Tutti senza saperlo usiamo continuamente questi alimentatori switching. Si trovano nei televisori , computer, caricabatterie dei cellulari, ecc… Non sono gli unici tipi di alimentatori elettronici ma sono sicuramente i più comuni ed efficienti. Ma come sono fatti questi alimentatori e come mai sono così utilizzati?
Pro e contro degli alimentatori switching
PRO
piccolo ingombro e peso a parità di potenza
rendimento maggiore
minore calore prodotto
maggiore tolleranza della tensione e frequenza di entrata
basso costo
CONTRO
circuiti complessi
rumori sulla linea di alimentazione e di uscita
rumore magnetico
Il rumore o ripple prodotto da questi alimentatori è molto complesso, ha una frequenza fondamentale che coincide con quella di commutazione dell’alimentatore e armoniche che arrivano fino ai MHz.
Schema principale degli alimentatori switching*
Esistono diversi tipi di alimentatori switching ma tutti presentano dei “blocchi” comuni che formano lo scheletro fondamentale dell’alimentatore.
Funzionamento
Ciò che permette una efficienza maggiore è l’impiego di un nucleo di ferrite più piccolo rispetto ai comuni trasformatori lineari che opera ad una frequenza più elevata di quella di rete.
La tensione di rete viene raddrizzata e livellata da un ponte di Graetz e da un condensatore elettrolitico successivamente la tensione continua passa attraverso un oscillatore che produce una onda quadra ad alta frequenza regolata in PWM in base al carico. In uscita dall’oscillatore la tensione alternata viene fatta passare nel trasformatore per essere poi rettificata e livellata. Per garantire la giusta tensione in uscita all’alimentatore esiste un anello di retroazione che agisce sull’oscillatore PWM. Nel circuito sono presenti dei filtri all’entrata e all’uscita dell’alimentatore, come ad esempio i filtri EMI, che evitano la propagazione dei rumori elettrici prodotti.
Alimentatore casalingo per il laboratorio di elettronica
Come detto in precedenza gli alimentatori switching sono largamente utilizzati negli elettrodomestici e nei computer perciò noi makers possiamo sfruttare questa situazione a nostro vantaggio.
Uno strumento fondamentale nei laboratori di elettronica è l’alimentatore, di solito si utilizzano degli alimentatori lineari perché forniscono una tensione “pulita” priva di rumori però hanno un costo elevato. Per permettere anche ai neofiti di allestire un laboratorio di elettronica a basso costo e senza troppe pretese vi presentiamo la costruzione di un alimentatore partendo da un ATX da computer fisso.
Alimentatore ATX computer fisso
I computer fissi hanno all’interno del case un alimentatore di tipo switching chiamato ATX, esso fornisce le principali tensioni ai vari componenti del computer ( hard disk, scheda madre, lettore dischi, ecc…) e possiede una discreta potenza ideale per gli esperimenti base di elettronica.
Le tensioni in uscita dal ATX sono riferite alla terra (GND) collegata alla carcassa dell’alimentatore e alla messa a terra della rete domestica e sono:
+12V giallo
+5V rosso
+3,3V arancione
0V GND nero
-5V bianco
-12V blu
Se si collega un semplice alimentatore ATX alla rete domestica questo non si accenderà perché deve essere opportunamente abilitato perciò per abilitare un alimentatore di questo tipo non basta mettere l’interruttore su ON ma deve essere fatta una giusta modifica tra due fili del connettore di uscita. Esiste un unico filo verde che esce dall’alimentatore che se viene collegato al GND “accende” l’ATX. I fili verde e nero si possono collegare o in modo permanente( saldati, intrecciati, ecc…) o con un interruttore (soluzione preferibile).
Stato delle alimentazioni
Esistono altri due fili particolari che ci avvisano dello stato di funzionamento dell’alimentatore:
+5SB viola
PWR_OK grigio
Il filo viola restituisce una +5V quando l’alimentatore verrà inserito nella rete domestica e l’interruttore primario verrà acceso (anche senza collegare i fili verde e nero). Tra +5SB e la GND si può collegare un led in serie ad una resistenza da 10Kohm che ci avvisa della presenza di tensione in entrata all’alimentatore.
Il filo grigio restituisce una +5V non appena si collegano i fili verde e nero. Tra PWR_OK e la GND si può collegare un led in serie ad una resistenza da 10Kohm che ci avvisa della presenza di tensione in uscita all’alimentatore.
Gli alimentatori ATX presentano una funzione molto comoda detta protezione che “spegne” l’alimentatore se percepisce un cortocircuito sulle uscite. Ciò evita danni ai circuiti alimentati.
