Anche il titolo è stato leggermente modificato con ++ che richiama il linguaggio di programmazione.
Ripropongo pertanto l’anteprima, con le modifiche apportate:
- Evo Charger 12v PB
- Il relè fai da te
- Pollicino Pwm Qube Driver
- Drive-In Charger
- Wattmetro Penelope
- Archimede Contawatt
- Archimede Wi.Fi
- Aurora / V34 Carichi prioritari
- Mini “Gratis” Charger NICD e NIMH
- Mini “Gratis” Charger LITIO
SOMMARIO
In questa pubblicazione vengono proposti un buon numero di progetti che ho elaborato, come programmatore, in anni di attività hobbistica (MAKER se si preferisce).
Viene utilizzato il microcontrollore ATmega328 che equipaggia le schede arduino e similari. Il linguaggio di programmazione è derivato dal C++, che conosco bene sin dal CLIPPER degli anni ’80 e ’90.
Ogni progetto prevede una parte hardware e una software perchè la scheda arduino non può “lavorare” senza un software dedicato (ovviamente) ma non può farlo neppure senza l’appoggio di un hardware aggiuntivo, più o meno ricco di componentistica.
Pertanto vengono proposti progetti originali, tanto nella parte hardware che in quella software. Di qui l’indicazione + + che vuole indicare quel qualcosa in più che serve per realizzare un buon progetto con le schede arduino.
Al riguardo sottolineo una caratteristica di rilievo dei miei progetti: poco hardware (il minimo indispensabile), ma tanta elaborazione software, perchè l’hardware non lo regala nessuno, a differenza del software (OPEN SOURCE).
Naturalmente è mia preoccupazione primaria utilizzare componenti elettronici di facile reperibilità e di costo molto contenuto, a beneficio del target cui mi rivolgo: quello dell’hobbista e dello sviluppatore.
L’hardware viene descritto nel libro e documentato anche con molte foto, a beneficio di quanti desiderano realizzare i progetti; quanto al software, gli sketch sono raccolti in un CD a corredo della pubblicazione ed è sufficiente caricarli tramite l’ IDE di arduino.
Vengono utilizzate diverse versioni di schede arduino, originali e compatibili, ma la più presente è la NANO.
Non vengono proposti i progetti più professionali, nel settore del fotovoltaico, in cui mi sono specializzato, ad esempio RUBINETTO DI STRINGA e IMMISSIONI ZERO, perchè la parte hardware impatta con stringhe di pannelli che producono tensioni di centinaia di volt, molto pericolose, da maneggiare.
Tuttavia anche questi progetti possono essere approfonditi consultando gli articoli del mio blog: https://luigimarchifaenza.altervista.org/
Altra possibilità di approfondimento riguarda una trentina di video YouTube, elencati (in parte) in appendice, pubblicati gli scorsi anni, successivamente ho utilizzato solo il blog.
Gli sketch arduino sono scarcabili (non tutti) anche dal sito: https://github.com/FaenzaSoft
Il primo progetto presentato, EVO CHARGER, non è stato scelto per caso, ma riguarda un caricabatteria EVOluto, che ben evidenzia la differenza tra i “vecchi” caricabatteria, basati solo sulla parte elettronica, con visualizzazione della sola tensione su un piccolo voltmetro, e quelli “moderni”, basati su microcontrollore, che mostra tutte le informazioni utili su un display.
L’utilizzo di un microcontrollore non solo migliora le prestazioni, ma semplifica, paradossalmente, anche la parte hardware.
Segnalo, infine, un aspetto didattico di EVO CHARGER: questo caricabatterie / scaricabatterie, utilizzabile per testare le batterie al piombo da 12 volt, è un compendio dell’utilizzo dei sensori analogici di arduino e delle uscite pwm.
Riguardo a queste ultime, con il progetto RELE’ FAI DA TE si evidenzia ancor meglio l’utilizzo dei Mosfet per il controllo delle intensità di corrente.
I progetti proseguono il filo logico (didattico) proprio con l’utilizzo di un piccolo relè a stato solido (POLLICINO) per la gestione delle luci automatiche a bassa tensione (naturalmente a LED).
