Progettazione, simulazione e realizzazione di un sistema per il controllo della temperatura di un ambiente

        classe 5AE               06/04/2024

Obiettivo della prova di laboratorio: Progettazione, simulazione e realizzazione di un sistema per il controllo della temperatura di un ambiente.

Si richiede di progettare un sistema di controllo della temperatura di un ambiente che deve essere mantenuta costante modulando la potenza fornita da un riscaldatore e che rispetti le seguenti caratteristiche:

-la temperatura deve rimanere costante a 32 °C;

-in presenza di disturbi sull’uscita assimilabili a un segnale a gradino unitario l’errore che ne consegue non deve superare la soglia del 10%;

-il sistema deve essere stabile con un margine di fase di almeno 60°;

Si conoscono inoltre le caratteristiche del sistema:

Schema a blocchi del sistema per il controllo della temperatura:

In seguito sono riportati: la tabella strumenti, lo schema unifilare e lo schema di montaggio.

Tabella strumenti e componenti

Schema unifilare

Schema di montaggio

Esecuzione della prova:

Inizialmente ci siamo dei muniti dei componenti come da tabella e abbiamo montato il circuito seguendo lo schema unifilare (come da schema di montaggio); successivamente abbiamo inserito il codice (leggermente modificato dal file del professore) e dopo averlo configurato con ARDUINO abbiamo verificato che il circuito funzioni: la temperatura riportata dal LCD 16x2, dal display, era anormale (438°C) rispetto alla temperatura dell'ambiente (32°C).

Educazione civica

Quanto è importante controllare la temperatura di un ambiente?

È importantissimo controllare la temperatura ambiente per diversi motivi:

-Comfort: La temperatura influisce sul comfort delle persone all'interno di un ambiente. Temperature troppo alte o troppo basse possono causare disagio e rendere difficile lavorare, riposare o svolgere attività quotidiane.

-Salute e sicurezza: Temperature estreme possono rappresentare un rischio per la salute umana. Il surriscaldamento o il raffreddamento eccessivo possono portare a condizioni come l'insolazione, l'ipotermia o la disidratazione.

-Efficienza energetica: Mantenere una temperatura adeguata può contribuire a ridurre i consumi energetici. Un controllo accurato della temperatura può consentire di ottimizzare l'uso di riscaldamento e condizionamento dell'aria, riducendo così i costi energetici e l'impatto ambientale.

-Conservazione dei beni: In ambienti come musei, archivi o laboratori scientifici, controllare la temperatura è fondamentale per la conservazione di beni preziosi o sensibili. Temperature eccessive o variabili possono danneggiare opere d'arte, documenti storici o materiali scientifici.

-Prestazioni di apparecchiature: Alcune apparecchiature, come i computer o le attrezzature industriali, possono essere influenzate negativamente da temperature estreme. Mantenere un ambiente a una temperatura adeguata può contribuire a prolungare la vita utile di queste apparecchiature e garantire il loro corretto funzionamento.

Come regolare la temperatura di un ambiente? Quali sono gli elementi influiscono?

La regolazione della temperatura interna dell’ ambiente serve a gestire la temperatura desiderata.  Tutti pensiamo di conoscere i termostati ambiente: semplicemente servono a mantenere una certa temperatura invernale e o estiva. Il dispositivo attiva o disattiva l’impianto della nostra casa che riscalda o raffredda in funzione della stagione. Il tipo di impianto (radiatori, riscaldamento a pavimento a parete o a soffitto) ha una grandissima importanza: ogni tipologia ha una certa inerzia e anche la nostra casa, per come è stata costruita, ha una certa inerzia.  Quindi il dispositivo di regolazione della temperatura è influenzato da diversi fattori, e non dimentichiamo gli apporti solari e i carichi interni, tutta energia che si aggiunge a quella offerta dagli impianti.

Il sistema di regolazione deve regolare costantemente la potenza emessa dai radiatori a seconda della temperatura che vogliamo all'interno del nostro appartamento (set-point), considerando anche gli apporti esterni.

E' possibile considerare ulteriori regolazioni maggiormente evolute, che possono avere un'azione proporzionale P (controllo sul valore all’istante della temperatura ambiente), un'azione integrale I (controllo basato sui valori passati della temperatura ambiente) e/o un'azione derivativa (controllo sulla previsione della variazione della temperatura ambiente).

P è una regolazione elettronica che utilizza la combinazione di una funzione di controllo (Proporzionale);

PI è una regolazione elettronica che utilizza la combinazione di due funzioni di controllo (Proporzionale ed Integrale);

PID è una regolazione elettronica che utilizza la combinazione di tre funzioni di controllo (Proporzionale, Integrale e Derivativa);

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Presentazione

Come percorso di educazione civica per l'A.S. 2023-'24 la classe 5 Elettrotecnica dell'Istituto di istruzione superiore "Luigi di Savoia" di Chieti ha approfondito il contributo che i sistemi automatici possono apportare al risparmio energetico e alla riduzione dell'inquinamento attraverso la progettazione e realizzazione di un sistema di controllo della temperatura.

Pinti Daniele

Relazione di Sistemi Automatici data la Prova di Laboratorio.

Obbiettivo: Progettazione, Simulazione e Realizzazione di un sistema per il controllo della temperatura di un ambiente.

Schema di Montaggio:

Componenti Utilizzati:

• Arduino Uno R3 x1
• Potenziometro x1
• Resistore x2
• Resistore Sensore di Temperatura x1
• Led Rosso x1
• Led Blu x1
• Display LCD x1
• Cavi quanto basta
• Bread Board x1

Descrizione della Prova: Come prima cosa ho preparato i componenti necessari per la prova (gli stessi presenti nella lista in alto) e ho montato il circuito come indicato nello schema di montaggio. Finito di montare i componenti sulla bread board ho inserito il codice di programmazione che ci è stato fornito, codice poi riadattato per la strumentazione utilizzata, nell'Arduino tramite il computer. Configurato l'Arduino mi sono accertato che il circuito montato funzionasse. Il codice inserito è ancora da perfezionare se non riscrivere da capo, riporta problemi nella lettura della temperatura sul display che rimane fissa a 0° o 13°.

Cenni Teorici: Il sistema serve per rilevare la temperatura di una stanza imponendogli dei limiti che può calcolare, quando la temperatura è bassa si accende un led blu, se è calda si accende un led rosso. Il valore della temperatura viene riportata su un display. Questo sistema può essere implementato per per sistemi di riscaldamento e/o raffreddamento automatici.

Considerazioni sul Risparmio Energetico: I sistemi di controllo delle temperature giocano un ruolo fondamentale nel risparmio energetico. Regolano accuratamente la temperatura degli ambienti, sia in casa che negli edifici commerciali, è possibile ridurre il consumo energetico, ottimizzando l'efficienza dei sistemi di riscaldamento e raffreddamento e, di conseguenza, abbattere i costi energetici. Questi sistemi includono termostati programmabili, sensori di temperatura e tecnologie di regolazione avanzate, che consentono di adattare la temperatura alle effettive esigenze e di evitare sprechi energetici.

Primiterra Alessandro

OBBIETTIVO: Progettazione, simulazione e realizzazione di un sistema per il controllo della temperatura di un ambiente.

