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La definizione di sistema si ritrova comunemente associata a realtà molto complesse sia nell'ambito delle scienze che delle attività umane.

Così sentiamo parlare di sistema solare, di sistema politico o economico, di sistema sociale ed altro ancora.
Comunque non sempre la parola sistema ha nell'uso comune quel significato che le è conferito nella teoria dei sistemi e che assume nello studio che viene intrapreso nella materia di SISTEMI ELETTRONICI.

Qualsiasi indagine sulla realtà prevede come primo passo una rappresentazione dell'oggetto della nostra indagine, che è forzatamente approssimata, se non altro perchè finalizzata ad una particolare analisi; successivamente, a seconda dell'accuratezza dei risultati che si vogliono ottenere, la rappresentazione può essere raffinata fino a giungere ad un modello considerato soddisfacente.

DEFINIZIONE 1:

Un modello è una rappresentazione della realtà, forzatamente approssimata ma adatta ad indagarne alcuni aspetti, che di essa coglie alcune caratteristiche e ne trascura altre.

DEFINIZIONE 2:

Un modello è in definitiva un'astrazione mentale che l'uomo con le sue facoltà di ragionamento riesce a costruire a somiglianza della realtà.

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CONCETTO DI MODELLO NELLA TEORIA DEI SISTEMI:

Naturalmente il concetto di modello è nella teoria dei sistemi molto più ricco di significati, come fin qui potrebbe sembrare.
Poiché un primo passo di qualsiasi indagine su un sistema è l'adozione di un modello, daremo subito una rappresentazione molto semplice dei sistemi descritti, che ha lo scopo di mettere in luce gli elementi che costituiscono il sistema e le relazioni che esistono fra le parti.

In questa rappresentazione le parti costituenti vengono schematizzate con un blocco ovvero come scatole chiuse di cui si individuano in un primo momento solo le sollecitazioni (ingressi I) e le risposte (uscite U).
Questi modelli sono detti modelli a blocchi.




 

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SISTEMI DI CONTROLLO COMPUTERIZZATI.

Sistemi di controllo automatici un po' più complessi possono far svolgere tutto il loro compito ad un computer.
In questo caso deve esserci un convertitore analogico digitale (ADC) che converta il segnale analogico proveniente dall'esterno in un segnale digitale comprensibile per il computer.
Il sistema di controllo, in uscita, deve ritrasformare il segnale digitale elaborato dal computer di nuovo in analogico.
Per far ciò la parte finale del sistema di controllo deve essere un ADC (Analogic-Digital Converter).

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I sistemi elettronici si dicono in logica cablata se la loro progettazione è finalizzata alla realizzazione del problema proposto.

SISTEMA IN LOGICA CABLATA

Ad esempio un contatore modulo 100 realizzato con due integrati 7490 in cascata rappresenta un esempio di circuito in logica cablata.

Se le specifiche del problema cambiano (ad esempio si vuole un contatore modulo 37) si deve riprogettare l'intero sistema, prevedere l'impiego di altri integrati, rifare il circuito stampato ecc.

SISTEMA IN LOGICA PROGRAMMATA

Un sistema in logica programmata utilizza come elemento fondamentale il microprocessore e le specifiche del problema vengono soddisfatte dal programma (insieme di istruzioni) sviluppato appositamente da un tecnico programmatore.

La variazione delle specifiche di un problema non comporta la riprogettazione di circuiti elettronici (hardware) ma solamente una modifica del programma (software).

I sistemi in logica programmata sono, dunque, più flessibili, ma richiedono due figure specializzzate: il progettista dei circuiti elettronici (tecnico hardware) e il programmatore (tecnico software).
Uno svantaggio dei sistemi in logica programmata è la lentezza di funzionamento rispetto a quelli in logica cablata. Infatti l'esecuzione di una istruzione di programma richiede un numero elevato di passi elementari:

1) trasferimento dell'istruzione dalla memoria centrale al microprocessore;

2) decodifica dell'istruzione;

3) eventuale caricamento dell'operando dalla memoria al microprocessore;

4) esecuzione dell'istruzione;

5) eventuale trasferimento del risultato dal microprocessore in memoria centrale o su un dispositivo di uscita.


Questi passi sono eseguiti da quattro o più di dieci periodi di clock.

Per sistemi di piccola complessità è da preferirsi la logica cablata senz'altro più veloce e specializzata; per quelli di complessità medio-alta si preferisce la logica programmata anche perché consente la messa a punto ottimale del sistema attraverso raffinamenti successivi del software.

I microprocessori sono impiegati nei controlli di processo, nelle telecamere, videoregistratori, stampanti, fotocopiatrici, ecc.

SISTEMI DI CONTROLLO

Un sistema di controllo è un apparato che consente di variare o di mantenere costante la grandezza o le grandezze d'uscita in relazione ad una evoluzione temporale predeterminata dalle necessità sperimentali.
Se la variazione della grandezza di uscita avviene senza alcun intervento dell'uomo il sistema di controllo viene detto automatico.