Una volta apportate le giuste modifiche si può procedere con la creazione di un apposito pannello frontale da aggiungere alla carcassa dell’alimentatore. Sul pannello si inseriranno gli interruttori, spie e conferirà così un aspetto più accattivante all’alimentatore da banco di riciclo.
*Makers ITIS Forlì non si assumono alcuna responsabilità per danni a cose, persone o animali derivanti dall’utilizzo delle informazioni contenute in questa pagina. Tutto il materiale contenuto in questa pagina ha fini esclusivamente informativi.
Quante volte ti capita di essere seduto comodamente sul divano a riposarti, dopo una lunga giornata di lavoro, ma la velocità del ventilatore non è quella giusta e ti tocca alzarti !!! Dopo questa lettura risolverai il tuo problema.
Prototipo iniziale :
Un primo prototipo del progetto è stato realizzato da Davide Di Stasio, utilizzando un ventilatore, Arduino UNO, un vecchio trasformatore e un telecomando della tv.
Scatola, progettata e stampata in 3D in PLA grigio
Viti di fissaggio
Realizzazione circuito elettrico
Per realizzare la parte di controllo del ventilatore tramite un telecomando per esempio della televisione, ho utilizzato componenti poco costosi e di facile utilizzo. Qui di sotto riporto i collegamenti fatti tra il ventilatore e il controllore.
Circuito di controllo del ventilatore
Per alimentare Arduino UNO ho riciclato un vecchio alimentatore da 9V e 0,5 A. Il motore del ventilatore ha 3 fili che gestiscono le velocità e vanno collegati ai 3 Moduli relè, 2 fili vanno collegati al condensatore di spunta e l’ultimo al neutro. Il quarto relè serve come interruttore generale del progetto ovvero accende o spegne il ventilatore. Il sensore IR serve per la ricezione del segnale a infrarosso del telecomando. Per alimentarlo servono i 5V presi da Arduino UNO, un piedino di massa (GND) e il pin digitale 9 di Arduino UNO.
Programma per il controllo del ventilatore con telecomando
Per la realizzazione del codice di controllo del ventilatore, ho adottato una tecnica molto efficace ed affidabile: Automa a Stati. Permette di avere uno stato per ogni fase di lavoro del ventilatore, ovvero quando si clicca un pulsante si determina una velocità. Ovviamente l’algoritmo deve essere estremamente sicuro, ovvero senza bugs, cioè quando si attiva una velocità, le altre velocità del motore devono essere spente perchè si rischia di bruciare* il tutto. A maggior ragione, quando si vuole spegnere il ventilatore con il telecomando, bisogna poterlo fare in ogni istante del suo funzionamento. La libreria da scaricare e installare su IDE di Arduino, serve per il controllo del sensore IR.
Dato che ogni telecomando ha una serie di codici associati ad ogni tasto, bisognerà utilizzare l’esempio IRrecord.ino contenuto nella libreria IRremote.h per codificare il proprio telecomando.
Progettazione scatola stampata in 3D con il PLA grigio
La scatola per contenere tutta l’elettronica di controllo del ventilatore è stata progettata al CAD con Inventor e poi stampata in 3D con il PLA grigio perchè non sono richieste proprietà meccaniche.
Per scaricare i file, cliccare il pulsante qui sotto.
Una volta che avete capito come realizzare il Circuito Elettrico, il programma caricato su Arduino e aver stampato la scatola per i componenti, è il momento di assemblare i vari pezzi.
Smontare il selettore delle velocità del ventilatore, ovviamente assicuratevi di staccare la spina dalla 220V !!!
Sfruttando i fori presenti nel ventilatore, montare la scatola stampata in 3D in PLA grigio, come mostra la foto qui di seguito:
Collegare i 4 relè con i fili delle velocità del motore e il suo condensatore di spunta, come mostra la foto qui di seguito:
Prendere il primo coperchio, dove va alloggiato l’alimentatore e Arduino UNO, fissatelo con 4 viti.
Collegare poi alimentatore, i pin di controllo dei relè e il sensore IR ad Arduino UNO. Il sensore IR andrà posizionato nella parte frontale del ventilatore.
Per finire prendere il secondo coperchio e fissarlo con due viti.
*Makers ITIS Forlì non si assumono alcuna responsabilità per danni a cose, persone o animali derivanti dall’utilizzo delle informazioni contenute in questa pagina. Tutto il materiale contenuto in questa pagina ha fini esclusivamente informativi.
I droni sono “ Sistema Aeromobili a Pilotaggio Remoto” (SAPR) cioè apparecchi volanti che non hanno bisogno di un pilota a bordo perchè sono pilotati da remoto.
