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tesina domotica

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by

Stefano Fratoni

on 18 June 2014

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Transcript of tesina domotica

ELETTRONICA:
SISTEMI
INFORMATICA
-Logica di funzionamento
TRASDUTTORI
TEMPERATURA
Luminosità
Nel mio progetto ho utilizzato come sensore di luminosità una mini cella solare
BPW34
Per poter leggere la temperatura ho utilizzato il sensore LM35
ELETTRONICA
SISTEMI
INFORMATICA
RESISTENZE
SENSORI
LED
ARDUINO
COS'È UN TRASDUTTORE ?
Un trasduttore è un componente elettronico in grado di trasformare un segnale fisico(per esempio la voce, la temperatura, l'umidità, ecc... )in tensione.
Resistenze e cadute di tensione
La resistenza elettrica è una grandezza fisica scalare che misura la tendenza di un corpo ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica, quando sottoposto ad una tensione elettrica. Questa opposizione dipende dal materiale con cui è realizzato, dalle sue dimensioni e dalla sua temperatura. Uno degli effetti del passaggio di corrente in un conduttore è il suo riscaldamento. Tutto questo provoca una caduta di tensione che permette quindi di ottenere la corrente desiderata nei vari rami del circuito.
DIODI LED
ARDUINO ETHERNET
In elettronica un LED (acronimo inglese di "Light Emitting Diode") è un dispositivo optoelettronico che sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori per produrre fotoni, questo è reso possibile grazie alla giunzione p-n presente all'interno del diodo.
La giunzione p-n è "divisa" in due, da una parte vi sono gli elettroni e dall'altra le lacune.
Quando il LED viene sottoposto a corrente gli elettroni e le lacune si ricombinano liberando così i fotoni.

Tipologia LED tensione di giunzione Vf (volt)
Colore infrarosso 1,3
Colore rosso 1,8
Colore giallo 1,9
Colore verde 2,0
Colore arancio 2,0
Flash blu/bianco 3,0
Colore Blu 3,5 V
Colore Ultravioletto 4 ÷ 4,5 V

