Stazione meteo con NI USB-6008 e NI-DAQmx®
Come allestire una semplice stazione meteo per la misura della temperatura interna, temperatura esterna, umidità relativa, usando una scheda di acquisizione
National Instruments USB-6008 e le API NI-DAQmx® per Visual C++
a cura di Francesco Parisi (fparisi [at] gmail [dot] com) - Versione 1.0 - Ultima revisione: 12 Maggio 2006
[Indice]
[La scheda NI USB-6008]
[Misura della temperatura esterna]
[Misura della umidità relativa]
[Il software di gestione]
Misura della temperatura interna
Il circuito di condizionamento per la misura della temperatura interna è quello più semplice.
La grandezza fisica
La grandezza fisica che andiamo a misurare è una temperatura ambientale e precisamente una temperatura ambientale interna.
La temperatura può essere misurata in gradi centigradi, o Celsius, che si indicano con °C (es 100 °C)
in gradi Kelvin, che si indicano con K (es. 283 K) e gradi Fahrneith, che si indicano con F.
0 °C corrispondono a circa 273 K, per cui, per passare dai Kelvin ai Celsius basta sottrarre il valore
costante 273.
Il sensore
Per la misura della temperatura interna è stato utilizzato il sensore di temperatura LM35 della National Semiconductor.
L'LM35 è un sensore a circuito integrato che fornisce una tensione linearmente proporzionale alla temperatura
pari a 10mV per ogni grado Celsius, nel range 0 °C...125 °C. Dunque, ipotizzando una temperatura interna che sia compresa fra i
0 °C e i 50 °C si avrà in corrispondenza una tensione che va da 0 a 0,5V.
Il circuito di condizionamento
Per i circuiti di condizionamento, non dovendo ottenere elevate precisioni, sono stati usati comuni op.amp. (non rail-to-rail e non low offset) ad alimentazione singola, della National Semiconductor,
l'LM358 (versione duale) e LM324 (versione quad)
Le caratteristiche peculiari di questi op.amp., oltre al loro basso costo e la loro reperibilità, sono:
- possono lavorare anche a singola alimentazione, da +3 a +32V (e quindi anche a 5V);
- le correnti di BIAS e il GBW sono internamente compensati in temperatura;
- assorbono pochissimo: 0,7mA (indipendentemente dall'alimentazione);
- infine, hanno valori tipici di Vos=2mV, Ibias=45nA, Ios=5nA.
Se si necessità di prestazioni migliori optare per op.amp. a basso offset e rail-to-rail, come, per esempio, il
TLC2272 (dual) e TLC2274 (quad) della Texas Instruments, che presentano offset tipici di 0,95 microV e correnti di
polarizzazione di 1pA.
L'alimentazione è stata fornita direttamente dalla 6008 (+5V/200mA max) così da non richiedere un alimentatore esterno. Si
sono infine utilizzati resistori a film metallico all'1% di precisione, che, visti
i costi sempre più bassi, rappresentano ormai lo standard di ogni laboratorio di elettronica.
Dei tre circuiti di condizionamento, questo per l'LM35 è davvero il più semplice.
Basta condizionare in tensione l'uscita del'LM35 dal range 0...0,5V al range 0...2,5V così come verrà fatto con gli altri sensori (temperatura
esterna e umidità) in modo da poter gestire la configurazione software unica che dovrà usare NI-DAQmx® per tutti gli ingressi analogici.
La scelta di un fondo scala di 2,5V del circuito di condizionamento è dettata da un paio di fattori:
- si vuole utilizzare l'alimentazione della 6008 (+5V) per non ricorrere a un alimentatore o batteria esterni,
- gli op.amp utilizzati non sono rail-to-rail, dunque non possono raggiungere i +5V dell'alimentazione e quindi bisogna limitare la tensione di uscita
al di sotto dei 3,5~4V, che rappresentano i valori tipici di saturazione di un LM358 alimentato a +5V.
Saranno utilizzati gli ingressi differenziali e quindi il software automaticamente sceglierà il guadagno del PGA
in modo da avere la massima escursione (che è ±10V).
Veniamo al calcolo del guadagno dell'amplificatore. Vogliamo che in corrispondenza della massima temperatura 50 °C
ovvero della massima tensione in uscita dell'LM35 0,5V la tensione in uscita dell'op.amp sia 2,5V. Avremo dunque bisogno
di un amplificatore non invertente con guadagno Av=5 ovvero con rapporto R1/R2=4. Il circuito utilizzato è raffigurato di seguito.
Il condensatore C1 assicura un'attenuazione dei disturbi di rete (50 Hz).

Appendice
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