TABELLA COMPONENTI:

Nome (su TinkerCad)       Quantità             Componente

ARDUINO UNO R3                 1                  Arduino Uno R3

Rpottrimmer                            1                  220 Ω Potenziometro

RR1                                        1                 220 Ω Resistenza

RR3                                        1                 220 Ω Resistenza

R1                                           3                 220 Ω Resistenza

UTMP                                      1                 Sensore di temperatura [THT11]

D1                                         1                  LED Rosso

D2                                           1                  LED Rosso

UDISPLAY                             1                  LCD 16x2

LL1                                         1                 Lampadina (utilizzatore)*

                                                                              *in laboratorio abbiamo utilizzato un resistore.

Con questa prova di laboratorio avremmo dovuto realizzare un sistema di controllo di temperatura di un ambiente, mantenendola costante agendo sulla potenza di un riscaldatore che deve:

- far rimanere costante a 40° la temperatura dell’ambiente.

-avere un m.d.f.>=60° ed essere stabile.

-mantenere l’Errore=<10% in presenza di disturbi all’uscita.

La potenza termica da fornire al sistema per raggiungere i 40 °C quando la temperatura esterna è di 20°C è di 1 KW.

Cominciamo a vedere lo schema a blocchi del sistema:

schema a blocchi controllo della temperatura di un ambiente

Con questa prova di laboratorio avremmo dovuto realizzare un sistema di controllo di temperatura di un ambiente, mantenendola costante agendo sulla potenza di un riscaldatore che deve:

- far rimanere costante a 40° la temperatura dell’ambiente.

-avere un m.d.f.>=60° ed essere stabile.

-mantenere l’Errore=<10% in presenza di disturbi all’uscita.

La potenza termica da fornire al sistema per raggiungere i 40 °C quando la temperatura esterna è di 20°C è di 1 KW.

CENNI TEORICI: Il circuito, da codice, misura la temperatura di un ambiente con il traduttore di temperatura (THT11) per poi mostrarne il valore su un display (LCD 16x2I). Per regolare la saturazione del display utilizziamo un dimmer, un regolatore elettronico utilizzato per controllare la potenza elettrica assorbita da un carico (limitandola a piacimento). A seconda del valore di temperatura letto, i led rosso e blu si accenderanno se l’ambiente si trova al di sotto del valore di riferimento di temperatura (40°C) oppure al di sopra.

Riporto, adesso, lo schema di montaggio realizzato su TinkerCAD:

schema di montaggio (TinkerCAD)

https://www.tinkercad.com/things/2ARC0BZ4fQL-controllore-pid

Segue la vista schematica dei collegamenti:

vista schematica

ESECUZIONE: Abbiamo realizzato questo circuito a coppia. Per prima cosa abbiamo preso una delle breadboard predisposte dal professore di laboratorio e abbiamo cominciato a montare secondo lo schema di montaggio che si trova su Classroom, fornito dal professore di teoria. Una volta esserci assicurati del corretto assemblaggio del sistema di regolazione di temperatura, prima di collegare Arduino al PC e quindi dargli tensione, verifichiamo che i componenti più a rischio non siano in cortocircuito. Dopo esserci accertati di non danneggiare il circuito, abbiamo collegato con una USB-ArduinoR3 il circuito al pc, con il quale abbiamo caricato il codice grazie all’app di Arduino IDE.

CONCLUSIONI: Nonostante il circuito sia corretto, abbiamo riscontrato problemi nella segnalazione del valore di temperatura da parte dell’LCD che segnava costantemente 448,54°C. Questa lettura sbagliata della temperatura dell’ambiente porta i due LED (rosso e blu) a non accendersi, come da programma. Programma che abbiamo dovuto modificare a proposito del calcolo della temperatura e aggiungendo la libreria per il THT11 (il nostro trasduttore di temperatura). La resistenza non si scaldava.

EDUCAZIONE CIVICA: Questi sistemi di termoregolazione sono di classe V, cioè un termostato d’ambiente modulante in grado di regolare il funzionamento della caldaia sia in base alla temperatura impostata sia in base a quella ambientale. I sistemi di termoregolazione evoluti presentano una serie di vantaggi tra cui:

• maggior comfort interno (comodi da montare, occupano poco spazio, facile capirne i dati raccolti);
• elevata efficienza energetica (risparmio energetico);
• semplicità di controllo delle funzioni di riscaldamento e raffreddamento;
• risparmio sui costi
• maggiore flessibilità a seconda delle esigenze degli utenti.;
• possibilità di controllare e regolare la temperatura delle singole zone in modo differenziato e/o automatizzato. (la termoregolazione può essere di zona o per singolo ambiente)

-Di zona = un termostato controlla simultaneamente il calore in più locali

- Per singolo ambiente = sono presenti valvole termostatiche che regolano la temperatura agendo direttamente su ciascun corpo scaldante.

Il sistema di termoregolazione fa sì che gli impianti termici eroghino il calore strettamente necessario al raggiungimento delle condizioni termiche predefinite dagli utenti.

La corretta progettazione non è un’operazione semplicissima: bisogna definire dati di progetto e scegliere i corretti componenti. Per questo, sono presenti dei software per la termoregolazione che possiamo utilizzare nel progetto.

Con tutti i problemi riguardanti gli sprechi ambientali, energetici, e molti altri, questi nuovi sistemi di regolazione di temperatura ci aiutano a tenere più “in forma” il nostro pianeta, vittima delle nostre non curanze.

Di Lisio Francesco

PROVA DI LABORATORIO DI SISTEMI

OBBIETTIVO

Progettazione, simulazione e realizzazione di un sistema per il controllo della temperatura di un ambiente.

Bisogna realizzare un sistema di controllo della temperature con le seguenti caratteristiche:

1) La temperatura deve rimanere costante a 32°

2) l'errore provocato da disturbi sull'uscita assimilabili ad un gradino unitario non deve superare il 10%

3) il sistema deve essere stabile

COMPONENTI UTILIZZATI

Arduino Uno R3 220 Ω Potenziometro 220 Ω Resistenza 220 Ω Resistenza 220 Ω Resistenza Sensore di temperatura [THT11] LED Rosso LED Blu Display LCD 16x2 Resistenza di potenza

SCHEMA DI MONTAGGIO

SCHEMA UNIFILARE

SCHEMA A BLOCCHI

Nella prova il compito di regolatore lo svolge Arduino Uno R3, quello del modulo di potenza una resistenza di potenza e la funzione di trasduttore di temperatura lo svolge il sensore DHT11.

SIMULAZIONE

Prima di procedere con la realizzazione circuitale del sistema, è stata eseguita una simulazione del sistema utilizzando software di simulazione Tinkercad . Questa fase è cruciale serve per verificare il corretto funzionamento del sistema e individuare eventuali problemi prima della realizzazione circuitale.

ESECUZIONE DELLA PROVA

Una volta completata la fase di simulazione e verificato il corretto funzionamento del sistema, si è proceduto con la realizzazione circuitale del sistema. Sono stati collegati il sensore di temperatura, il display e il microcontrollore Arduino seguendo lo schema di montaggio realizzato in precedenza.

Successivamente, è stato caricato il software di controllo sul microcontrollore Arduino. Questo software legge costantemente i dati dal sensore di temperatura. Prima di caricare il programma definitivo è stato necessario modificare alcune stringhe di codice visto che il sensore usato durante la simulazione è un sensore analogico e quello istallato per fare la prova è digitale.

Una volta completato il cablaggio e il caricamento del software, il sistema è stato testato. Sono stati effettuati test per valutare la precisione del controllo della temperatura, la reattività del sistema e la sua affidabilità nel mantenere la temperatura desiderata nell'ambiente di riferimento.