CLIENT/SERVER
Protocolli
SERVER
Il ruolo di Server nel mio progetto sarà assegnato all'arduino, ma per comprendere meglio come opera un Server e quali sono le sue caratteristiche principali, andiamo a conoscerlo.
Il Server è un computer che mette a disposizione alcuni
servizi per i client.
Esso è in grado di poter soddisfare le richieste di
molti utenti simultaneamente; questo è reso possibile
grazie alle eccellenti caratteristiche da cui è composto.
Il principale rischio di questa tecnologia nel caso
avvenisse un malfunzionamento all'interno del server, è che tutti gli utenti a lui collegati si ritroverebbero sprovvisti di tutti quei servizi messi a disposizione da parte di quest'ultimo.
Per ovviare a questo problema in molte reti aziendali
ci sono più server che offrono gli stessi servizi.
CLIENT
Il client sarà invece interpretato dal computer nel quale sarà presente un'applicazione realizzata appositamente per poter colloquiare ed eseguire determinate azioni.
Andiamo ora a vedere come opera un client.
Il client è un computer tramite il quale è possibile richiedere un determinato servizio al server.
La richiesta può essere effettuata sia tramite un browser, per esempio per accedere a un database interno alla sottorete, oppure tramite un apposito software mediante il quale è possibile effettuare specifiche azioni scelte dal server.
Vantaggi
Svantaggi
Accentramento delle operazioni (l'elaborazione dati avviene nel server)
I software sono installati solo nel server
Il server è anche in grado di scegliere a chi far fare determinate operazioni su specifici file( grazie al ruolo di amministratore)
Se il server non funziona tutti i client sono privi dei servizi (a meno che non ci sia un altro server funzionante)
È richiesta conoscenza maggiore da parte dell'amministratore
TCP
Cos'è un protocollo ?
Nelle telecomunicazioni, per protocollo di rete (o anche protocollo di comunicazione) si intende la definizione delle modalità di interazione che, due o più apparecchiature elettroniche collegate tra loro, devono rispettare per poter riuscire a comunicare correttamente e svolgere un determintato servizio di rete. In termini equivalenti si tratta dunque della descrizione a livello logico del processo di comunicazione (meccanismi, regole o schema di comunicazione) tra terminali e apparati, preposto al funzionamento efficace della comunicazione in rete.
In particolare un protocollo prevede la definizione dei linguaggi costituiti dai messaggi scambiati, messaggi che devono potersi interpretare correttamente. L'aderenza ai protocolli garantisce che due software in esecuzione su diverse macchine possano comunicare efficacemente, anche se sono stati realizzati indipendentemente, ovvero interoperabilità. È evidente l'importanza della standardizzazione dei protocolli di rete. L'implementazione informatica dei protocolli di rete definisce, all'interno dell'architettura di rete, il cosiddetto software di rete, presente usualmente all'interno del sistema operativo ed elaborato dalla scheda di rete.
In sostanza un protocollo di comunicazione si può definire come un insieme di regole che vengono stabilite per instaurare una comunicazione corretta: ad esempio un italiano e un cinese per comunicare potrebbero mettersi d'accordo nell'utilizzo della lingua inglese.
Il protocollo TCP (Transmission Control Protocol) è un protocollo che permette la comunicazione tra due terminali o host (computer, smartphone, ecc...).
Questo protocollo lavora in modalità connessa, ovvero crea un canale tra le due applicazioni degli host così da permettere la loro comunicazione.
Il TCP è un protocollo affidabile in quanto esegue dei controlli (nel PC remoto) sui pacchetti inviati, così da poter garantire l'ordine dei pacchetti e la loro correttezza.
Inoltre nel caso un pacchetto non arrivi a destinazione o arrivi alterato è prevista la ritrasmissione.
Lo svantaggio di questo protocollo è la sua lentezza (a confronto con l'UDP) proprio a causa di questi numerosi controlli.
È chiaro quindi che il terminale che richiederà la connessione all'altro terminale (host remoto) dovrà essere a conoscenza di alcune informazioni.
Cos'è L'IP ?
Cos'è la porta ?
Internet Protocol (IP) è un protocollo che assegna alla scheda di rete di un host un indirizzo univoco all'interno della stessa sottorete. Quindi se un terminale ha più schede di rete questo avrà più indirizzi IP.
Un indirizzo IP ha il compito di identificare un dispositivo sulla rete e di conseguenza fornirne il percorso per la sua raggiungibilità da un altro terminale.
La porta ha lo scopo di identificare un'applicazione o meglio un processo, permettendo così al TCP di individuare a quale processo inviare i dati che provengono dalla rete e viceversa.
Proviamo un attimo a pensare ad un condominio, se il postino deve recapitare della posta ad una persona (= Applicazione) deve sapere l'indirizzo(=IP) e il portone (=porta) dove racapitare la posta.
Un computer ha 2^16=65536 porte e le prime 1023 sono occupate da altri servizi e sono dette "porte note".
Arduino è un hardware open source in quanto le informazioni sui progetti realizzati sono disponibili a chiunque. Questo si basa su un circuito stampato che integra un microcontrollore con pin connessi alle porte I/O, un regolatore di tensione e quando necessario un'interfaccia USB; nel caso dell'arduino in mio possesso, ovvero arduino ethernet, l'USB è sostituita da un'interfaccia seriale che permette la comunicazione con il computer, inoltre l'arduino ethernet è provvisto anche di una interfaccia ethernet. A questo hardware viene affiancato un ambiente di sviluppo multipiattaforma quindi compatibile con qualsiasi sistema operativo. Questo software permette anche ai novizi di scrivere programmi con un linguaggio semplice e intuitivo derivato da C e C++ chiamato Wiring, liberamente scaricabile e modificabile.
Perchè ho scelto l'arduino ethernet ?
Il mio progetto ha l'obbiettivo di poter rilevare dei segnali fisici tramite arduino, quali temperature e luminosità, all'interno delle mura domestiche, e permettere ad un'applicazione su un PC di poter controllare questi parametri. Per fare questo avevo bisogno di un componente elettronico che fosse in grado di convertire dei segnali elettrici in digitali, riuscire quindi poi ad effettuare operazioni su di essi ed infine potersi connettere alla rete domestica per interagire con l'applicazione sul PC.
-Acquisizione dati
-Elaborazione dati
-Invio dei dati all'applicazione
-Interpretazione del messaggio dell'applicazione
-Lettura messaggio dall'arduino
-Scelta operazione dell'utente
-Invio della scelta
Arduino
Applicazione
Come avviene l'acquisizione dati
L'acquisizione dati avviene grazie a dei pin presenti nell'arduino che fungono da ADC, ovvero convertono il segnale analogico in segnale digitale.
Il segnale analogico che legge l'arduino è dato da un sensore di temperatura (LM35) e da una mini cella solare.
Elaborazione dei dati
L'arduino elabora i dati acquisiti e in base all'impostazione "funzionamento automatico", sarà lui stesso a scegliere l'operazione da fare, senza quindi l'interazione del client.
In modalità manuale l'arduino comunicherà all'applicazione, nel caso della luminosità, se nella stanza dove è presente il sensore c'è insufficiente, sufficiente o eccessiva luce.
Invio dati all'applicazione
I dati saranno inviati all'applicazione tramite una connessione TCP.
Questi saranno semplicemente i parametri fisici (luminosità o temperatura) e ciò che l'arduino sta attualmente eseguendo, per esempio nel caso della luminosità se c'è insufficienza di luce, l'utente deve sapere se l'arduino ha acceso o meno il led (che rappresenta la normale lampadina domestica).
Lettura del messaggio dall'arduino
Per la lettura del messaggio dall'arduino ho creato un "thread", perchè essendo l'applicazione in visuale opera basandosi sugli eventi, quindi ogni 2 secondi esegue tale processo secondario che controlla se sono arrivati dei messaggi dalla rete, così da non sovraccaricare troppo la CPU.
Scelta operazione da parte dell'utente
Invio dati all'arduino
L'utente sarà in grado di scegliere se far eseguire le operazioni in automatico all'arduino o altrimenti eseguirle lui stesso.
In modalità manuale l'utente potrà decidere se porre la sua attenzione sulla temperatura o sulla luce. Nel caso della temperatura potrà accendere i riscaldamenti ( simulati da un led) o l'aria condizionata ( simulata da una ventola).
Tutte queste azioni saranno effettuate tramite dei "campi flag".
Non appena verrà selezionato un "flag" l'applicazione in automatico aprirà una "message box" dove sarà richiesto se si è sicuri della scelta operata, se la scelta viene confermata l'applicazione invierà all'arduino i dati relativi alla scelta, se invece la scelta non viene confermata è possibile effettuare una nuova operazione.
Interpretazione della risposta
L'arduino sarà in grado di operare delle scelte in base alla risposta ricevuta grazie ad una serie di "if", con i quali sarà in grado di comprendere se innanzitutto si sta operando sulla temperatura o sulla luminosità e successivamente eseguire l'operazione richiesta dall'utente.
Computer
Arduino
Il suo funzionamento è identico a quello dei pannelli solari, infatti questa mini cella a seconda dell'energia solare da cui viene colpita, genera corrente; più l'energia solare è forte più la corrente generata è alta.
Funzionamento BPW34
Come funziona
L'LM35 è un sensore di temperatura, quindi al variare della temperatura è in grado di generare un'uscita di 10mV/°C ,ovvero a 20°C avremo un'uscita di 0.20V.
Questo sensore è in grado di misurare temperature da -50°C a +150°C.
ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE "VOLTERRA-ELIA"