Interessante il “piccolo” caricabatterie con gestione tramite slider (DRIVE-IN), anche per batterie al LITIO.
Si prosegue con il monitoraggio dei consumi elettrici di casa, con cattura degli impulsi da contatori digitali e loro elaborazione (PENELOPE). Il tutto con un hardware di contorno davvero minimale.
Monitoraggio e autoconsumo riguardano principalmente quanti hanno l’impianto fotovoltaico.
Il software ARCHIMEDE, di elaborazione dati, relativi a produzione e consumi, sfrutta tutte le potenzialità di calcolo di arduino e viene poi declinato anche nella versione Wi.Fi.
Segue un interessante centralina di gestione carichi prioritari (AURORA) che ha avuto sviluppi commerciali (V34 PARSIC ITALIA).
Infine vengono proposti i progetti “GRATIS” di carica e check-up batterie al Nichel e al LITIO. Molto professionali. Tarati, in origine, per la carica da pannello fotovoltaico, di qui il nome di battesimo.
Con i microcontrollori si ottengono risultati un tempo davvero impensabili. Un bravo programmatore è in grado di evidenziare le loro potenzialità.
In ogni caso ritengo che gli sketch, raccolti nel CD, rappresentino il plus di questa pubblicazione perché potranno essere di aiuto a quanti si stanno appassionando alla programmazione e si trovano in difficoltà a elaborare uno sketch partendo da zero.
Il copia e incolla è perfettamente legittimo, nella logica OPEN SOURCE e non si debbono pagare diritti d’autore.
Gli sketch arduino sono ben documentati, le variabili non sono criptiche e ci sono tante righe di codice annullate, ma rimaste, semplicemente per evidenziare che quella ipotesi è stata percorsa, ma scartata.
Infatti la maggior parte dell’impegno, su ciascun progetto, è stato dedicato alla programmazione. Molti sono stati rimodulati, nella parte hardware, come si noterà nelle foto, proprio per esigenze prestazionali legate alla programmazione, oltre che alla funzionalità.
Per ottenere i migliori risultati il programmatore deve procedere con vari step di sviluppo e organizzare più prototipi hardware: è bene prendere confidenza con i montaggi su millefori.
Richiede moltissimo tempo, ma ne vale la pena. Vale per una grande azienda del settore, ma anche per un Maker.
Di seguito un estratto delle caratteristiche di ciascun progetto:
1. EVO CHARGER 12V PB
“EVO CHARGER non è un banale caricabatterie, e, per le caratteristiche che offre, evidenzia bene la differenza tra un caricabatteria tradizionale, basato solo sulla elettronica convenzionale e un caricabatteria con microcontrollore programmabile.
Per quanto sia realizzato con un hardware molto semplice, è proposto come esempio classico delle potenzialità di arduino nella valutazione degli impulsi in ingresso e nella gestione delle uscite pwm.
Il plus più rilevante del progetto EVO CHARGER è la trasparenza, che non è un lusso, ma serve a capire e a capirsi. EVO CHARGER “parla”, cioè mostra la situazione, di tempo in tempo, con elaborazioni matematiche importanti (cumulo dell’energia “caricata” e di quella disponibile nella “scarica”) e informazioni continue sul display, a rotazione.
La versione proposta, di EVO CHARGER, è in grado di gestire le classiche batterie al piombo per auto, da 50 amper, ma anche altre, più piccole, molto diffuse, ad esempio, negli impianti di allarme.
Sul display vengono evidenziate, oltre a tensione e corrente di carica, la carica cumulata nel tempo, cioè i wattora e la durata in ore, minuti e secondi.
In sostanza il microcontrollore programmato può far di conto.
Con un semplice deviatore è possibile switchare da carica a scarica (fino a 12,25 volt). Per la carica è fissata una tensione massima di 14,20 volt.
La potenza della batteria si misura con i wattora utili, nella fase di scarica, su resistenze o faretti led.
EVO CHARGER è’ utile per testare le performance delle batterie nuove tramite raffronti omogenei ed è utilissimo per testare le batterie “stanche”, ma ancora utili.