CONCLUSIONI

Il sistema realizzato non ha funzionato perfettamente al primo tentativo ma dopo aver modificato il codice dove necessario il sistema di regolazione della temperatura ha funzionato perfettamente.

EDUCAZIONE CIVICA

I sistemi di controllo della temperatura sono importanti per garantire che gli ambienti siano sicuri e confortevoli per le persone che vi si trovano. Questi sistemi possono essere utilizzati in diversi contesti, come ad esempio negli edifici, nei veicoli e nelle attrezzature industriali.

Nel contesto dell'educazione civica, è importante comprendere come funzionano i sistemi di controllo della temperatura e come possono influenzare la nostra vita quotidiana. Ad esempio, un buon sistema di riscaldamento e di condizionamento dell'aria in un edificio può contribuire al benessere e alla produttività delle persone che vi lavorano.

Inoltre, è importante anche essere consapevoli dei potenziali rischi legati a un cattivo funzionamento dei sistemi di controllo della temperatura, come ad esempio l'eccessivo surriscaldamento di un ambiente o il possibile rischio di incendi. Per questo motivo, è fondamentale che i sistemi di controllo della temperatura siano regolarmente manutenuti e controllati da professionisti qualificati.

Infine, è importante anche essere consapevoli dell'impatto ambientale dei sistemi di controllo della temperatura, in particolare per quanto riguarda il consumo di energia. Utilizzare sistemi di controllo della temperatura efficienti e scegliere fonti di energia sostenibili può contribuire a ridurre l'impatto ambientale e a promuovere uno stile di vita più sostenibile.

Graziano Costantini

Obiettivo della prova di laboratorio

Progettazione, simulazione e realizzazione di un sistema per il controllo della temperatura di un ambiente. Si richiede di progettare un sistema di controllo della temperatura di un ambiente che deve essere mantenuta costante modulando la potenza fornita da un riscaldatore e che rispetti le seguenti caratteristiche:

1. la temperatura deve rimanere costante a 32 °C;
2. in presenza di disturbi sull’uscita assimilabili a un segnale a gradino unitario l’errore che ne consegue non deve superare la soglia del 10%;
3. il sistema deve essere stabile con un margine di fase di almeno 60°.

Si conoscono inoltre le caratteristiche del sistema:

Tabella dei componenti

Schema a blocchi del sistema per il controllo della temperatura

Schema a blocchi

Nella nostra prova il compito di "regolatore" l'ha svolta Arduino Uno R3, quella del "modulo di potenza" un utilizzatore e la funzione del trasduttore di temperatura l'ha svolta il DHT11.

In seguito sono riportati: la tabella strumenti, lo schema unifilare e infine lo schema di montaggio.

Schema Unifilare

Schema di montaggio

Esecuzione della prova

Inizialmente ci siamo dei muniti dei componenti necessari e ho montato il circuito sulla breadboard e sulla scheda Arduino come da schema di montaggio; successivamente ho inserito il codice sull’applicazione Arduino IDE tramite il computer modificandolo dal file del professore e dopo averlo configurato con Arduino ho verificato che il circuito funzionasse.

Conclusioni

Ho riscontrato problemi riguardanti la temperatura rilevata dal sensore che poi veniva riportata sul display, la temperatura era fissa su due valore, 0° ed a intermittenza 27° e -27°

Educazione civica

I sistemi per il controllo della temperatura lavorano in maniera diversa a seconda che siano automatici o manuali:

• se il sistema è automatico tutti i parametri climatici necessari sono rilevati da appositi sensori, che inviano informazioni al sistema e ne determinano la conseguente regolazione;
• se la regolazione è manuale quando gli utenti intervengono direttamente sulle impostazioni di funzionamento.

In ogni caso, i parametri rilevati sono definiti a seconda delle preferenze dell’utente, che definisce dei “set point”. Il sistema di controllo deve confrontare la temperatura ambiente con il valore di set point e di conseguenza far aumentare o diminuire la potenza termica emessa dai corpi scaldanti. Per poter gestire la temperatura, è dunque necessario un termostato collegato ad un meccanismo che confronta la temperatura rilevata con quella dell’intervallo di temperature prestabilito. Se la temperatura rilevata è maggiore, il sistema di riscaldamento si spegnerà, se invece è inferiore il riscaldamento entrerà in funzione per portare l’ambiente alla temperatura desiderata.

Questo sistema ci permette di risparmiare molta energia e di conseguenza di ammortizzare i costi di riscaldamento. Un esempio pratico molto utile per rendere l’idea è quello di un istituto d’istruzione pubblico nel quale i termosifoni non essendo controllati con un sistema di controllo aggiornato si attivano in base all’orario di apertura del plesso. Questo fa si che loro non tengono conto di una moltitudine di fattori importanti, il primo è la temperatura esterna, a volte sono spenti quando fa freddo mentre altre volte restano accesi quando fa caldo o c’è la finestra aperta per il calore, un altro fattore è la presenza o meno degli alunni ed il numero di alunni presenti nell’aula che con un sistema aggiornato sarebbero invece valori tenuti in considerazione. Ecco che un sistema di controllo all’avanguardia trova una perfetta applicazione in questi ambiti ,considerando il numero dei dispositivi di riscaldamento e il risparmio legato all'uso intelligenti di esso.

Alessandro Baboro

OBIETTIVO: PROGETTAZIONE, SIMULAZIONE, E REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA PER IL CONTROLLO DELLA TEMPERATURA

doveva essere realizzato un sistema con il quale:

• la temperatura deve rimanere costante a 40°
• in presenza di disturbi sull’uscita assimilabili a un segnale a gradino unitario l’errore che ne consegue non deve superare la soglia del 10%
• il sistema deve essere stabile con un margine di fase di almeno 60°
• la potenza termica da fornire al sistema per raggiungere i 40 °C quando la temperatura esterna è di 20 °C risulta pari a 1 KW

per realizzare questo sistema di controllo sono stati utilizzati i seguenti componenti:

• una lampada e un dimmer utilizzati come modulo di potenza

• sensore di temperatura TMP36 con tensione a 0,5 V a 0°
• generatore di tensione pari a 10v
• bread board e arduino le costanti di tempo e di guadagno per i vari componenti sono:
• modulo di potenza: ha una costante di guadagno pari a 200 W/V e una costante di tempo pari a 10 ms
• il sistema controllato ha una costante di tempo pari a 10.000 s;
• il sensore di temperatura ha una costante di guadagno pari a 10 mV/°C e una costante di tempo pari a 100 s

il sistema viene realizzato seguendo questo schema a blocchi:

schema a blocchi

schema di montaggio:

circuito elettrico pid

cenni teorici: I regolatori PID, acronimo di "Proporzionale-Integrale-Derivativo", sono un tipo di regolatori utilizzati comunemente nei sistemi di controllo automatico. Questi regolatori sono ampiamente impiegati in una vasta gamma di applicazioni industriali, dal controllo della temperatura e della pressione alla regolazione della velocità di un motore.

PID sta per: proporzionale, integrale e derivata

Proporzionale (P): Questo componente genera un'uscita proporzionale all'errore attuale, cioè la differenza tra il valore desiderato e il valore effettivo del processo controllato.

Integrale (I): Questo componente considera la storia degli errori nel tempo e genera un'uscita proporzionale alla somma cumulativa di questi errori nel tempo.

Derivativo (D): Questo componente genera un'uscita proporzionale alla velocità di cambiamento dell'errore nel tempo.