Nascita e sviluppo dei Droni
Il drone è stato utilizzato per la prima volta in guerra per trasportare carichi esplosivi. Infatti è stato usato nel 1849 per bombardare Venezia. Ovviamente i “droni” dell’epoca erano dei palloncini che venivano lanciati contro i nemici. L’avvento delle due guerre mondiali, la Guerra Fredda e del Vietnam lo sviluppo tecnologico permise di raggiungere un elevato livello qualitativo dei droni, portando negli anni 2000 sul mercato soluzioni sempre più piccole e con caratteristiche tali da poter essere impiegati in innumerevoli scenari operativi.
Come funziona un Drone ?
Per semplicità prendiamo un quadricottero, le 4 eliche ruotando generano portanza, ossia la spinta dal basso verso l’alto che permette al drone di volare. È importante notare che non girano tutte nello stesso verso, ma due in senso orario e due in senso antiorario per permettere un volo stabile.
A cosa servono i Droni?
La tecnologia dei droni si sviluppa parallelamente per usi Militari e usi Civili.
Per quanto riguarda usi civili, è poi possibile distinguire tra l’utilizzo Professionale e quello Amatoriale dei droni.
Utilizzi Amatoriali:
Foto, dall’alto mostrano scenari meravigliosi, anche di un posto comune.
Video, con risoluzioni fino a 4K è possibile editare le immagini catturate e montarle per video o slogan pubblicitari.
Sport, i droni più moderni possono essere impostati per seguirci durante un tragitto in moto o in bici, girarci attorno in canoa e tanto altro.
FPV, acronimo di First Person View. Si indicano con questa sigla i droni generalmente pilotati indossando un visore per visualizzare l’anteprima della telecamere posta sul drone.
Gare, i droni FPV da gara vengono modificati dagli appassionati per renderli sempre più veloci, vince chi conclude il percorso nel minor tempo.
Utilizzi Professionali:
video e foto, i professionisti usano i droni per realizzare video aerei da mixare anche con riprese terrestri. Non solo matrimoni, ma anche video istituzionali, aziendali, pubblicitari, ecc.
termografia, attraverso delle ottiche particolari è possibile effettuare telerilevamenti termografici in volo e a distanza grazie ai droni.
topografia, molti enti locali e realtà specializzate si vanno sempre più dotando dei droni per la ricostruzione topografica di strade, città e terreni.
geologia, i droni sono in grado di restituire immagini del territorio e preziose informazioni per rilevamenti geologici, dissesto idrogeologico, monitoraggio rischio vulcanico, glaciologia.
ingegneria. Come gli architetti, anche gli ingegneri lavorano con i droni come ausilio nella progettazione, restauro ed edificazione.
fotogrammetria, si tratta di una tecnica che consente di elaborare un modello tridimensionale di un territorio, partendo da fotografie digitali.
rilievi 3D, alcuni droni professionali offrono la possibilità comprare delle fotocamere sofisticate e il software per la creazione di un modello 3D del rilievo.
ispezioni aeree, per esempio sopra i tetti pericolanti o difficili da raggiungere, addirittura in zone difficili da raggiungere da persone umane.
sorveglianza, la polizia è in grado di sorvegliare vaste aree o edifici.
ricerca e soccorso, grazie alla loro possbilità di trasportare pesi (generalmente almeno pari al loro), i droni vengono utilizzati anche per consegnare generi di prima necessità e medicinali a persone isolate.
La zincatura è un processo elettrochimico che permette di depositare su una superficie conduttiva uno strato di zinco. Lo zinco a contatto con un materiale che possiede un potenziale di riduzione più elevato si comporta da anodo sacrificale cioè si ossida proteggendo il materiale ricoperto. Esistono varie tecniche di zincatura, le principali sono:
a caldo
elettrolitica
a freddo
Zincatura elettrolitica
Il pezzo va innanzitutto pulito e privato da tutti gli ossidi come la ruggine, successivamente viene collegato ad un generatore di tensione continua ed immerso in una soluzione di sali di zinco con un anodo di zinco metallico. Tutti i cationi di zinco si andranno ad “attaccare” al pezzo da ricoprire (catodo) mentre il secondo elettrodo di zinco (anodo) si corroderà lasciando nuovi cationi in soluzione.
Procedura pratica*
Sciogliere, in un contenitore di vetro da circa 1 litro, un pezzo di zinco in una soluzione al 5% di acido cloridrico (conosciuta come acido muriatico). Dopo circa 24 ÷ 48 ore si noterà la cessazione dell’effervescenza sulla superficie dello zinco, recuperare il metallo rimanente nella soluzione che servirà come controelettrodo positivo (anodo) nella fase successiva.