…… continua a pag. xx“
2. IL RELE’ FAI DA TE
“ La modulazione dell’energia elettrica PWM, cioè con onda quadra, si ottiene con un relè a stato solido. Ne possiamo costruire di ogni dimensione. Per tutte le esigenze.
Naturalmente sono in vendita, belli e pronti. Ma quello per corrente continua, che possiamo realizzare da noi, sfida la concorrenza.
Per quanto semplice, il RELE’ FAI DA TE, per corrente continua, è un esempio di efficienza.
E’ basato su un Mosfet pilotato da una uscita PWM del microcontrollore arduino. L’energia entra nel circuito, ad esempio con tensione di 12 volt, ed esce, sul carico, con una tensione diversa. Più bassa. Esattamente come accade con un liquido la cui erogazione è regolata da un rubinetto.
Per modificare tensione e corrente, mentre con la corrente alternata si utilizzano da sempre i trasformatori in ferrite, con la corrente continua si utilizza un relè a stato solido che si apre e chiude con una velocità impensabile per un componente meccanico. Parliamo di millesecondi e microsecondi.
Il grado di apertura del rubinetto è determinato dal tempo di apertura e da quello di chiusura del relè, per ciascun ciclo. Il rapporto tra l’uno e l’altro si definisce duty-cycle e si può evidenziare con un oscilloscopio.
Il Mosfet agisce da “freno” agendo sulla linea negativa. Il positivo è in comune. Gli altri componenti sono di contorno: il 7812 riduce a 12 volt la tensione massima sul Gate del Mosfet. L’optoisolatore consente al Mosfet di “lavorare” nelle condizioni migliori, attorno ai 10 volt, di contro alle uscite di soli 5 volt di arduino.
Il range della tensione in ingresso può variare da un minimo di 5 volt ad un massimo di 24 volt. Quelle in uscita, su lampada alogena o a led, da 24 a zero volt.
…… continua a pag. xx“
3. POLLICINO PWM QUBE DRIVER
“POLLICINO Pwm-QUBE Driver è un piccolo relè a stato solido che risolve il problema delle uscite PWM di arduino che, come noto, hanno il difetto di consentire la gestione di pochi milliamper, utili solo per piccoli led.
Quando si debbono gestire correnti più elevate e tensioni superiori ai 5 volt occorre inserire un driver tra arduino e il carico.
Pollicino Pwm-QUBE è la soluzione, infatti è un “rubinetto” dimmerabile che gestisce tipicamente un carico a 12 volt in corrente continua. E’ intonato alla gestione delle lampade a led che hanno consumi bassissimi.
Pollicino NON è un interruttore ON/OFF, cioè tutto o niente, ma un rubinetto che, gestito pwm da arduino, ha ben 255 posizioni. Ovviamente occorre un software di gestione.
Pollicino può sostituire un relè convenzionale, con gestione ON / OFF, assicurando una maggiore affidabilità nel tempo. Ma non è vero il contrario, perché un relè meccanico non può dimmerare alcunché.
E’ tutto molto semplice, come circuito elettronico, ma anche nella parte software. Credo sia uno dei progetti più semplici, tra quelli proposti, sicuramente utile per prendere confidenza con la materia.
Con il software ci si può sbizzarrire a elaborare soluzioni per lampade che si accendono con le modalità più diverse e nelle condizioni più diverse.
Il software proposto nel CD è molto semplice, ma dà molti spunti per elaborazioni personalizzate.
Da notare che arduino NANO si sposa benissimo con Pollicino, per le ridotte dimensioni di entrambi, tanto da poter “lavorare” all’interno di una comunissima cassetta da incasso a muro, che comprende anche il trasformatore da 230 AC a 12 volt DC.
Il tutto consente di attivare luci automatiche, a led, cioè a bassissimo consumo, che si accendono e spengono gradualmente, quanto basta, in relazione alla luminosità dell’ambiente.
Il sensore di luminosità è una banale fotoresistenza del costo di 10 centesimi.
…… continua a pag. xx“
4. DRIVE-IN CHARGER
“Quali debbano essere le qualità di un buon caricabatteria sono abbastanza intuitive, ma molto dipende dall’uso che se ne deve fare.