Combinando questi tre componenti in modo opportuno, un controllore PID può regolare un sistema in modo efficace e preciso.

esecuzione della prova:

prima di realizzare il circuito, è stato realizzato su tinkercad per verificare il corretto funzionamento dei collegamenti e il corretto funzionamento del programma arduino.

Dopo aver verificato le seguenti cose si passa a realizzare il circuito con i componenti e la breadboard, dopo averlo fatto si scrive il codice sull’app di arduino e dopo aver scaricato la libreria necessaria si passa a collaudare il circuito. dopo aver modificato il codice affinchè funzioni correttamente per le operazioni richieste si può collaudare il tutto.

conclusioni:

dopo aver eseguito correttamente il montaggio del circuito e la scrittura del codice durante il collaudo sono stati riscontrati dei problemi per quanto riguarda la temperatura rilevata, sul display veniva segnato il valore costante di 0°.

educazione civica:

I sistemi di controllo giocano un ruolo importante nel contrasto ai cambiamenti climatici in diversi modi:

Efficienza energetica: I sistemi di controllo vengono utilizzati per ottimizzare l'efficienza energetica nei processi industriali, negli edifici e nei trasporti. monitorando e regolando i consumi energetici è possibile ridurre gli sprechi e le emissioni dei gas serra

Gestione delle risorse: I sistemi di controllo vengono impiegati per la gestione sostenibile delle risorse naturali, come l'acqua e l'agricoltura, anche ad esempio attraverso l'automazione.

Energia rinnovabile e stoccaggio dell'energia: I sistemi di controllo sono essenziali per l'integrazione efficace delle fonti di energia rinnovabile, come il solare e l'eolico, nella rete elettrica. Questi sistemi consentono di gestire la variabilità delle energie rinnovabili e di bilanciare la domanda e l'offerta di energia attraverso il controllo degli impianti di stoccaggio dell'energia.

Mobilità sostenibile: I sistemi di controllo sono fondamentali per lo sviluppo e la gestione dei veicoli elettrici, dei sistemi di trasporto pubblico intelligente e delle infrastrutture di ricarica. contribuiscono a ridurre le emissioni di gas serra nel settore dei trasporti, che è uno dei settori che inquina di più.

Monitoraggio ambientale: I sistemi di controllo vengono utilizzati per il monitoraggio ambientale, consentendo di raccogliere dati in tempo reale sulla qualità dell'aria, dell'acqua e del suolo. questi dati vengono poi usati per attuare cambiamenti per migliorare la situazione.

i sistemi di controllo sono strumenti fondamentali per promuovere la sostenibilità e mitigare i cambiamenti climatici, consentendo una gestione più efficiente delle risorse e una riduzione delle emissioni di gas serra.

PAOLUCCI CRISTIAN

Introduzione

Il controllo della temperatura è un aspetto fondamentale in molteplici contesti, sia industriali che domestici. La progettazione di un sistema efficiente per il controllo della temperatura di un ambiente richiede l'utilizzo di dispositivi elettronici e software appropriati. In questo contesto, il microcontrollore Arduino si presenta come una buona soluzione per implementare sistemi di controllo automatizzati.

inoltre i controlli di temperatura svolgono un ruolo fondamentale nel migliorare l'efficienza energetica e ridurre l'impatto ambientale in diversi contesti.

Progettazione

La progettazione del sistema di controllo della temperatura comprende diversi aspetti chiave, tra cui la scelta dei sensori di temperatura, la progettazione del circuito di controllo e lo sviluppo del software di controllo.

Per il rilevamento della temperatura, si è optato per l'utilizzo del sensore di temperatura digitale DHT11 ,compatibile con Arduino.

Per migliorare il monitoraggio del sistema di controllo della temperatura, è stato aggiunto un display LCD. Questo display mostrerà la temperatura attuale rilevata dal sensore di temperatura, consentendoci di monitorare facilmente le variazioni di temperatura all'interno dell'ambiente.

Simulazione

Prima di procedere con la realizzazione fisica del sistema, è stata eseguita una simulazione del sistema utilizzando software di simulazione Arduino ovvero Tinkercad . Questa fase è cruciale per verificare il corretto funzionamento del sistema e individuare eventuali problemi prima dell'implementazione fisica.

Realizzazione

Una volta completata la fase di simulazione e verificato il corretto funzionamento del sistema, si è proceduto con la realizzazione fisica del sistema utilizzando componenti reali. Sono stati collegati il sensore di temperatura, il display e il microcontrollore Arduino seguendo il circuito progettato in precedenza.

Successivamente, è stato caricato il software di controllo sul microcontrollore Arduino. Questo software legge costantemente i dati dal sensore di temperatura.

Una volta completata l'assemblaggio e il caricamento del software, il sistema è stato testato in condizioni reali. Sono stati effettuati test per valutare la precisione del controllo della temperatura, la reattività del sistema e la sua affidabilità nel mantenere la temperatura desiderata nell'ambiente di riferimento.

Conclusioni

In conclusione, la progettazione, la simulazione e la realizzazione di un sistema di controllo della temperatura utilizzando Arduino come controllore principale è risultato funzionale. L'utilizzo di Arduino consente di implementare sistemi di controllo personalizzati e adattabili a una vasta gamma di applicazioni. Tuttavia, è fondamentale prestare attenzione alla progettazione e alla fase di test per garantire il corretto funzionamento del sistema. Inoltre il sistema arduino può essere facilmente esteso e migliorato e integrato con altri dispositivi o sistemi.

Relazione di Galasso Paol0

Scopo della prova: Realizzazione tramite regolatore PID ed arduino di un controllore di temperatura.

introduzione

Per questa prova di laboratorio il principio di base utilizzato per creare il controllore di temperatura è quello del regolatore PID (Proporzionale-Integrale-Derivata), in grado di compensare la resistenza e la capacità termica per ottenere un controllo preciso della temperatura.

Nel test di laboratorio che abbiamo effettuato, l'obiettivo era quello di creare un sistema di controllo della temperatura che deve essere mantenuta costante regolando la potenza fornita da un riscaldatore resistivo e rispondere a determinate specifiche: la temperatura deve rimanere costante a 32 °C, i disturbi all'uscita dovuti ad un gradino unitario, il loro errore risultante non deve superare la soglia del 10%, il sistema deve essere stabile con uno scarto di fase di almeno 60°.

Simulazione e Progettazione

Prima di effettuare la prova abbiamo prima effettuato una simulazione su tinkercad con tutti i relativi componenti tranne che la lampadina, non avendola a disposizione abbiamo utilizzato una resistenza che per effetto joule produceva calore.

TABELLA COMPONENTI:

SIMULAZIONE TINKERCAD:

Una volta completata la fase di simulazione e verificata la corretta funzionalità del sistema, si inizia la realizzazione fisica del sistema utilizzando componenti reali. Collega il sensore di temperatura, il display e il microcontrollore Arduino secondo il circuito pre-progettato, con l'eccezione della lampadina come detto in precedenza cambiata con una resistenza .Successivamente, carica il software di controllo sul microcontrollore Arduino. Il software legge continuamente i dati dal sensore di temperatura. Una volta assemblato e caricato il software, il sistema viene testato in condizioni reali. Sono stati condotti test per valutare l'accuratezza del controllo della temperatura, la reattività del sistema e l'affidabilità nel mantenimento della temperatura richiesta in un ambiente di riferimento.

