Picoboard è la scheda periferica adatta a fornire al programma Scratch una serie di informazioni ambientali. Con l'uso degli ingressi a jack si possono collegare sensori resistivi per la raccolta di segnali di altra natura come la temperatura se si collega una NTC.
La resistenza da 10k rappresenta la parte superiore di un partitore di tensione, R1, mentre, il sensore resistivo ne costituisce la parte inferiore, R2, quando collegata facendo uso del cavetto con i coccodrilli ed il jack in dotazione. Con la situazione circuitale così costruita, la tensione all'ingresso del convertitore ADC (Analogic to Digital Converter) della scheda Picoboard dipende dalla temperatura, quindi se ne può monitorare il valore con la sonda del data logger costruito con Scratch. Questa applicazione viene rinviata ad altra occasione.
Allo stesso ingresso si può collegare un accumulatore o batteria, purchè con tensione a vuoto inferiore a 5V, come quella di una batteria stilo o ministilo, per monitorarne la tensione durante il periodo di scarica su un resistore di valore adeguato. In questo caso svolge la funzione di VB logger (Voltage Battery Logger). Vedi anche capacità delle batterie.
Poichè la batteria ha una resistenza di uscita molto bassa, la tensione in ingresso al convertitore ADC della scheda Picoboard non è influenzata dall'alimentazione di 5V del resistore da 10k ma è determinata, praticamente, solo dalla batteria la cui tensione può essere così monitorata direttamente.
La raccolta dei valori di tensione in uscita della batteria mentre si scarica consente di misurarne la capacità in mAh, Quanto detto risulterà molto chiaro dopo aver osservato i risultati del monitoraggio della tensione di scarica.
In questa occasione si va a collegare un accumulatore tipo AA, che ha una tensione di circa 1,2V. Qui, a destra, si vede lo schema che consente di misurarne la tensione a vuoto e poi sotto carico, collegando un resistore RL direttamente ai morsetti della batteria.
Nell'esempio riportato in fotografia si vedono:
- la scheda Picoboard (quella usata è un modello vecchio)
- il PC collegato alla scheda,
- l'accumulatore AA nel suo slot collegato tramite il cavetto con i coccodrilli alla porta jack A
- ed il resistore di carico, collegabile tramite connessioni a mammuth e non ancora inserito, del valore di 2,2Ω
Sullo schermo del PC si intravede il grafico della tensione che è fatto come quello in figura sotto a destra; si notano:
- gli assi cartesiani di riferimento (due sottili linee verdi)
- la lista dei valori registrati (fino a 79)
- la curva risultante dalle misurazioni dove si evidenziano:
- un primo tratto breve misurato in assenza di carico: è la zona del funzionamento a vuoto
- un tratto lungo ed in leggera pendenza che corrisponde al funzionamento a carico, cioè con il resistore collegato
- un "ginocchio" dove la tensione erogata dalla batteria "crolla decisamente perchè è scarica!
Con questo grafico a disposizione ed altri dati circuitali, si può procedere con una valutazione della capacità dell'accumulatore:
dati:
il resistore di carico è di 2,2Ω
la tensione media erogata dall'accumulatore nella "zona a carico" è di 1,1V
il perodo di campionamento è stato impostato a 60s
il ginocchio si trova alla 78^ misurazione (per misurazioni iniziali l'accumulatore ha funzionato a vuoto) per cui sono 76 i periodi di scarica
calcoli:
il valore medio della corrente erogata Im=Vm/RL= 1,2/2,2 = 0,5A = 500mA (un po' alta per batterie di questo tipo, ma c'era biogno di rendere rapida la scarica)
la durata della scarica è: durata = numero periodi *periodo campionamento = 76*60 = 4560s che va riportata a ore, quindi, 4560/3600=1,27h
la capacità dell'accumulatore è C= durata* Im = 1,27*500=635mAh
Valutazione
L'accumulatore ha una capacità nominale di 2100mAh contro una capacità misurata di 635mAh per cui sarebbe da considerarsi esaurita e quindi da buttare.
La decisione spetta a chi la deve usare e a chi spende i soldi per comprarne una nuova.
Forse è meglio ripetere la misura con correnti più deboli dato che a elevate correnti la capacità diminuisce anche di molto.
Lo script
Se si ha pratica con il data logger costruito usando Scratch, è facilissimo modificarlo per adattarlo a funzionare con la scheda Picobord.
Bisogna sapere che lo ADC della scheda Picoboard attribuisce il valore 100 quando ci sono 5V in ingresso (ovvero quando non c'è collegato nulla) quindi il rapporto fra valore indicato dal sensore e la tensione presente è 20 a 1.
Procedura per le modifiche sul data logger costruito con Scratch:
- Il generatore di segnali non serve più e si può eliminarne lo sprite
- La sonda preleva direttamente il "valore del sensore resistenza-A" che diviso per 20 da la variabile "misura"; in questo modo il valore di "misura" è proprio la tensione in ingresso in volt
- il registratore memorizza i valori letti della misura, i record, ed anche un'altra lista, il timing, come prodotto del numero di passi per il periodo di campionamento; in questo modo si conosce l'istante di registrazione di ciascun record, misurato in secondi
viene anche effettuato l'arrotondamento alla seconda cifra decimale
- il plotter deve usare una scala appropriata per utilizzare bene lo spazio di disegno; in questo caso, la misura, che vale circa 1, viene moltiplicata per 100 così l'ordinata y varia tra 0 e 100 circa ed occupa bene l'area per il grafico
- lo stage resta invariato ma deve essere utilizzato prima di effettuare le misurazioni per fissare il periodo di campionamento ed il numero di ripetizioni
all'avvio, lo stage provvede ad azzerare il cronometro
Display
E' utile fare in modo che sul disegno del grafico appaiano i diversi parametri di misura, come in figura che riprende il display:
x: posizione del pennino del plotter lungo l'asse delle ascisse
misura: il valore misurato alla porta analogica della scheda picoboard che, moltiplicata per 100, posiziona il pennino sull'ordinata y
tempo:istante di effettuazione della registrazione
periodo: il periodo di campionamento impostato nello stage
cronometro che conta l'intervallo di tempo trascordo dall'inizio della registrazione
il valore del sensore resistenza-A che riporta nella gamma da 0 a 100 il valore di una tensione misurata nell'intervallo 0-5V applicata al suo ingresso (jack) o definita dal partitore di tensione
due liste parallele:
timing, con la registrazione di tempo e
record, con la registrazione del valore misurato
Gli esiti di queste misurazioni permettono di fare considerazioni interessanti sulle proprietà delle batterie.
Sviluppi
- provvedere in modo che tutti i valori che ingombrano il display, siano visibilli solo a richiesta premendo un tasto
- modificare il valore del resistore per cambiare i tempi di scarica (la capacità di un accumulatore dipende anche dall'intensità della corrente di scarica, ovvero, dal tempo di scarica provocato dal carico) e verificare la capacità con correnti di intensità inferiore
- ampliare la capacità di misura con il controllo di più accumulatori contemporanemente
- inserire un dialogo iniziale per fissare periodo, il numero passi, la scansione del passo e fare in modo da poterli vedere sul display, magari solo a richiesta