I caricabatterie della serie DRIVE-IN, caratterizzati da una scheda semplicissima, sono stati studiati nella logica del check-up delle piccole batterie, dove la mole di informazioni, unitamente alla flessibilità, la fanno da padrone: nulla a che vedere pertanto con un led verde e uno rosso tipico di tanti caricabatterie.
Il progetto DRIVE-IN è maturato sulla base di alcune intuizioni:
- la capacità di visualizzare informazioni e capacità di calcolo di un MICROCONTROLLORE;
- la possibilità di impostare i parametri di carica nel modo più flessibile, rapido e trasparente, tramite SLIDER in sostituzione dei comuni potenziometri a rotazione.
Uno slider consente di regolare l’intensità della carica, un altro fissa la tensione massima, infine il terzo funge da timer.
Il limite è rappresentato dalla intensità della carica non superiore ad un amper, utile per piccoli elementi di batteria singola (Litio) o multiple (Nichel), fino a 7 volt utili.
Le regolazioni vanno fissate tenendo conto delle caratteristiche delle batterie da testare, con possibilità di modifica in corso d’opera.
La flessibilità di utilizzo è proprio il maggior punto di forza di questo speciale per quanto “piccolo” caricabatterie.
Il progetto prevede l’utilizzo di un alimentatore stabilizzato la cui uscita, di 9 volt, serve come tensione di carica ed anche di alimentazione dell’arduino UNO.
…… continua a pag. xx“
5. WATTMETRO PENELOPE
“La centralina PENELOPE è stato il mio primo progetto arduino e ci sono affezionato. Ha avuto diversi sviluppi, ma la sostanza e le intuizioni di base sono rimaste valide e immutate.
La centralina è stata sviluppata perchè in Perù non esiste alcuna normativa di “scambio sul posto” per fotovoltaico e, senza contatore bidirezionale, il surplus di produzione immesso in rete sarebbe stato conteggiato come consumo. Di qui lo sviluppo del progetto arduino, della serie: la necessità aguzza l’ingegno.
Penelope utilizza i contatori digitali e ciò consente di misurare, in modo “fiscale”, produzione e consumi, di momento in momento. Inoltre consente di autoconsumare, pure in misura fiscale, il surplus di produzione, tramite “scarico”, quanto basta, su boiler.
Per la “dimmerizzazione” della scarica su boiler occorre utilizzare un relè a stato solido, per CA. Ottimizzando il software si sono ottenuti risultati straordinari, con il pareggio di produzione e consumi, entro il limite di 10 watt.
La cosa più rilevante è la semplicità della parte hardware del progetto. Ma anche il software è meno complicato di quanto si possa supporre.
Il progetto PENELOPE è stato proposto in molte versioni hardware ed è entrato in molte case, perché le caratteristiche della centralina PENELOPE interessano non solo i possessori di un impianto FV, ma anche quanti hanno una crescente sensibilità ecologica.
…… continua a pag. xx“
6. ARCHIMEDE CONTAWATT
“Il software ARCHIMEDE è il logico sviluppo del progetto PENELOPE per articolare maggiormente le informazioni disponibili.
Si parte dalle informazioni disponibile tramite “cattura” degli impulsi da contatori digitali.
Questa modalità è praticamente sconosciuta, nonostante arduino sia in grado di sintonizzarsi con tantissime tipologie di sensori.
Il motivo credo sia legato ad un pregiudizio, anzi due: 1) molti credono che catturare gli impulsi di un contatore digitali sia tecnicamente complicato; 2) si pensa ai contatori digitali come strumenti capaci di misurare solo i consumi nel tempo.
Sono entrambi pregiudizi: 1) catturare impulsi con arduino è semplicissimo, servono poche righe di codice e il risultato ha valenza fiscale; 2) arduino riesce a misurare non solo i chilowattora, cioè i consumi nel tempo, per somma di impulsi, ma riesce anche a misurare il consumo istantaneo, cioè i watt, vale a dire il consumo di una lampada o di un elettrodomestico.