Conclusioni

Nonostante abbiamo montato tutto come da schema, abbiamo riscontrato dei problemi con la resistenza che non si scaldava e dunque non abbiamo ricevuto nessun valore dal trasduttore.

Considerazioni sull'importanza dei sistemi automatici sul risparmio di energia

I sistemi automatici giocano un ruolo chiave nel risparmio energetico grazie alla capacita di ottimizzare l'uso delle risorse in tempo reale, riducendo sprechi e migliorando l'efficienza. Questi sistemi possono regolare l'illuminazione, il riscaldamento/raffreddamento e altri processi per adattarsi alle esigenze specifiche, riducendo così il consumo energetico. Inoltre, possono integrare fonti di energia rinnovabile e gestire la distribuzione dell'energia in modo più intelligente, contribuendo ad una riduzioni dei costi generali di emissione.

Terreri Daniele

OBIETTIVO: Progettazione, simulazione e realizzazione di un sistema per il controllo ella temperatura

CENNI TEORICI

Il controllore PID è in grado di compensare la resistenza e la capacità termica nei sistemi per ottenere un controllo preciso della temperatura

Per realizzare un sistema di controllo di temperatura costante con modulazione di potenza bisogna mantenere tali parametri e caratteristiche:

A. la temperatura deve rimanere costante a 40°

B. l'errore in presenza di disturbi sull'uscita ammissibili a un segnale a gradino unitario non deve superare il 10%

C. il sistema deve essere stabile con un margine di fase di almeno 60°

D. il modulo di potenza costituito da una lampada e da un dimmer ha una costante di guadagno pari a 200 W/V e una costante di tempo pari a 10 ms

E. la potenza termica da fornire al sistema per raggiungere i 40 °C quando la temperatura esterna è di 20 °C risulta pari a 1 KW;

F. la costante di tempo del sistema è pari a 10.000 s

G. il sensore di temperatura è un sensore TMP36 che presenta le seguenti caratteristiche: fornisce una tensione di 0.5 V a 0 °C, ha una costante di guadagno pari a 10 mV/°C e una costante di tempo pari a 100 s;

H. bisogna utilizzare un generatore di tensione costante pari a 10 V

Questo regolatore può gestire sia fonti di riscaldamento che di raffreddamento, ma bisogna tener conto delle varie fonti di errori.

Viene definito PID dalle tre azioni che svolge: proporzionale, integrativa, derivata. Come per le reti correttrici lo scopo è quello di stabilizzare il sistema, ovvero risolvere i problemi di stabilità, margine di fase, prontezza di risposta.

ELENCO COMPONENTI E STRUMENTI

breadboard;

microcontrollore;

sensore di temperatura;

LED;

trimmer;

arduino UNO R3;

resistenze da 220 ohm;

lampadina.

ESECUZIONE

Il circuito è stato realizzato a coppia ed abbiamo eseguito il montaggio sulla breadboard come da schema. Prima di dare tensione collegando Arduino al PC abbiamo verificato che il sistema di regolazione di temperatura fosse assemblato in maniera corretta e che i vari componenti non fossero in cortocircuito. Dopo queste varie verifiche tramite il cavo USB-Arduino3 abbiamo collegato il circuito al PC e caricato il sistema sull'app Arduino IDE.

CONCLUSIONI

Il collaudo e la simulazione del sistema hanno ottenuto i risultati sperati con un segnale di 0°

EDUCAZIONE CIVICA

I sistemi di controllo per la temperatura sono sviluppati con tecnologie che mirano alla sostenibilità ambientale in vari modi. L'efficienza energetica che offrono i sistemi di controllo favorisce il risparmio e riduce gli sprechi nei vari settori dove sono applicati ( processi industriali e trasporti su tutti). Tali sistemi sono fondamentali nell'uso di energie rinnovabili ( solare, eolico) e nella gestione delle risorse ( acqua, agricoltura). Per favorire queste modalità sostenibili è quindi fondamentale l'applicazione di questi controllori attraverso l'automazione e il monitoraggio, perchè siamo in grado di raccoglie in tempo reale dati statistici utilizzati per ottimizzare le infrastrutture, i macchinari industriali, automobili elettriche e molti altre tecnologie.

Insomma, i sistemi di controllo sono fondamentali per lo sviluppo ecosostenibile della società e per limitare la produzione di gas serra e frenare il cambiamento climatico.

Alessio Marinelli

La base teorica matematica dei controllori PID è in grado di compensare la resistenza termica e la capacità termica nei sistemi per ottenere un controllo preciso della temperatura. Il controllo della temperatura PID può controllare sia una fonte di riscaldamento sia di raffreddamento. Molti di questi controlli PID commerciali sono in grado di regolare automaticamente i coefficienti Kp, Ki, Kd per ottenere prestazione ottimali.

Per una progettazione del sistema di controllo della temperatura si compiono alcuni passaggi, cioè:

-Scegliere i sensori di temperatura

-Progettare il circuito di controllo

-Sviluppare il software di controllo

Per rilevare la temperatura abbiamo utilizzato il sensore digitale DH11, compatibile con Arduino. Il DH11 rileva il vapore acqueo misurando la resistenza elettrica tra due elettrodi. Il componente di rilevamento dell'umidità è un substrato di contenimento dell'umidità, con elettrodi applicati sulla superficie. Quando il vapore entra nel substrato, gli ioni vengono rilasciati dal

substrato e quindi aumenta la conduttività tra gli elettrodi. Il cambiamento di resistenza tra i due elettrodi è proporzionale all'umidità relativa. Più è elevata l'umidità relativa più bassa è la resistenza tra gli elettrodi, e viceversa. Il DH11 misura la temperatura con un sensore di temperatura NTC (termistore) montato in superficie. Questo circuito permette di visualizzare in tempo reale, tramite display, la temperatura in una determinata stanza o in un ambiente. Ad esempio, questo circuito viene utilizzato in particolare nelle serre.

MATTIA DI FRANCESCO

Il controllo della temperatura è un aspetto fondamentale in molteplici contesti, sia industriali che domestici. La progettazione di un sistema efficiente per il controllo della temperatura di un ambiente richiede l'utilizzo di dispositivi elettronici e software appropriati. In questo contesto, il microcontrollore Arduino si presenta come una buona soluzione per implementare sistemi di controllo automatizzati. Inoltre i controlli di temperatura svolgono un ruolo fondamentale nel migliorare l'efficienza energetica e ridurre l'impatto ambientale in diversi contesti.

doveva essere realizzato un sistema con il quale:

• la temperatura deve rimanere costante a 40°
• in presenza di disturbi sull’uscita assimilabili a un segnale a gradino unitario l’errore che ne consegue non deve superare la soglia del 10%
• il sistema deve essere stabile con un margine di fase di almeno 60°
• la potenza termica da fornire al sistema per raggiungere i 40 °C quando la temperatura esterna è di 20 °C risulta pari a 1 KW

per realizzare questo sistema di controllo sono stati utilizzati i seguenti componenti:

• una lampada e un dimmer utilizzati come modulo di potenza

• sensore di temperatura TMP36 con tensione a 0,5 V a 0° generatore di tensione pari a 10v
• bread board e arduino le costanti di tempo e di guadagno per i vari componenti sono:
• modulo di potenza:ha una costante diguadagno pari a 200 W/V e una costante di tempo pari a 10 ms
• il sistema controllato ha una costante di tempo pari a 10.000 s;
• il sensore di temperatura ha una costante di guadagno pari a 10 mV/°C e una costante di tempo pari a 100 s

Tabella componenti

Simulazione

Prima di procedere con la realizzazione fisica del sistema, è stata eseguita una simulazione del sistema utilizzando software di simulazione Arduino ovvero Tinkercad .