Aggiungere, in un recipiente di plastica, per ogni litro di soluzione: – 2 litri d’acqua demineralizzata – un cucchiaio di sapone per i piatti -un foglio di colla di pesce (ciò servirà a dare una finitura migliore al pezzo).
Pulire accuratamente il pezzo da zincare. Consiglio di utilizzare i guanti in lattice per maneggiare il pezzo pulito per evitare di lasciare residui di grasso sul pezzo da zincare.
Collegare al polo negativo il pezzo da Zincare di un alimentatore di corrente continua. Collegare al polo positivo l’anodo di zinco, recuperato al primo punto se è rimasto.
Immergere i due elettrodi nella soluzione preparata al punto 2.
Regolare la tensione dell’alimentatore su 5V per pezzi piccoli e su 12V per pezzi grandi.
Il pezzo da zincare va ruotato di tanto in tanto per garantire una deposizione uniforme dello zinco sulla superficie. Evitare di appoggiare il pezzo sul fondo del recipiente della soluzione.
Una volta estratto il pezzo dalla soluzione per la placcatura sciacquarlo con acqua e bicarbonato per togliere eventuali residui di acido presenti sul pezzo.
Risultato finale
Per completare la zincatura strofinate leggermente, con una spazzola in ottone, la superficie del vostro pezzo. Ecco il risultato finale:
Sono un perito chimico e studente di chimica all'università di Bologna. Mi occupo di chimica, elettronica e riciclo. Faccio parte dei Makers dal 2015 da quando abbiamo fondato il gruppo.
*Makers ITIS Forlì non si assumono alcuna responsabilità per danni a cose, persone o animali derivanti dall’utilizzo delle informazioni contenute in questa pagina. Tutto il materiale contenuto in questa pagina ha fini esclusivamente informativi.
La stampa 3D permette la realizzazione di oggetti tridimensionali, partendo da un progetto cad sul computer.
Dobbiamo pensare a una stampante “normale” d’ufficio che stampa dei documenti o immagini depositando inchiostro, ecco la stampante 3D adotta un processo simile ma utilizza materiali, prevalentemente plastici.
Scatola disegnata al computer (CAD)
Scatola stampata in 3D
La nascita e la diffusione della Stampa 3D
La stampa 3D nasce nel lontano 1986, con il rilascio di un brevetto di Chuck Hull, che inventa la stereolitografia.
A partire dal 2009, il brevetto sulla stampa 3D è scaduto. Da qui in avanti avremmo un’esplosione di stampanti 3D, economicamente accessibili alle piccole e medie imprese, nonché a noi makers.
Impieghi della Stampante 3D
L’impiego principale della stampante 3D è la Prototipazione Rapida, ovvero creare prototipi di nuovi progetti in maniera veloce ed economica.
I campi d’applicazione sono vari:
Prototipi e Componenti industriali.
Medicale, per stampare protesi per i pazienti.
Selfie, tramite scanner 3D, è possibile realizzare un modello su pc della propria persona e poi stamparlo.
Edilizio, per costruire intere case in un giorno
Oggetti di Design
Cibo
Veicoli
Organi e altri.
Materiali utilizzati nella stampa 3D
Nella stampa 3D, in particolare quella FDM (Filament deposition manufactoring), i materiali più utilizzati sono PLA e ABS per via della semplicità di stampa e per il costo contenuto.
Il PLA (Acido Polilattico) è biodegradabile, disponibile in diversi colori e ha un bassa temperatura di stampa 210°C. I lati negativi sono la poca resistenza meccanica alle sollecitazioni e il calore eccessivo.
L’ABS (Acrilonitrile butadiene stirene) non è biodegradabile, le colorazioni a disposizione sono molto meno e ha un’alta temperatura di stampa 250°C. I lati positivi sono, a differenza del PLA, un’alta resistenza meccanica che permette di creare oggetti meccanici.
Il PLA e ABS sono materiali “comuni” che normalmente si utilizzano per le varie stampe. Con il progresso della tecnologia si riesce a stampare anche i metalli tra cui l’Acciaio, tramite il processo di sinterizzazione o fusione. Per poi arrivare alle stampe realizzate con il Cioccolato, condivido qui il link del video.
Se vi è mai capitato di avere problemi con qualche tasto del telecomando e siete stati tentati di rimpiazzarlo con un nuovo modello questa guida sulla riparazione di un telecomando TV vi cambierà la vita.