Arduino è soprattutto capace di “catturare” le informazioni “fiscali” e di elaborarle con calcoli molto complicati che svolge in tempi velocissimi e con una precisione eccellente.
Tra i conteggi più interessanti del software ARCHIMEDE CONTAWATT va citata la modalità RUOTA PANORAMICA e quella per il conteggio dei wattora IMMESSI in rete e PRELEVATI.
Ma il progetto ARCHIMEDE consente anche di registrare tantissime informazioni circa i consumi della nostra abitazione su una memoria SD.
La visualizzazione avviene normalmente su display, con visualizzazioni multiple, a rotazione.
La foto propone una versione monitoraggio e autoconsumo costruita e commercializzata da PARSIC ITALIA di Cervia.
…… continua a pag. xx“
7. ARCHIMEDE WI.FI
“Mentre la scheda Penelope visualizza le informazioni relative a produzione e consumi su un display, la versione Wi.Fi consente la visualizzazione su un cellulare / smartphone.
Le informazioni vengono trasmesse in rete tramite il Wi.Fi di casa.
Viene utilizzata la scheda WEMOS D1 che somiglia ad un arduino UNO cui è stata aggiunta la parte relativa al collegamento via etere con il Wi.Fi di casa.
Il tutto è facilitato dall’utilizzo di una APP statunitense: la Blynk
L’utilizzo di questa APP facilita molto la parte software, anche dal lato gestione dei segnali da trasmettere.
E, di suo, mostra anche interessantissimi grafici.
Inutile sottolineare la comodità di avere sullo smartphone le informazioni che ci interessano quando siamo fuori casa e in vacanza.
…… continua a pag. xx“
8. AURORA / V34 CARICHI PRIORITARI
“Questo progetto è stato sviluppato per razionalizzare l’utilizzo dell’ energia in un’abitazione.
E’ sufficiente osservare un grafico dei consumi per rendersi conto che i consumi, durante la 24 ore, hanno variazioni incredibili, con picchi elevati, generalmente di breve durata e pause anche molto lunghe.
Qualora si dovesse fronteggiare questi consumi con un generatore di corrente si porrebbe il problema di doverlo sovradimensionare, e di molto, rispetto alla media dei consumi.
Nelle abitazioni questa problematica diventa patologica in relazione alla fornitura di energia elettrica da parte del gestore pubblico, ma anche in relazione alla propria produzione con impianto fotovoltaico, o anche ai sistemi di accumulo.
Razionalizzare i propri consumi, senza modificare i propri stili di vita, non è molto semplice, però alcuni consumi importanti si possono gestire con automatismi ed è quello che riesce a fare questa nostra centralina.
Ovviamente per merito della “intelligenza artificiale” di arduino. E in modo del tutto “trasparente” grazie alla visualizzazione su display.
L’esempio più semplice riguarda il riscaldamento con pompa di calore che ha una notevole latenza, specie nelle nuove abitazioni provviste di “cappotto” termico.
Questo carico si può interrompere, per qualche decina di minuti o anche più quando stiamo utilizzando altri carichi pesanti, senza con ciò compromettere la vivibilità della nostra abitazione.
La centralina AURORA consente di disattivare, momentaneamente, la pompa di calore, ma può farlo anche con altri carichi, purché non prioritari.
Il progetto AURORA prevede il controllo dei consumi tramite contatori digitali e lo stacco tramite relè convenzionali. Il riarmo può essere impostato, per ciascuno, tramite trimmer.
Il software di gestione è davvero interessante.
Il progetto AURORA ha trovato una realizzazione “commerciale” da parte di PARSIC ITALIA con una versione V34 Carichi Prioritari.
…… continua a pag. xx“
9. MINI “GRATIS” CHARGER NICD e NIMH
“Ogni tipologia di batterie ha la sua specificità. E’ pertanto consigliabile l’utilizzo di uno specifico caricabatteria per ciascuna tipologia: evita errori ed è pronto all’uso.
A maggior ragione quando non si vuole semplicemente caricare una batteria, ma fare un check-up.
