Un sistema di acquisizione dati permette di acquisire una generica grandezza fisica ( temperatura, umidità, pressione, ecc.) attraverso un circuito ( un sensore o un trasduttore) che trasforma la grandezza fisica in un segnale generalmente di tipo elettrico.

Questo segnale viene manipolato attraverso degli amplificatori o filtri per poi essere acquisito attraverso un ADC ( Analogic-Digital-Converter) cioè un convertitore analogico-digitale.

Il segnale convertito viene inviato ad un computer se l'acquisizione è computerizzata, oppure può essere già visualizzata attraverso un sistema di visualizzazione a diodi led o display.

La distribuzione dei dati invece esegue il processo inverso dell'acquisizione dati.
In questo caso il segnale è già stato acquisito e quindi esso deve servire all'utente per trasformarlo e inviarlo attraverso un DAC ( Digital-Analogic-Converter), cioè attraverso un convertitore digitale analogico, ad un attuatore ( motorino, pompa, relè, etc.) che ritrasforma il segnale elettrico in un segnale fisico ( temperatura, velocità, pressione, etc).

ESPERIENZA DI LABORATORIO DI SISTEMI ELETTRONICI

OGGETTO: Misura della temperatura di una stanza, con il convertitore analogico digitale ADC 0804.

OBIETTIVO: Con questa esperienza vogliamo acquisire una grandezza fisica.

SPIEGAZIONE TEORICA E PRATICA:

Utilizzeremo un sensore di temperatura LM35 che dà un segnale in uscita in tensione di 10mV/°C.
Questo sensore ha un segnale molto piccolo, quindi per amplificarlo aggiungiamo un amplificatore operazionale TL081 in configurazione non invertente, alimentato con alimentazione duale di +/- 12 Volt, e con guadagno A = 1+R2/R1.

Nel nostro caso abbiamo posto R2=100 K Ohm e R1= 10 K Ohm per avere un guadagno pari a 11.
L'uscita dell'amplificatore non invertente è stata inviata all'ingresso dell'ADC 0804 che ha 8 uscite digitali.
Essendo l'ADC 0804 alimentato a 5 Volt esso ha un quanto
Q=Vref/256= 5 Volt / 256= 19,53 mV

Per ottenere i 5 Volt per alimentare l'ADC, abbiamo utilizzato un alimentatore stabilizzato 7805 che ha in ingresso 12 Volt e in uscita 5 Volt. In questo modo abbiamo evitato ti prendere un altro alimentatore oltre a quello già utilizzato per l'amplificatore operazionale che è di 12 Volt.

Con questo circuito abbiamo verificato la temperatura ambientale del nostro laboratorio.
Essendo una giornata piuttosto fredda, nel nostro laboratorio c'erano circa 13 gradi centigradi.
Abbiamo posizionato all'ingresso dell'ADC un multimetro per misurare la tensione amplificata di circa dieci volte del nostro sensore.
 

Il multimetro misurava 1,37 volt.
Il sensore LM35 dà una tensione di 10mV/°C

SPIEGAZIONE TEORICA:

Se Vu(amplificatore-sperimentale)= 1,37V questo vuol dire che:
Vu(sensore-teorico)=(10mV/°C)*T da cui se T = 13°C dovevamo ottenere all'uscita del sensore:
Vu(sensore-teorica)=10mV * 13= 130mV
Questa tensione era molto piccola allora l'abbiamo amplificata con l'amplificatore non invertente che ha un guadagno teorico A:
A(teorica)=11 quindi
Vu(amplificatore-teorica)= Vu(sensore-teorica)*A(teorica)= 130mV * 11= 1,43 V

SPIEGAZIONE SPERIMENTALE:

Sperimentalmente abbiamo ottenuto:
Vu(amplificatore-sperimentale)= 1,37V
facendo i conti viene:
T[°C](sperimentale)= (1,37V/((10mV)* 11)= 12,45 °C.
Per vedere se la codifica del nostro ADC era giusta, abbiamo collegato alle 8 uscite dell'ADC 8 diodi led con delle resistenze di limitazione della corrente R=220 Ohm.
Il numero binario letto era, come si vede dalla fotografia:
N(binario)= 00100101
che corrisponde al numero decimale
N(decimale)= 73.
Questo numero decimale lo abbiamo moltiplicato per il quanto Q=19,53 mV ed abbiamo ottenuto
Vu(ADC-sperimentale)= N(decimale) * Q= 73 * 19,53mV= 1,43V
Il costruttore ci dice che le misure dell'ADC sono giuste con un errore sperimentale pari ad 1LSB, cioè pari a un quanto
Q(errore) =19,53mV.
La tensione di uscita calcolata con la codifica dell' ADC 0804 è quindi molto vicina alla misura del multimetro di ingresso. Per calcolare la temperatura letta tramite i diodi led, si ha:
T(°C)= Vu(ADC-sperimentale) / (10mV * A(teorica)) = 1,43 V / (10mV * 11) = 13 °C
La misura effettuata tramite la lettura dei dioodi led dava quindi una temperatura ambiente di 13 ° C.

CONCLUSIONI:

Concludendo possiamo dire che, entro gli errori sperimentali dovuti al multimetro, all'LM35, al TL081, all' ADC, la nostra misura si può dire perfettamente riuscita.
Possiamo quindi dire dire che, la temperatura della stanza era di circa 13 gradi centigradi sia misurandola con un termometro analogico , e sia con la misura effettuata con il nostro ADC

Un'altra esperienza di laboratorio può essere realizzata utilizzando un ADC 0808.

In questo caso aggiungiamo un potenziometro di 10 KOhm per simulare il segnale analogico.

In uscita vedremo la conversione del segnale di ingresso attraverso l'accensione dei diodi led in codifica binaria. La tensione di 0 Volt in ingresso farà spegnere tutti i diodi led, mentre la tensione max di 5 Volt in ingresso farà accendere tutti i diodi led.

In questo caso, avendo 8 diodi led il quanto sarà dato da

Q= V (fondo scala)/ 2^8 = V(fondo scala/ 256).

Se V(fondo scala= 5 V -->

Q= 5V / 256 = 19,53 mV