effettuati.
.
PROVA TEORICA HARDWARE
Numero candidato
Nr. fogli utilizzati
Ora di consegna della prova (5-Maggio-2015)
IMPORTANTE!!!
Compilare il foglio con la richiesta del materiale per la prova
pratica.
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PROVA TEORICA del 5 maggio 2015
TRACCIA 2: SOLUZIONE HARDWARE e SOFTWARE
Il microcontrollore da utilizzare per sviluppare la parte software è il MICROCHIP
PIC16F887, contenitore DIP 40 piedini.
E' vietato l'uso delle periferiche interne tranne i PORT I/O in funzionalità digitale, il
TIMER0 e il TIMER1.
Controllo di temperatura
L’uscita in tensione del sensore di temperatura deve essere simulata attraverso una
rete resistiva, alimentata a 15 V, nella quale, agendo su un potenziometro si possano
ottenere le tensioni relative alle temperature T min e Tmax.
Sensibilità del sensore pari a 10 mV/°C ;
Tmin = 30 °C , Tmax = 40 °C
Il circuito di condizionamento deve essere in grado di fornire in uscita, per il range di
temperature sopra indicato, una tensione VO variabile tra 0 V e 5 V.
La tensione VO viene convertita in digitale da un dispositivo (del quale non viene richiesto
il progetto e il dimensionamento) che fornisce un valore binario ad 8 bit.
La relazione che lega il valore numerico al segnale di tensione in ingresso al dispositivo è
la seguente:

0 ≤ VO < 5/512
allora N = 00000000

5/512 ≤ VO < 15/512
allora N = 00000001

15/512 ≤ VO < 25/512
allora N = 00000010

…......

2535/512 ≤ VO < 2545/512
allora N = 11111110

2545/512 ≤ VO
allora N = 11111111
Il microcontrollore dovrà quindi acquisire i valori in binario di cui sopra, legati a VO e quindi
alla temperatura ed effettuare l'azione di controllo dell'elemento riscaldante, la
temporizzazione e il comando dei visualizzatori previsti.
L’azionamento dell’elemento riscaldante deve essere comandato da una tensione V com di
livello TTL compatibile.
Non è previsto il progetto dello stadio driver per il motore che aziona il carrello.
TSET = 37°C ; è necessario prevedere un’isteresi ∆T = 1°C centrata attorno a T SET.
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Il valore di temperatura deve essere visualizzato da un sistema tipo Vu meter che
accenda in modo proporzionale una barra a 8 led .
Deve essere indicata con un ulteriore diodo led rosso l’attivazione dell’elemento
riscaldante.
Azionamento “gira uova”
Il controllo tramite microcontrollore deve azionare il motore che comanda il carrello
“girauova” e prevedere:
 la generazione della base dei tempi con frequenza f0 = 1 Hz ;
 un sistema di temporizzazione che preveda l’azionamento del motore per un
tempo T0 = 3 s ogni 12.00 ore:
 il motore ogni 12 ore deve anche cambiare verso di rotazione;
 il motore viene azionato se la tensione differenziale VAB applicata ai due
terminali di ingresso del suo circuito driver assume valore pari a 5 V. Invertendo
la polarità della tensione VAB il motore cambia verso di marcia;
 non è previsto il progetto del driver di comando del motore;
 un sistema di visualizzazione a display delle ore e dei minuti ;
 un sistema di indicatori a diodi led dove un led verde ed uno giallo indichino
l’attivazione del motore nei due versi.
N.B. Il comando del sistema di visualizzazione delle ore e dei minuti è auspicabile venga
progettato ricorrendo alla tecnica del multiplexing tramite un solo decoder al fine di limitare
il numero di pin I/O utilizzati.
TENSIONI di ALIMENTAZIONE a disposizione : ± 15 V ; 5 V
IL CANDIDATO, dopo aver formulato le necessarie e opportune ipotesi aggiuntive, dovrà
produrre:
 Lo schema a blocchi del sistema: la sezione di condizionamento ed acquisizione
della temperatura, la misura della temperatura (tramite VU-METER), l'orologio di
temporizzazione del “gira uova” (ore e minuti), l’azionamento del “gira uova,
specificando per ogni blocco la funzione, i segnali di ingresso, quelli di uscita, le
alimentazioni, etc.
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 Progetto dettagliato di ogni blocco, corredato dagli schemi elettrici e dai
dimensionamenti effettuati.
 Il diagramma di flusso dell’algoritmo risolutivo e/o ogni altra specifica modalità
descrittiva.
 Il testo del programma sorgente in linguaggio “C” adeguatamente commentato.
PROVA TEORICA HARDWARE E SOFTWARE
Numero candidato
Nr. fogli utilizzati
Ora di consegna della prova (5-Maggio-2015)
IMPORTANTE!!!
Compilare il foglio con la richiesta del materiale per la prova
pratica.
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GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA
PROVA TEORICA del 5 maggio 2015
Componente
Singolo Amplificatore Operazionale
Doppio Amplificatore Operazionale
Quadruplo Amplificatore
Operazionale
Contatore binario
Timer
Doppio Timer
Porte Trigger di Schmitt
Contatore BCD
Decodificatore BCD – 7 seg
Display
AND a 3 ingressi
NAND a 2 ingressi
NOR a 2 ingressi
Trimmer
Trimmer
Trimmer
Diodo rettificatore
Barra a led
BJT n-p-n
Diodo LED
Diodo LED
Diodo LED
R-pack
Quarzo
Resistenze varie ¼ W
Resistenze varie ¼ W
Resistenze varie ¼ W
Condensatori vari
Condensatori vari
Condensatori vari
Altro
Sigla
LM741
TL082
LM324
CD4040 12bit
NE 555
NE 556
CD4093 nand
CD4518 doppio
CD4511
catodo comune
4073
4011
4001
100 Ω 12 giri
1K Ω 25 giri
10 kΩ 25 giri
1n4148
BC 237
VERDE 5mm
ROSSO 5mm
GIALLO 5mm
220 Ω
8MHz
8
Quantità
TL081
TL 084
74LS193 4bit
74LS14 not
74HC192
74LS11
74LS00
74LS02
330 Ω