CLASSE 5°A
INDIRIZZO: INFORMATICA

PROGETTO:DOMOTICA

STUDENTE: FRATONI STEFANO

ANNO SCOLASTICO 2012/2013

Obbiettivo del progetto
L'obbiettivo della mia tesina è quello di riuscire a controllare dei parametri fisici all'interno di una casa (simulata con un modellino) e poter quindi interagirvi tramite un computer.
Per esempio poter controllare la temperatura di una stanza o la luminosità che vi è all'interno.
Tiro in ballo questi due parametri fisici in quanto sarà su questo che si baserà il progetto.
L'obbiettivo è quindi quello di riuscire a realizzare una sorta di
"casa domotica"
.
Cos'è una casa domotica? La casa domotica permette a chi vi abita di potersi interfacciare con qualsiasi cosa che sia elettrico al suo interno: antifurto, lavatrice ecc...
Sitografia
www.arduino.cc
http://www.grid.unina.it/Didattica/RetiDiCalcolatori/inf/slides/LivelloTrasporto-1.pdf
http://atreides.altervista.org/doc/11_clientserver.html
http://linuxmx.it/elettronica/arduino/427-arduino-web-server.html
http://www.giannifavilli.it/blog/arduino-controllo-remoto-http/
http://tesi.cab.unipd.it/25090/1/Sviluppo_di_un'interfaccia_client-server_per_un'applicazione_di_analisi_di_immagini_retiniche.pdf
http://www.meteoarduino.altervista.org/la%20casa%20intelligente.pdf
http://home.deib.polimi.it/svelto/didattica/materiale_didattico/materiale%20didattico_MA/Sensori%20di%20Temperatura.pdf
http://simone.di-marco.eu/arduino-e-lm35/
www.wikipedia.org
FINE
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