Realizzazione

Sono stati collegati il sensore di temperatura, il display e il microcontrollore Arduino seguendo il circuito progettato in precedenza. Questo software legge costantemente i dati dal sensore di temperatura. Sono stati effettuati test per valutare la precisione del controllo della temperatura, la reattività del sistema e la sua affidabilità nel mantenere la temperatura desiderata nell'ambiente di riferimento.

Conclusioni

In conclusione, la progettazione, la simulazione e la realizzazione di un sistema di controllo della temperatura utilizzando Arduino come controllore principale è risultato funzionale. L'utilizzo di Arduino consente di implementare sistemi di controllo personalizzati e adattabili a una vasta gamma di applicazioni.

Ruolo dei sistemi automatici nel risparmio dell'energia

Il sistema di controllo deve confrontare la temperatura ambiente con il valore di set point e di conseguenza far aumentare o diminuire la potenza termica emessa dai corpi scaldanti. Per poter gestire la temperatura, è dunque necessario un termostato collegato ad un meccanismo che confronta la temperatura rilevata con quella dell’intervallo di temperature prestabilito. Se la temperatura rilevata è maggiore, il sistema di riscaldamento si spegnerà, se invece è inferiore il riscaldamento entrerà in funzione per portare l’ambiente alla temperatura desiderata. Questo fa si che loro non tengono conto di una moltitudine di fattori importanti, il primo è la temperatura esterna, a volte sono spenti quando fa freddo mentre altre volte restano accesi quando fa caldo o c’è la finestra aperta per il calore, un altro fattore è la presenza o meno degli alunni ed il numero di alunni presenti nell’aula questo ci permette di risparmiare molto economicamente. I sistemi di controllo sono inoltre fondamentali per uno sviluppo sostenibile consentendo una gestione delle risorse molto più efficienti inoltre questi sistemi consentono di gestire la variabilità delle energie rinnovabili e di bilanciare la domanda e l'offerta di energia attraverso il controllo degli impianti di stoccaggio dell'energia.

Francesco Cirotti

Francesco Cirotti: Nella prova di laboratorio che abbiamo effettuato lo scopo era quello di realizzare un sistema di controllo della temperatura che deve essere mantenuta costante modulando la potenza fornita da un riscaldatore a resistenza e che risponda a determinate specifiche: la temperatura deve rimanere costante a 32 °C; in presenza di disturbi sull’uscita assimilabili a un segnale a gradino unitario l’errore che ne consegue non deve superare la soglia del 10%; il sistema deve essere stabile con un margine di fase di almeno 60°.

Nella nostra prova di laboratorio abbiamo usato come regolatore arduino che fungeva da PID,come modulo di potenza  la resistenza utilizzata al posto della lampadina e come trasduttore di temperatura il DHT11.

schemi e componenti:

quantità componente 1 arduino uno R3 1 rosso led 1 blu led 3 220 ohm resistenze 1 250 kohm potenziomentro 1 sensore di temperatura dht11 1 lcd 16*2 1 lampadina(sulla breadboard abbiamo utilizzato un resistore) 1 breadboard

esecuzioni e conclusioni: Una volta presi tutti i componenti ed averli montati sulla breadboard abbiamo effettuato tutti i collegamenti come da schema. In seguito abbiamo realizzato il codice e abbiamo provato il circuito ma abbiamo riscontrato dei problemi nel funzionamento ovvero il display mostrava una temperatura diversa rispetto a quella effettiva.

capitolo educazione civica: I sistemi automatici giocano un ruolo fondamentale nel risparmio energetico e nella riduzione dell’inquinamento attraverso la progettazione e realizzazione di sistemi di controllo della temperatura. Ottimizzazione del Consumo Energetico: I sistemi automatici possono monitorare e regolare la temperatura in modo più efficiente rispetto all’intervento manuale. Ad esempio, un sistema di riscaldamento o raffreddamento può adattarsi alle condizioni esterne e interne, riducendo gli sprechi energetici. La programmazione intelligente consente di attivare o disattivare il riscaldamento o il condizionamento solo quando necessario, evitando il funzionamento inutilmente prolungato. La termoregolazione degli impianti termici può essere di zona (un termostato controlla simultaneamente il calore in più locali) o per singolo ambiente, ovvero dove sono presenti valvole termostatiche che regolano la temperatura agendo direttamente su ciascun corpo scaldante. La corretta progettazione di sistemi di termoregolazione consente un reale risparmio di energia e di costi.

Controllo Preciso della Temperatura: I sistemi automatici possono mantenere la temperatura desiderata con grande precisione. Questo è cruciale per ambienti sensibili, come celle frigorifere o laboratori. La regolazione continua garantisce che la temperatura rimanga costante, riducendo gli sbalzi termici e l’energia sprecata. Riduzione degli Errori Umani: Gli interventi manuali possono comportare errori, come dimenticare di spegnere il riscaldamento o lasciare aperte finestre durante il condizionamento. I sistemi automatici minimizzano questi errori, contribuendo al risparmio energetico. Integrazione con Fonti Rinnovabili: I sistemi automatici possono coordinare l’uso di fonti di energia rinnovabile, come pannelli solari o pompe di calore, per riscaldare o raffreddare gli ambienti.Questo contribuisce alla riduzione dell’inquinamento legato alle fonti di energia tradizionali. Incentivi Fiscali: In molti paesi, gli investimenti in sistemi di risparmio energetico possono beneficiare di agevolazioni fiscali. Questi incentivi incoraggiano l’adozione di tecnologie più efficienti. In sintesi, i sistemi automatici offrono un contributo significativo per un mondo più sostenibile, migliorando il comfort e riducendo l’impatto ambientale. La termoregolazione degli impianti termici è un sistema per la regolazione automatica della temperatura ambiente. Il sistema di termoregolazione fa sì che gli impianti termici eroghino il calore strettamente necessario al raggiungimento delle condizioni di comfort termico definite dagli utenti. Sistema di termoregolazione: Un sistema di termoregolazione funziona grazie all’interconnessione di diversi dispositivi: un termostato; un sistema di sensori; una centralina di termoregolazione. I sistemi di termoregolazione lavorano in maniera diversa a seconda che siano automatici o manuali: se il sistema è automatico, tutti i parametri climatici necessari sono rilevati da appositi sensori, che inviano informazioni al sistema e ne determinano la conseguente regolazione; se la regolazione è manuale, gli utenti intervengono direttamente sulle impostazioni di funzionamento. In ogni caso, i parametri rilevati sono definiti a seconda delle preferenze dell’utente, che definisce dei “set point”. Il sistema di termoregolazione deve confrontare continuamente la temperatura ambiente con il valore di set point e di conseguenza far aumentare o diminuire la potenza termica emessa dai corpi scaldanti. Per poter gestire la temperatura, è dunque necessario un termostato collegato ad un meccanismo che confronta la temperatura rilevata con quella dell’intervallo di temperature prestabilito. Se la temperatura rilevata è maggiore, il sistema di riscaldamento si spegnerà, se invece è inferiore il riscaldamento entrerà in funzione per portare l’ambiente alla temperatura desiderata.

Davide Galvan

Il controllore PID è un algoritmo di regolazione da impiegarsi in sistemi di controllo ad anello chiuso. Il PID regola l'uscita in base a tre componenti: il valore del segnale di errore (azione proporzionale), i valori passati del segnale di errore (azione integrale), e quanto velocemente il segnale di errore varia (azione derivativa).

