Pro e contro dell’energy harvesting

In un mio primo articolo sul sito All About Circuits introduco cosa è l’energy harvesting da vibrazioni. Oramai è un argomento scientificamente ben noto e approfondito, le basi della conoscenza sono solide. In oltre otto anni di ricerca presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Perugia anche io ho dato il mio contributo e per questo ho preparato un secondo articolo.

In questo si parla, sinteticamente di vantaggi e svantaggi di tali tecnologie. Ovviamente non è un documento che ha la pretesa di racchiudere tutto lo scibile sull’argomento, ma per molti può essere un buon punto di partenza per comprendere meglio, e quindi non cadere vittima di falsi miti, cosa si può e cosa non si può fare.

Trovate l’articolo facendo click qui, sempre sul sito di All About Circuis.

Buona lettura.

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Proteggersi dai fulmini

Una “normale” serata di pioggia dal mio QTH.

A volte può accadere che le nostre apparecchiature elettroniche possano subire danni durante un temporale. La fulminazione, per dirla sinteticamente, può essere diretta o indiretta: nel primo caso è complicato (ma non impossibile) evitare danni, l’energia di un fulmine è davvero tanta, nel secondo qualcosa si può fare perche l’energia in arrivo è sicuramente minore. Occupiamoci di questo caso, ovvero di quando un fulmine cade in prossimità della linea elettrica che alimenta le nostre apparecchiature o della linea telefonica che ci collega col resto del mondo.

Utilizzando degli appositi dispositivi (SPD – Surge Protection Devices) si può ridurre l’energia che si andrà a dissipare sui nostri circuiti elettronici producendo danni. Ciò che si verifica quando siamo colpiti da un fulmine è un eccesso di cariche sulla linea, ovvero un eccesso di corrente che si manifesta in un picco di tensione (ricordate che V=Z·I e Z è pressoché costante, dipende da tutte le apparecchiature collegate e dalla rete che le collega).

Quindi appare chiaro che proteggersi richieda la capacità di limitare la corrente in transito, di dissiparla in qualche modo. Questo si può fare in con diverse tecniche, per esempio con dei dispositivi a scarica in un gas (spinterometri – SPD a commutazione o innesco) e/o allo stato solido (varistori – SPD a limitazione di tensione). Fondamentalmente questi oggetti entrano in uno stato di bassa impedenza quando ai loro due terminali la differenza di potenziale supera una certa soglia (variabile a seconda del dispositivo). In sintesi tali componenti creano un corto circuito dissipando su di loro l’eccesso di energia. Lo schema applicativo di base è il seguente.

Dal documento ” Scaricatori di sovratensioni ” di ABB
Dal documento ” Scaricatori di sovratensioni ” di ABB

Come si collegano all’impianto elettrico?

In generale si collegano in parallelo come mostrato dallo schema seguente. Alcuni dispositi si possono invece inserire in serie, dipende da come realizzati.

Per le linee dati (ex. linea telefonica o reti Ethernet, RS485, ..) la modalità è pressoché analoga, cambiano ovviamente il dispositivo da impiegare ed il numero delle linee da proteggere.

Dal documento ” Scaricatori di sovratensione ” di Finder.

Come si può vedere dallo schema elettrico qui sopra (relativo ad una rete RS485), sostanzialmente sono presenti 3 varistori: uno tra la linea A1 e B1, uno tra la A1 ed il terminale di terra (PE), uno tra la linea B1 ed il terminale di terra (PE). In aggiunta è presente uno scaricatore a gas tra le linee A1 e B1.

Analogamente in applicazioni monofase il circuito è praticamente lo stesso e i terminali prendono nome L (A1) e N (B1) e PE.

Appare scontato il motivo per cui sia necessario impiegare 3 varistori: possiamo avere una sovratensione tra le linee A1 e B1, tra le A1 e PE e tra B1 e PE.

Quale scegliere?