Questo caricabatterie utilizza una scheda comune ad altre tipologie, ma il software è stato studiato per le batterie al NichelCD e NiMh (nichel – metallo). Le prime sono ancora molto diffuse, le seconde ancora in normale produzione.
Come noto hanno una tensione nominale di 1,20 volt ma, nella fase di carica, possono arrivare a 1,55 volt. E questa è la tensione limite utilizzata per i test.
Di contro è stata impostata la tensione di 1,00 volt per fine scarica. Da notare che vengono evidenziati 2 decimali, cioè i centesimi di volt.
La scheda consente di impostare, tramite jumper, l’intensità della carica, per sintonizzarsi tanto con batterie di piccolo amperaggio, formato AAA, che con quelle a torcia fino a 4000 ma.
Nella prima fase di carica la fa da padrone il controllo dell’intensità della carica e si vedrà che la tensione cresce gradualmente; quando questa ha raggiunto il limite di 1,55 volt la carica inizia a ridursi, gradualmente. Ma non arriva a zero e si trasforma progressivamente in calore. Pertanto occorre stoppare la carica con un timer di cui si fa carico il software.
Per la scarica vanno bene 2 o più resistenze da 10 ohm.
Utilizzando il medesimo hardware, con un piccolo ritocco del software, si riesce a gestire anche coppie di batterie NiMh che sono presenti nelle apparecchiature elettroniche, quali le macchine fotografiche.
Si tratta semplicemente di tarare il software per 2,40 volt nominali e fissare la tensione massima a 3,10 volt e minima a 2 volt.
Il display evidenzia i milliwattora “scaricati” su resistenze e la durata in ore, minuti e secondi.
Il check-up prevede la carica completa e la successiva scarica. I dati di quest’ultima ci rivelano lo stato di efficienza della batteria, nuova o usata.
…… continua a pag. xx“
10. MINI “GRATIS” CHARGER LITIO
“Le batterie al LITIO stanno avendo una grande diffusione per il più favorevole rapporto peso / potenza e anche dimensione / potenza.
Vengono utilizzate principalmente nei mezzi di locomozione, a partire dalle e-bike.
Per ottenere voltaggi e potenze elevate si formano pacchi di singoli elementi. Questi ultimi hanno tipicamente il formato cilindrico 18650 (diametro e lunghezza, in mm).
La scheda e il software relativo sono studiati per il test dei singoli elementi 18650 le cui caratteristiche di fabbrica prevedono l’amperaggio (in milliamper, fino a 3300) mentre la tensione tipica è di 3,6 – 3,7 volt.
In realtà il range di tensione ha come limite alto i 4,20 volt (carica) e quello basso i 2,8 – 3 volt (scarica).
Il software si fa ovviamente carico di questi limiti.
Il test degli elementi 18650 è particolarmente importante perché molti fabbricanti non denunciano correttamente l’amperaggio e altri marcano fraudolentemente le loro batterie con il logo delle aziende più note e quotate.
Il test prevede la carica completa e la successiva scarica. Con batterie semiscariche il ciclo di test può prevedere la scarica completa prima della carica e successiva scarica.
Le batterie al LITIO hanno un’alta efficienza. Se caricate correttamente non si surriscaldano e l’energia caricata è molto vicina a quella evidenziata in milliwattora nella scarica.
Il software fa sempre i conteggi di carica e scarica in milliwattora, cumulati tenendo conto della tensione e della intensità, di momento in momento.
La foto evidenzia il display che indica i watt istantanei e quelli cumulati. E’ stata scattata mentre si stava “scaricando” una batteria SAMSUNG 25R.
Il vantaggio di queste ultime versioni di caricabatterie “dedicate” è quello di non necessitare di alcuna regolazione, perchè è gestita tramite software e “caricata” in origine: occorre solo allacciare il cavetto alla 230 AC e fissare gli allacci, positivo e negativo, alla batteria da testare.
Con un semplice deviatore è possibile passare dalla funzione di carica a quella di scarica. Ovviamente ogni volta i dati (durata, energia cumulata, ecc.) vengono resettati automaticamente.
…… continua a pag. xx“
Il seguito è nella pubblicazione. Il software è raccolto in un CD.