AES_8 2022

Automazione e Strumentazione n Novembre - Dicembre 2022 FOCUS Applicazioni 77 ELETTRONICA Le misurazioni dei sensori meccanici includono forze di compressione, torsione, tensione, flessione e taglio. Si consideri un robot industriale utilizzato in una catena di montaggio automobilistica. Tipicamente, un robot può cambiare la sua testa utensile, chiamata effettore. Il corpo del robot può muoversi solo in una direzione, mentre il suo braccio può muoversi in tre dimensioni. Ogni effettore sfrutterà una serie di parametri unici in base alla funzione. Per esempio, un effettore che racco- glie un oggetto delicato come uno specchietto retrovi- sore esterno, deve afferrarlo abbastanza saldamente in modo che non cada ma deve evitare di applicare troppa pressione per non danneggiare l’alloggiamento di pla- stica. In tal caso è fondamentale un rilevamento della pressione preciso, accurato e rapido delle dita della pinza dell’effettore e un feedback istantaneo al circuito di azionamento dell’attuatore della pinza. Caratteristiche principali di un sensore Sebbene i sensori possano sostenere molte funzioni di misurazione, presentano tutti un’architettura funzionale simile. La figura 1 evidenzia i blocchi del circuito pri- mario di un sensore. Il lato sinistro della figura 1 evidenzia le opzioni di alimentazione . Alcune unità di rilevamento derivano la loro alimentazione dall’ applicazione host (il robot industriale nell’esempio citato sopra). Altri possono essere alimentati da una batteria sostituibile o ricari- cabile oppure possono immagazzinare l’energia gene- rata da fonti ambientali in un super-condensatore. Ogni approccio prevede una serie di considerazioni di pro- gettazione comuni, alcune delle quali sono molto spe- cifiche. Per esempio, l’utilizzo di una batteria richiede il monitoraggio dello stato di carica per determinare quando programmare una sostituzione. Un requisito comune ai sistemi alimentati a batteria o da una linea è la conversione e la regolazione delle tensioni. I cir- cuiti analogici e digitali richiedono in genere binari di alimentazione differenti , i quali implicano una regola- zione della tensione entro specifiche definite. A seconda dell’architettura, il sistema può utilizzare sensori analogici o digitali. Un sensore del primo tipo genera una tensione analogica relativa al parametro di misura. La maggior parte dei sensori mostra una rispo- sta positiva: per esempio, in un sensore di temperatura la tensione di uscita aumenta con la temperatura. Un sensore di temperatura incorpora in genere un elemento di rilevamento della temperatura analogico centrale, un convertitore da analogico a digitale e, opzionalmente, un microcontrollore (MCU). L’MCU può linearizzare il segnale analogico di uscita e gestire la comunicazione con il sistema host tramite un’interfaccia con protocollo standard come I2C, UART o SPI. Il condizionamento del segnale è un aspetto essenziale per qualsiasi tipo di sensore. In questa fase, viene migliorata l’integrità del segnale e vengono rimosse armoniche, transitori e altri artefatti indesiderati. L’accuratezza del sensore, in termini di precisione e ripetibilit à delle misurazioni, insieme alla riduzione al minimo del rumore del segnale, sono aspetti fondamen- tali nella maggior parte delle applicazioni. Il rumore in un circuito di controllo può introdurre ‘jitter’, con con- seguente scarso rendimento della macchina. Una bassa precisione di misurazione talvolta può causare il disalli- neamento del robot, con potenziali danni al pezzo. Poiché l’ efficienza energetica rappresenta attualmente un argomento di stretta attualità per tutte le organizza- zioni, è fondamentale ridurre il profilo di consumo di ogni circuito, soprattutto nelle applicazioni alimentate a batteria. Funzioni di gestione dell’alimentazione I regolatori a bassa caduta di tensione (LDO) rappre- sentano una soluzione molto diffusa per normalizzare la tensione di alimentazione di un circuito. Rispetto ai convertitori a commutazione, gli LDO prevedono un design più semplice. Questo ha un effetto diretto van- taggioso in termini di compattezza, di rumore e di costo. Essi offrono un metodo pratico per fornire una tensione DC regolata al carico partendo da una sorgente conti- nua di livello superiore , che si tratti dell’uscita di un convertitore AC-DC, di una batteria o di una barra di Figura 2 - Schema delle funzioni interne di un LDO: in questo esempio si tratta del regolatore a bassa caduta ST730 da 300 mA/28 V di ST (fonte: ST)