In commercio sono presenti tanti dispositivi realizzati per rispondere ad esigenze diverse a seconda delle necessità. Dare un consiglio su quale scegliere diventa quindi difficile. Nella scelta dell’SPD è importante tenere in considerazione la tenuta all’impulso delle apparecchiature da proteggere. Tale livello viene stabilito dalla norma IEC 60664-1 che, per un impianto 230/400 V, prescrive:

  • cat. 1 – 1.5 kV per apparecchi “particolarmente sensibili” (ad esempio apparecchiature elettroniche come PC o TV);
  • cat. 2 – 2.5 kV per apparecchi “utilizzatori” dalla tenuta ad impulso “normale” (ad esempio, apparecchi elettrodomestici);
  • cat. 3 – 4 kV per apparecchi facenti parte dell’impianto fisso (ad esempio, quadri di distribuzione, interruttori);
Da https://www.zotup.com/it/classificazione-degli-spd.html

L’immagine qui sopra mostra il livello di proteziona offerto dai diversi dispositivi: come si può notare un cat. 1 deve rispondere a dei requisiti di assorbimento di energia ben più elevati degli altri.

La scelta quindi va fatta in base al rischio che si corre e alla possibile applicazione da proteggere. Uno schema riassuntivo che può semplificare la scelta è mostrato nella seguente immagine.

Da https://www.zotup.com/it/selezione-e-ubicazione.html

Considerazioni finali

Ovviamente quanto qui sopra riportato non è assolutamente una guida alla scelta ed all’installazione degli SPD ma solo una piccola introduzione alla problematica della protezione da sovratensione.

Ogni radioamatore, ad esempio, dovrebbe prevedere simili protezione per l’impianto di alimentazione delle sue radio. Adeguate protezioni dovrebbero essere installate anche lungo le linee di antenna, ma in questo caso i dispositivi da utilizzare sono “leggermente” diversi.

Proteggersi ovviamente ha un costo, anche non trascurabile, ma tutto è poi da comparare ai possibili danni a cui si può essere soggetti (prevenire in genere è meglio che curare). Se volete farvi un’idea di un possibile SPD di categoria 2 da utilizzare fate click qui. Ovviamente un categoria 1 costerà qualcosa in più.

Per un’ulteriore protezione si potrebbero usare anche delle prese multiple filtrate tipo quella che vedete qui: proteggono sia dal lato alimentazione che quello comunicazione (sono da utilizzarsi come protezione aggiuntiva).

Per ora è tutto.

Buona protezione da IZ0ABD Francesco.

Cosa è l’Energy Harvesting?

Da un po’ di tempo collaboro con All About Circuits ed ho avuto modo di scrivere per loro qualche articolo.

Adesso ve ne voglio segnalare uno introduttivo all’Energy Harvesting, ovvero una serie di tecniche e tecnologie che permettono di recuperare energia dall’ambiente. In particolare si vuole generalmente convertire l’energia che altrimenti andrebbe “sprecata” in energia elettrica utilizzabile per alimentare apparecchiature elettroniche.

La fonte di energia può essere una qualunque tra la luce, la radiofrequenza, un gradiente termico e le vibrazioni.
L’articolo che vi segnalo ora parla proprio di questa ultima fonte: lo trovate facendo click qui.

Buona lettura (in inglese ovviamente).

Firmware (Arduino®) per beacon ARDF

In un precedente articolo vi ho raccontato come ho realizzato un semplice beacon per ARDF a 433.92 MHz basato su di un microcontrollore Microchip PIC12F509 e programmato in linguaggio Assembly. Qui di seguito invece vi riporto il codice per attivare un semplice beacon per ARDF utilizzando Arduino® : viene inviata la lettera “S” in codice Morse con una frequenza di una volta al secondo e la durata di un punto è pari a 100 ms.

Lo schema da utilizzare è il seguente. Al posto del LED collegherete l’ingresso di abilitazione del trasmettitore (vedete schema nell’articolo menzionato).

Qui di seguito riporto il codice. Viene utilizzato un timer di periodo 100 ms

include “Timer.h”
define LED 13
void timerISR();
int counter = 0;
int event = 0;
Timer t;


void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT); // LED on PIN 13
int timerEvent = t.every(100, timerISR, (void*)0); // ISR every 100 ms
}


void loop() {
t.update();
if (event == 1) // timer interrupt event
{
startTime = millis();
switch (counter){
case 0:
digitalWrite(LED, HIGH);
break;
case 1:
digitalWrite(LED, LOW);
break;
case 2:
digitalWrite(LED, HIGH);
break;
case 3:
digitalWrite(LED, LOW);
break;
case 4:
digitalWrite(LED, HIGH);
break;
case 5:
case 6:
case 7:
case 8:
case 9:
digitalWrite(LED, LOW);
break;
default:
break;
}
event = 0;
}
}


void timerISR() {
if (++counter >= 10)
{
counter = 0;
}
event = 1;
}

Per utilizzare la libreria del Timer dovrete installarla: trovate tutte le informazioni che vi servono qui.