Molte persone pensano che la riparazione degli oggetti di uso comune sia un’attività complessa ma in realtà alcuni oggetti possono essere riparati anche senza essere tecnici specializzati. Oggigiorno la scelta di riparare un oggetto prima di gettarlo nel bidone assume un importanza cruciale nella nostra vita, non solo dal punto di vista economico ma anche ambientale. Di seguito riportiamo i passaggi base per la riparazione del telecomando TV.
Controlli preliminari
Prima di aprire il telecomando* e procedere con la riparazione è sempre bene verificare che le batterie siano cariche e che i contatti delle pile non siano ossidati, se così non fosse è bene rimuovere l’ossido con un pezzetto di carta abrasiva e sostituire le pile con delle nuove.
Verifica del LED infrarosso (IR)
Una volta eseguiti i passaggi preliminari si procede con la verifica del funzionamento del LED infrarosso posto sulla punta del telecomando. Il LED IR è una sorta di lampadina che emette una luce che i nostri occhi non possono percepire ma che le fotocamere dei cellulari (o anche delle vecchie videocamere a colori) riescono a registrare. Basterà puntare il telecomando verso la fotocamera e spingere qualsiasi tasto, se il telecomando è funzionante si osserverà nell’immagine ripresa dal cellulare un piccolo bagliore violaceo lampeggiante uscire dalla punta del telecomando. Se anche controllando tutti i tasti non si osserva nulla si procede con l’apertura del telecomando.
Apertura del telecomando e pulizia dei contatti interni
Il fenomeno che si presenta più frequentemente nei telecomandi è l’usura e lo sporcamento dei contatti dei pulsanti.
Si rimuovono le batterie ed eventuali viti presenti sul retro del telecomando, controllando anche nel vano porta-batterie.
Munendosi di cacciaviti a taglio di piccola misura e una vecchia tessera di plastica si fa leva sulla fessura che circonda la scocca del telecomando. Una volta aperta la scocca separare il “tappetino” di gomma con i tasti dal circuito stampato. Pulire con delicatezza le superfici dei contatti sulla scheda e sul “tappetino” di gomma con un cotton fioc imbevuto di alcol (non vanno usati altri tipi di solventi). Bisognerà rimuovere tutto lo sporco e lo strato di ossido che causano il malfunzionamento del dispositivo. Puliti adeguatamente sia la scheda che i gommini dei tasti asciugare con un secondo cotton fioc. È importante pulire ed asciugare sia i contatti della scheda elettronica che i gommini che premono su di essi per la riuscita dei prossimi passaggi.
Deposizione grafite conduttiva
Bisognerà quindi ripristinare lo strato conduttivo dei bottoni tramite uno strato di grafite, ciò può essere fatto comodamente tramite una matita. Durante i prossimi passaggi è consigliato munirsi di una lente di ingrandimento e pazienza.
Ripassare con attenzione i contatti sulla scheda elettronica con una matita non troppo appuntita, evitando di uscire fuori dalle superfici in rilievo di colore scuro. Se si dovesse uscire da tali superfici si cortocircuiterebbe un tasto del telecomando rischiando di lasciare sempre acceso il LED IR e compromettendo il corretto funzionamento dell’intero dispositivo. Una volta ripassati i contatti di tutti i tasti questi assumeranno un aspetto grigio lucido. Passare più volte la matita anche sui gommini dei tasti a contatto con la scheda evitando la lacerazione del “tappetino” di gomma.
Riassemblare il telecomando e verificate il funzionamento come spiegato nella sezione Verifica del LED infrarosso (IR). Se il telecomando non dovesse funzionare ripetere la procedura di deposizione della grafite. Se il LED IR dovesse rimanere sempre acceso anche senza premere alcun tasto ciò significa che vi è un deposito eccessivo di grafite su uno dei contatti della scheda elettronica, andrà rimosso con un cotton fioc asciutto e ritestato il corretto funzionamento.
Questa è la riparazione di un telecomando TV a portata di tutti secondo noi makers
*Makers ITIS Forlì non si assumono alcuna responsabilità per danni a cose, persone o animali derivanti dall’utilizzo delle informazioni contenute in questa pagina. Tutto il materiale contenuto in questa pagina ha fini esclusivamente informativi.
Tutti gli esperimenti dei makers di chimica elettronica e riciclo. Consigli utili e curiosità per una conoscenza trasversale del mondo.
“noi montiamo e smontiamo delle costruzioni molto piccole (…) siamo come dei ciechi con le dita sensibili (…)abbiamo inventato diversi trucchi intelligenti per riconoscerle senza vederle.“
Primo Levi, La chiave a stella (Acciughe I), Torino: Einaudi, 1978.