Esempi di sistemi automatici sono: il distributore delle merendine, la lavatrice, un impianto di riscaldamento centralizzato, ecc.

Per eliminare le problematiche che presentano i sistemi in catena aperta, in cui non c'è alcun feed-back, cioè alcuna variabile di retroazione, si utilizzano sistemi di regolazione automatica detti anche in catena chiusa, in cui c'è sempre un blocco di retroazione che osserva il segnale d'uscita (BLOCCO OSSERVATORE) e porti il segnale di nuovo all'ingresso (BLOCCO CONTROLLORE) per introdurre le eventuali modifiche.

Una cosa da notare è che spesso, in quasi tutti i sistemi automatici, ci sono dei DISTURBI esterni al sistema e che devono essere ben valutati affinchè il sistema stesso funzioni come noi vogliamo.
Il CONTROLLORE deve quindi operare in modo tale da "autocorreggere" il sistema fino a quando la grandezza controllata non raggiunge il valore prefissato.

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Sistema Robotico

La robotica è una parte dell'elettronica molto affascinante in quanto permette agli utenti appassionati di montaggio dei circuiti elettronici e con una buona conoscenza di un linguaggio a basso livello o ad alto livello, di creare dei robotini seguendo solo la propria fantasia, sia nel montaggio che nella programmazione. 

PROGRAMMARE IN C 

Chi è appassionato di elettronica e conosce il linguaggio C non può che essere entusiasta delle grandi possibilità che ha a disposizione soprattutto per le sue applicazioni nel campo della robotica. 

I kit LEGO MINDSTORMS sono dei fantastici lego con i quali si possono costruire dei bellissimi robot con la forma più semplice o più strana che si vuole costruire a secondo dei gusti personali. 

In internet se si cerca il sito della LEGO cioè www.lego.com si possono vedere praticamente in azione i fantastici robot dalle sembianze quasi umane oppure dei robot con sembianze di animali molto affascinanti che si muovono avanti e indietro, che ruotano, e se vedono un ostacolo o lo toccano tornano indietro, eccetera. 

Sembra essere in un mondo di extraterrestri ed invece è già un mondo reale. 
Questa linea, apparentemente semplice e originale, combina insieme componenti elettronici programmabili, con motori elettrici e sensori, mattoncini lego di tipo tradizionale e organi meccanici di trasmissione.

Robot della LEGO

I kit LEGO MINDSTORMS sono dei fantastici lego con i quali si possono costruire dei bellissimi robot con la forma più semplice o più strana che si vuole costruire a secondo dei gusti personali. 
Per poterli programmare è disponibile liberamente in rete il linguaggio di programmazione NQC. 

Il linguaggio NQC è progettato specificamente per i robot LEGO e consente di governare i kit robotici, utilizzando il famosissimo linguaggio C. 

Per poterli programmare è disponibile liberamente in rete il linguaggio di programmazione NQC. 

Il linguaggio NQC è progettato specificamente per i robot LEGO e consente di governare i kit robotici, utilizzando il famosissimo linguaggio C.

Sistema di controllo del Robotino

Naturalmente è anche importante studiare il suo sistema di controllo. 

Da un punto di vista generale un sistema robotico può essere schematizzato come nella figura seguente. 

Il sistema di controllo fornisce i comandi al sistema di attuazione, che atraverso la struttura meccanica, realizza i movimenti del robot. 


Il sistema di controllo non è altro che un sistema retroazionato che fornisce il comando agli attuatori, adeguandoli agli effetti ottenuti che sono rivelati dai sensori in esso inseriti. 
E' quindi il classico sistem retroazionato che appare in tutti i sistemi di controllo di tipo automatico. 
Naturalmente i comandi devono essere registrati su un microcontrollore. 

Un kit molto diffuso basato su un mattoncino RCX di prima generazione che ha un microcontrollore Hitachi ad 8 bit con 28 kb di memoria. 
Questa memori a prima vista può sembrare pochina, ma ricordiamoci che i file di comando di questi robotini sono di pochi bit e quindi sono sufficenti.

Nella figura seguente possiamo vedere una delle tante configurazoni del sistema costruito con il mattoncino NXT che sembra avere delle sembianze quasi umane, in quanto il sensore ad ultrasuoni montato in alto, sembra che dia al robotino il volto di un uomo con due grandi occhi.

Il modello NXT promosso dalla LEGO Educational. 

La LEGO educational fornisce una guida per insegnare agli utenti come programmare l'NXT dopo pochi minuti dalla costruzione del modello, utilizzando l'apposito software installato su un PC/Mac o avvalendosi dell'utility di programmazione integrata, contenuta dal menù principale dell'NXT. 

I tool di programmazione integrati sono molto efficaci per l'illustrazione dei sensori presenti nel set base LEGO MINDSTROM Educational. 

L'NXT è in grado di produrre suoni, se si vuole utilizzarlo come antifurto, o come suono della polizia o di un passaggio a livello, oppure si può escludere l'audio se si vuole fargli svolgere altre funzioni. 

Il modello più semplice può essere montato in pochi minuti, per costruire quello più complesso occorre un pò più di tempo.