Per dubbi o chiarimenti scrivetemi.

73 de IZ0ABD Francesco

Beacon ARDF a 433.92 MHz

Vi voglio qui raccontare come ho realizzato un beacon per ARDF a 433.92 MHz. Il progetto è nato dall’esigenza di avere un piccolo trasmetttitore per le attività di caccia alla radiovolpe del gruppo ARDF di Perugia (ci trovate in Facebook facendo click qui). L’obbiettivo del progetto era di avere qualcosa di semplice da realizzare, poco costoso e affidabile. In genere questi tre requisiti non vanno esattamente d’accordo tra di loro, ma credo di essere riuscito a trovare un buon compromesso.

Innanzi tutto perché questa frequenza? Perché in rete si trovano tanti trasmettitori per questa frequenza ISM ed il loro costo è ridicolo.

Nell’immagina qui sopra trovate una coppia ricevitore trasmettitore a 433.92 MHz. Notate, oltre alle dimensioni, il ridotto numero di componenti impiegati. Per ora ci focalizziamo sul TX, il dispositivo sulla destra, quello più piccolo. Il suo schema elettrico è veramente semplice, lo potete cercare e trovare in rete con facilità. Fondamentalmente si tratta di un oscillatore con risonatore SAW. La sua stabilità non è delle migliori così come la sua precisione in frequenza, ma questo non può che fare bene in una gara ARDF perché aggiunge un po’ di imprevedibilità e difficoltà nell’inseguire il segnale. Ho scelto questo TX per la sua semplicità anche di funzionamento: è sufficiente alimentarlo a 5V e poi pilotare alto o basso il pin DATA per fare inviare o meno il segnale RF: si ottiene così una modulazione ON-OFF di tipo telegrafico. Passiamo quindi a vedere cosa occorre analizzando lo schema qui di seguito riportato.

Oltre al trasmettitore citato fin qui, il circuito è composto da un regolatore di tensione (un 78L05 è più che sufficiente) poiché è necessario ridurla da 9V a 5V (il tutto si alimenta con una comune batteria ricaricabile da 8.4 V, o 9 V non ricaricabile). C’è poi un microcontrollore PIC12F509 di Microchip. Si tratta di un dispositivo veramente piccolo in package da 8 pin. La sua funzione è quella di gererare un’onda quadra con frequenza di 1 Hz: sarà questa ad abilitare l’invio del segnale RF.

Il codice da scaricare direttamente nella memoria FLASH del micro non è possibile caricarlo in questa pagina, perciò chi lo volesse mi può inviare una richiesta e sarà accontentato. In alternativa chi usa Arduino potrà crearne un clone in maniera veramente semplice anche se in questo caso l’ingombro di tutta l’elettronica aumenterà (e non di poco). Qui di seguito infatti vi mostro quanto è grande tutto il beacon.

L’antenna da abbinare all’oscillatore può essere fatta con un pezzetto di filo elettrico lungo circa 17 cm (lo vedete chiaramente nelle foto).

Vediamo ora come va con un esempio pratico. Per ricevere il segnale ho utilizzado un ricevitore SDR (con il suo softwre SDRuno) così da farvi vedere lo spettro del segnale e ascoltare l’audio direttamente in un breve video.

In Amazon è possibile acquistare questi ricevitori e trasmettitori – generalmente sono venduti accoppiati – per pochi euro. Li trovate facendo click qui o sull’immagine.

Se preferite comprare delle antenne già fatte anziché utilizzare uno spezzone di filo elettrico come vi ho suggerito, o se volete una cosa più compatta, potete acquistare anche queste facendo click qui o sull’immagine che segue.

Per alimentare il beacon per diverse ore è sufficiente una batteria ricaricabile da 9 V del tipo mostrato qui di seguito (fare click qui o sull’immagine per acquistare).