L'obiettivo della nostra prova è di realizzare un sistema di controllo della temperatura che deve essere mantenuta costante modulando la potenza fornita da un riscaldatore a resistenza e che risponda a determinate specifiche:

1)La temperatura deve rimanere costante a 40 °C;

2)In presenza di disturbi sull’uscita assimilabili a un segnale a gradino unitario l’errore che ne consegue non deve superare la soglia del 10%;

3)Il sistema deve essere stabile con un margine di fase di almeno 60°.

Si conoscono inoltre le caratteristiche del sistema:

1)Il modulo di potenza, costituito da una lampada e da un dimmer, ha una costante di guadagno pari a 200 W/V e una costante di tempo pari a 10 ms;

2)La potenza termica da fornire al sistema per raggiungere i 40 °C quando la temperatura esterna è di 20 °C risulta pari a 1 KW;

3)Il sistema controllato ha una costante di tempo pari a 10.000 s;

Per la realizzazione di questo circuito abbiamo utilizzato diversi componenti:

1) Arduino R3

2) 3 resistenze da 220 ohm

3) 1 potenziometro da 250 kohm

4) 1 led blu

5) 1 led rosso

6) breadboard

7)un lcd16*2

8) un sensore di temperatura dh11

Schema del circuito su tinkercad

Nel nostro caso abbiamo usato:

-Arduino come controllore PID

- come modulo di potenza abbiamo usato una resistenza di potenza al posto della lampada

-il sistema termico è l'ambiente da riscaldare e tenere ad una temperatura controllata

-il trasduttore di temperatura è il sensore di temperatura dh11

ESECUZIONE DELLA PROVA

Dopo esserci muniti di tutti gli strumenti e i componenti necessari abbiamo montato il circuito come schema di montaggio e successivamente caricato il codice condiviso dal professore su Arduino. Il codice però non si adattava ai componenti utilizzati e quindi è stato modificato in alcune parti.

Conclusione

Durante la simulazione della prova, nonostante il circuito sia stato montato in maniera corretta, abbiamo comunque riscontrato un problema nella lettura del valore di temperatura che rimaneva fisso a 13°.

EDUCAZIONE CIVICA

I sistemi di controllo giocano un ruolo fondamentale per la lotta ai cambiamenti climatici:

Energia rinnovabile e stoccaggio dell'energia: I sistemi di controllo sono essenziali per l'integrazione efficace delle fonti di energia rinnovabile, come il solare e l'eolico, nella rete elettrica. Questi sistemi consentono di gestire la variabilità delle energie rinnovabili e di bilanciare la domanda e l'offerta di energia.

Gestione delle risorse: I sistemi di controllo vengono impiegati per la gestione sostenibile delle risorse naturali, come l'acqua e l'agricoltura, anche ad esempio attraverso l'automazione.

Efficienza energetica: I sistemi di controllo vengono utilizzati per ottimizzare l'efficienza energetica nei processi industriali, negli edifici e nei trasporti. monitorando e regolando i consumi energetici è possibile ridurre gli sprechi e le emissioni dei gas serra.

I sistemi di controllo si dividono in:

-Sistemi automatici quando i parametri  necessari sono rilevati da appositi sensori, che inviano informazioni al sistema e ne determinano la conseguente regolazione;

-Sistemi manuali quando sono gli utenti a modificare manualmente i parametri

I parametri rilevati sono definiti a seconda delle preferenze dell’utente, che definisce dei set point. Il sistema di controllo deve confrontare la temperatura ambiente con il valore di set point e di conseguenza far aumentare o diminuire la potenza termica emessa dai corpi scaldanti. Per poter gestire la temperatura, è dunque necessario un termostato collegato ad un meccanismo che confronta la temperatura rilevata con quella dell’intervallo di temperature prestabilito. Se la temperatura rilevata è maggiore, il sistema di riscaldamento si spegnerà, se invece è inferiore il riscaldamento entrerà in funzione per portare l’ambiente alla temperatura desiderata.

Un esempio che fa capire il funzionamento è l’accensione o lo spegnimento automatico in un qualsiasi luogo pubblico che, a seconda della temperatura desiderata l’impianto termico si accende o si spegne.

RICCARDO PESCE

SCOPO DELLA PROVA

L'obiettivo era sviluppare un sistema di controllo della temperatura che regoli la potenza fornita da un riscaldatore a resistenza per mantenere costante la temperatura a 32 °C. Il sistema deve essere in grado di rispondere ai disturbi sull'uscita, come un segnale a gradino unitario, assicurando che l'errore non superi il 10%. Inoltre, è essenziale che il sistema sia stabile, con un margine di fase di almeno 60°.

CENNI TEORICI

Il controllore PID è fondamentale per mantenere costante la temperatura di un sistema, compensando le variazioni di resistenza e capacità termica. Per realizzare un controllo di temperatura costante con modulazione di potenza, è necessario rispettare i seguenti criteri:

-La temperatura deve essere mantenuta costante a 40°C.

-L'errore in presenza di disturbi non deve superare il 10% in risposta a un segnale a gradino unitario.

-Il sistema deve essere stabile con un margine di fase di almeno 60°.

-Il modulo di potenza, composto da una lampada e un dimmer, ha una costante di guadagno di 200 W/V e una costante di tempo di 10 ms.

-La potenza termica necessaria per raggiungere i 40°C partendo da una temperatura esterna di 20°C è di 1 kW.

-La costante di tempo del sistema è di 10.000 s.

-Il sensore di temperatura utilizzato è un TMP36, che fornisce una tensione di 0.5 V a 0°C, con una costante di guadagno di 10 mV/°C e una costante di tempo di 100 s.

-È necessario utilizzare un generatore di tensione costante di 10 V.

Il controllore PID è in grado di gestire sia fonti di riscaldamento che di raffreddamento, grazie alle azioni proporzionale, integrativa e derivata. Il suo scopo principale è garantire la stabilità del sistema, risolvendo eventuali problemi legati alla stabilità, al margine di fase e alla prontezza di risposta.

La teoria del controllo dei regolatori industriali PID è stata sviluppata nel XX secolo ed è ampiamente utilizzata nell'industria moderna per controllare la temperatura. I controllori PID utilizzano tre costanti per regolare il comportamento: proporzionale, integrativo e derivativo. Questi parametri possono essere adattati per diverse applicazioni, anche se possono esserci difficoltà nel gestire fonti di riscaldamento e raffreddamento diverse. Nonostante possibili oscillazioni della temperatura, i controllori PID possono essere adattati con attenzione a molte situazioni. Alcuni controllori PID commerciali promettono di regolare automaticamente i parametri per ottenere prestazioni ottimali, ma spesso questi metodi sono empirici e possono applicarsi solo a determinate condizioni. Fortunatamente, esistono metodi manuali pratici e simulazioni online per aiutare a impostare correttamente i parametri PID.