Il segnale di questo beacon è udibile fino a distanze di circa 1 km, ma ovviamente questo dipende dalla sensibilità del vostro ricevitore e dall’antenna usata.

Se vi serve il microcontrollore programmato potete acquistarlo dal sito della mia società di ingegneria TSP S.r.l. a questo indirizzo: https://www.tspelettronica.com/2019/06/21/microcontrollore-per-beacon-ardf/.

Se avete altre domande scrivetemi.

73 de IZ0ABD Francesco

Un altro passo verso QO-100

In un altro articolo vi avevo raccontato come ho iniziato a ricevere il satellite radioamatoriale geostazionario QO-100 mentre in un secondo articolo vi mostravo il nuovo illuminatore a PLL che ho successivamente installato. Oggi invece vi mostro come mi sto attrezzando per la tratta terra-satellite, il cosiddetto uplink, a 2.4 GHz.

Parliamo dell’antenna per la trasmissione, solo di questa per ora. Come per il downlink, ho deciso di attrezzarmi con un altro disco da 80 cm. Quelli per TV vanno più che bene e costano poco. Potete scegliere quello che preferite, io ho preso un Fracarro in confezione senza LNB: se vi interessa lo trovate facendo click qui. A questo andrà poi aggiungo un apposito illuminatore, ma ne parleremo più in là.

Perché un paraboloide e non, ad esempio, una direttiva Yagi? La domanda può essere frequente, perché a queste frequenze si fa presto ad avere un guadagno di tutto rispetto. Perciò vediamo quanto può guadagnare un disco da 80 cm a 2.4 GHz.

Partendo dai dati dichiarati da FR, mi sono ricavato l’efficienza che questo riflettore può esibire: 0.72 o 72%. E’ chiaro che cambiando frequenza questo valore possa variare, ma prendiamolo come riferimento per andare a calcolare il guadagnao a 2.4 GHz utilizzando la formula seguente.

Svolgendo poi semplici calcoli si ottiene che a 2.4 GHz il guadagno massimo che ci possiamo aspettare è di circa 24.6 dB. Bene, quanti elementi dovrebbe avere una Yagi per raggiungere tale valore? La risposta alla domanda precedente quindi appare scontata.

Per poter lavorare agevolmente (ad esempio montare un illuminatore per la banda 2.4 GHz) ho acquistato anche un trepiede apposito. Fa egregiamente il suo lavoro, lo potete vedere nelle foto a seguire e acquistare facendo click qui.

Si regola in altezza (3 posizioni) così che potete tenere l’antenna ad una distanza da terra variabile a seconda delle condizioni ambientali o delle proprie preferenze: più starà bassa più sarà stabile.

A corredo vengono forniti anche dei picchetti così da poter vincolare al suolo le tre gambe del sostegno.

Riassumendo trovate tutto il materiale in Amazon e qui sotto vi riporto i link ai due prodotti.

73 de IZ0ABD Francesco

LNB per ricezione QO-100

Questo sarà un brevissimo articolo per segnalare un piccolo aggiornamento dopo il mio articolo precedente su come avviarsi a ricevere questo satellite. Il mio amico Alessio IU0LFQ mi segnala che ha effettuato una prova comparativa con un altro LNB in vendita su Amazon il cui costo è più o meno comparabile a quello che presentato nell’altro articolo di cui sopra. Lo vedete qui sotto.

Questo invece è quello che vi avevo segnalato nell’altro articolo.

Costruttivamente sono pressoché identici ed anche nel funzionamento non si discostano molto l’uno dall’altro. Da prove effettuate sono praticamente equivalenti. Forse questo bianco potrebbe essere un po’ più stabile nel passaggio dal giorno alla notte, dall’illuminazione all’ombra, ma quello nero sicuramente raggiunge prima la temperatura di esercizio dopo l’avvio, quando illuminato.

Ciò che si nota in entrambi, infatti, è che come ci si aspetta nonostante il PLL la sensibilità alla temperatura li fa “driftare” di qualche kHz. In ogni caso questa deriva non è rapidissima ed è facilmente compensabile in fase di ricezione.

Best 73 de IZ0ABD