COMPONENTI

sensore di temperatura

il microcontrollore.

breadbord

led

trimmer

arduino uno r3

resistore da 220 ohm

lampadina

ESECUZIONE

schema di montaggio

Il sensore di temperatura è stato calibrato per garantire una misurazione accurata e i dati raccolti sono stati confrontati con quelli di un termometro di riferimento per verificare la precisione del sistema. Durante i test è stato verificato che il sistema rispondesse in modo tempestivo alle variazioni di temperatura, mantenendo costante la temperatura impostata e regolando autonomamente il riscaldamento o il raffreddamento in base alle necessita .Sono state inoltre simulate varie condizioni ambientali per testare la capacità del sistema di mantenere la temperatura desiderata in diverse situazioni, garantendo in ogni caso la stabilità e l'affidabilità delle prestazioni. I risultati ottenuti dimostrano che il sistema è efficace nel controllare la temperatura e che è in grado di adattarsi rapidamente alle variazioni dell'ambiente, fornendo una gestione precisa e affidabile della temperatura. per realizzare il montaggio abbiamo utilizzato lo schema di montaggio della figura caricata ma abbiamo testato in sistema prima su tinkercad.

CONSIDERAZIONI SULL'IMPATTO AMBIENTALE

L'uso di sistemi di controllo della temperatura non solo consente di mantenere condizioni ambientali ottimali senza sprechi di energia, ma contribuisce anche a ridurre le emissioni di gas serra associate alla produzione di energia. Questo si traduce in un impatto positivo sull'ambiente, poiché le emissioni di gas serra sono una delle principali cause dei cambiamenti climatici. Inoltre, l'adozione di controlli di temperatura può anche migliorare la qualità dell'aria all'interno degli edifici. Associati a sistemi di ventilazione e condizionamento dell'aria, i controlli di temperatura contribuiscono a garantire un ambiente sano e confortevole per gli occupanti, riducendo la presenza di agenti inquinanti e allergeni nell'aria interna. In definitiva, l'utilizzo di sistemi di controllo della temperatura non solo porta a un risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni nocive, ma migliora anche significativamente la qualità della vita all'interno degli edifici, creando un ambiente più sano e sostenibile per tutti coloro che vi abitano o vi lavorano+

_{Paolo Mammarella}

OBBIETTIVO: Progettazione, simulazione e realizzazione di un sistema per il controllo della temperatura di un ambiente.

Con questa prova di laboratorio dovremmo realizzare un sistema di controllo di temperatura di un ambiente, mantenendola costante agendo sulla potenza di un riscaldatore che deve:

- far rimanere costante a 40° la temperatura dell’ambiente.

-avere un m.d.f.>=60° ed essere stabile.

-mantenere l’Errore=<10% in presenza di disturbi all’uscita.

La potenza termica da fornire al sistema per raggiungere i 40 °C quando la temperatura esterna è di 20°C è di 1 KW.

TABELLA COMPONENTI:

Nome                               Quantità                 Componente

ARDUINO UNO R3                 1                  Arduino Uno R3

Rpottrimmer                           1                   220 Ω Potenziometro

RR1                                        1                  220 Ω Resistenza

RR3                                        1                  220 Ω Resistenza

R1                                           3                  220 Ω Resistenza

UTMP                                     1                 Sensore di temperatura [THT11]

D1                                         1                   LED Rosso

D2                                          1                  LED Rosso

UDISPLAY                             1                   LCD 16x2

LL1                                         1                  Lampadina(utilizzatore,in laboratorio un resistore)

tabella strumenti e componenti

SCHEMA A BLOCCHI DEL SISTEMA:

schema a blocchi

Nella nostra prova il compito di regolatore l'ha svolto ARDUINO Uno R3,quella del "modulo di potenza" un utilizzatore e la funzione del trasduttore di temperatura l'ha svolta il DHT11.

CENNI TEORICI: Il circuito, da codice, misura la temperatura di un ambiente con il trasduttore di temperatura (THT11) per poi mostrarne il valore su un display (LCD 16x2I). Per regolare la saturazione del display utilizziamo un dimmer, un regolatore elettronico utilizzato per controllare la potenza elettrica assorbita da un carico (limitandola a piacimento). A seconda del valore di temperatura letto, i led rosso e blu si accenderanno se l’ambiente si trova al di sotto del valore di riferimento di temperatura (40°C) oppure al di sopra.

Di seguito sono riportati lo SCHEMA UNIFILARE ed il relativo SCHEMA DI MONTAGGIO:

Schema unifilare

Schema di montaggio

ESECUZIONE:

Una volta completata la fase di simulazione e verificato il corretto funzionamento del sistema, si è proceduto con la realizzazione circuitale del sistema. Sono stati collegati il sensore di temperatura, il display e il microcontrollore Arduino seguendo lo schema di montaggio realizzato in precedenza.

Successivamente, è stato caricato il software di controllo sul microcontrollore Arduino. Questo software legge costantemente i dati dal sensore di temperatura. Prima di caricare il programma definitivo è stato necessario modificare alcune stringhe di codice visto che il sensore usato durante la simulazione è un sensore analogico e quello istallato per fare la prova è digitale.

Una volta completato il cablaggio e il caricamento del software, il sistema è stato testato. Sono stati effettuati test per valutare la precisione del controllo della temperatura, la reattività del sistema e la sua affidabilità nel mantenere la temperatura desiderata nell'ambiente di riferimento.

CONCLUSIONI: Nonostante il circuito sia corretto, abbiamo riscontrato problemi nella segnalazione del valore di temperatura da parte dell’LCD che segnava costantemente 448°C. Questa lettura sbagliata della temperatura dell’ambiente porta i due LED a non accendersi, come da programma. Programma che abbiamo dovuto modificare a proposito del calcolo della temperatura e aggiungendo la libreria per il THT11 (il nostro trasduttore di temperatura). La resistenza non si scaldava.

RUOLO DEI SISTEMI AUTOMATICI NEL RISPARMIO DELL'ENERGIA:

I sistemi per il controllo della temperatura lavorano in maniera diversa a seconda che siano automatici o manuali:

• se il sistema è automatico tutti i parametri climatici necessari sono rilevati da appositi sensori, che inviano informazioni al sistema e ne determinano la conseguente regolazione;
• se la regolazione è manuale quando gli utenti intervengono direttamente sulle impostazioni di funzionamento.

In ogni caso, i parametri rilevati sono definiti a seconda delle preferenze dell’utente, che definisce dei “set point”. Il sistema di controllo deve confrontare la temperatura ambiente con il valore di set point e di conseguenza far aumentare o diminuire la potenza termica emessa dai corpi scaldanti. Per poter gestire la temperatura, è dunque necessario un termostato collegato ad un meccanismo che confronta la temperatura rilevata con quella dell’intervallo di temperature prestabilito. Se la temperatura rilevata è maggiore, il sistema di riscaldamento si spegnerà, se invece è inferiore il riscaldamento entrerà in funzione per portare l’ambiente alla temperatura desiderata.

Questo sistema ci permette di risparmiare molta energia e di conseguenza di ammortizzare i costi di riscaldamento. Un esempio pratico molto utile per rendere l’idea è quello di un istituto d’istruzione pubblico nel quale i termosifoni non essendo controllati con un sistema di controllo aggiornato si attivano in base all’orario di apertura del plesso. Questo fa si che loro non tengono conto di una moltitudine di fattori importanti, il primo è la temperatura esterna, a volte sono spenti quando fa freddo mentre altre volte restano accesi quando fa caldo o c’è la finestra aperta per il calore, un altro fattore è la presenza o meno degli alunni ed il numero di alunni presenti nell’aula che con un sistema aggiornato sarebbero invece valori tenuti in considerazione. Ecco che un sistema di controllo all’avanguardia trova una perfetta applicazione in questi ambiti ,considerando il numero dei dispositivi di riscaldamento e il risparmio legato all'uso intelligenti di esso.