Progetto di scheda a microcontrollore per la telemetria di veicoli elettrici

In un'epoca in cui l'informatizzazione si diffonde a macchia d'olio in ogni aspetto della vita quotidiana e la possibilità di essere connessi ad internet risulta vitale per aggiornarsi o anche semplicemente per mantenere contatti è possibile e allo stesso tempo necessario cercare di sfruttare la rete nel migliore dei modi in ambito lavorativo, per migliorare i propri prodotti e cercando di offrire all'utente beni e servizi sempre migliori, al passo coi tempi e col pensiero moderno. É in questo ambiente che la connettività si rende necessaria anche nel settore dell'automobile in modo da gestire in maniera efficiente l'enorme quantità di dati scambiati dalle varie sottoparti del sistema il cui compito è quello di supervisionare i componenti elettronici e meccanici. L'obiettivo è quello quindi di centralizzare ed elaborare le informazioni in modo da semplificare ed ottimizzare la gestione del veicoli per ottenere importanti vantaggi dalla fase di test fino a quella di utilizzo, passando per quella di manutenzione. Per questo risulta fondamentale, nell'epoca in cui viviamo, concedere la possibilità al veicolo di interagire con la rete internet in modo da poter sfruttare tutti i vantaggi comunicativi, siano essi con l'ambiente circostante o con persone, che essa prevede. Una volta quindi trovato il modo di interfacciarsi con la rete e sviluppato un software adeguato è fondamentale implementare fisicamente il dispositivo in modo da ottenere un dispositivo altamente integrabile nel sistema veicolo in modo da non alterare in maniera significativa la disposizione dei componenti di base (meccanici, elettrici ed elettronici) dell'automobile elettrica. È in quest'ottica che s'inserisce il progetto di una scheda per una vera e propria telemetria del veicolo elettrico con l'obiettivo di ottenere un sistema ad hoc, ma che mantenga una molteplicità di interfacce che permettano al dispositivo di rimanere aggiornato con l'evoluzione in atto relativa alle tecniche e ai protocolli (standard) di comunicazione permettendo quindi comunicazioni tramite rete ethernet, Wi-Fi o GPRS, cercando anche di sfruttare sistemi di posizionamento come il GPS. Per questo motivo si è cercato di realizzare la scheda seguendo la filosofia dei sistemi embedded, architetture il cui compito è quello di eseguire operazioni molto specifiche spesso con vincoli sull'esecuzione in tempo reale. Questo permette di ridurre al minimo l'hardware in termini di spazio, consumo e costo di realizzazione. Queste dispositivi si sono evoluti recentemente virando sulla creazione di architetture modulari che permettono il riutilizzo delle risorse disponibili; in questo modo si ottengono comunque dispositivi ottimizzati ma in grado di mantenere un certo tipo di flessibilità nello sviluppo delle applicazioni e allargando quindi lo spettro dei possibili impieghi. Secondo questi principi si è cercato quindi di realizzare la scheda in modo che implementasse e realizzasse il software dedicato alla comunicazione del veicolo con internet ma che, grazie all'hardware a disposizione, potesse essere programmata da mani esperte anche per numerosi utilizzi alternativi e resa quindi disponibile all'utente finale in possibili forme. In questo è risultato fondamentale l'utilizzo della piattaforma Arduino, basata sul microcontrollore ATmega328, che permette appunto una rapida espansione fisica del sistema.

Connessione di sitemi a microcontrollore con reti geografiche

Fra le varie ragioni della crescente pervasività di Internet in molteplici settori di mercato del tutto estranei all’ICT, va senza dubbio evidenziata la possibilità di creare canali di comunicazione attraverso i quali poter comandare un sistema e ricevere da esso informazioni di qualsiasi genere, qualunque distanza separi controllato e controllore. Nel caso specifico, il contesto applicativo è l’automotive: in collaborazione col Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Bologna, ci si è occupati del problema di rendere disponibile a distanza la grande quantità di dati che i vari sotto-sistemi componenti una automobile elettrica si scambiano fra loro, sia legati al tipo di propulsione, elettrico appunto, come i livelli di carica delle batterie o la temperatura dell’inverter, sia di natura meccanica, come i giri motore. L’obiettivo è quello di permettere all’utente (sia esso il progettista, il tecnico riparatore o semplicemente il proprietario) il monitoraggio e la supervisione dello stato del mezzo da remoto nelle sue varie fasi di vita: dai test eseguiti su prototipo in laboratorio, alla messa in strada, alla manutenzione ordinaria e straordinaria. L’approccio individuato è stato quello di collezionare e memorizzare in un archivio centralizzato, raggiungibile via Internet, tutti i dati necessari. Il sistema di elaborazione a bordo richiede di essere facilmente integrabile, quindi di piccole dimensioni, e a basso costo, dovendo prevedere la produzione di molti veicoli; ha inoltre compiti ben definiti e noti a priori. Data la situazione, si è quindi scelto di usare un sistema embedded, cioè un sistema elettronico di elaborazione progettato per svolgere un limitato numero di funzionalità specifiche sottoposte a vincoli temporali e/o economici. Apparati di questo tipo sono denominati “special purpose”, in opposizione ai sistemi di utilità generica detti “general purpose” quali, ad esempio, i personal computer, proprio per la loro capacità di eseguire ripetutamente un’azione a costo contenuto, tramite un giusto compromesso fra hardware dedicato e software, chiamato in questo caso “firmware”. I sistemi embedded hanno subito nel corso del tempo una profonda evoluzione tecnologica, che li ha portati da semplici microcontrollori in grado di svolgere limitate operazioni di calcolo a strutture complesse in grado di interfacciarsi a un gran numero di sensori e attuatori esterni oltre che a molte tecnologie di comunicazione. Nel caso in esame, si è scelto di affidarsi alla piattaforma open-source Arduino; essa è composta da un circuito stampato che integra un microcontrollore Atmel da programmare attraverso interfaccia seriale, chiamata Arduino board, ed offre nativamente numerose funzionalità, quali ingressi e uscite digitali e analogici, supporto per SPI, I2C ed altro; inoltre, per aumentare le possibilità d’utilizzo, può essere posta in comunicazione con schede elettroniche esterne, dette shield, progettate per le più disparate applicazioni, quali controllo di motori elettrici, gps, interfacciamento con bus di campo quale ad esempio CAN, tecnologie di rete come Ethernet, Bluetooth, ZigBee, etc. L’hardware è open-source, ovvero gli schemi elettrici sono liberamente disponibili e utilizzabili così come gran parte del software e della documentazione; questo ha permesso una grande diffusione di questo frame work, portando a numerosi vantaggi: abbassamento del costo, ambienti di sviluppo multi-piattaforma, notevole quantità di documentazione e, soprattutto, continua evoluzione ed aggiornamento hardware e software. È stato quindi possibile interfacciarsi alla centralina del veicolo prelevando i messaggi necessari dal bus CAN e collezionare tutti i valori che dovevano essere archiviati. Data la notevole mole di dati da elaborare, si è scelto di dividere il sistema in due parti separate: un primo nodo, denominato Master, è incaricato di prelevare dall’autovettura i parametri, di associarvi i dati GPS (velocità, tempo e posizione) prelevati al momento della lettura e di inviare il tutto a un secondo nodo, denominato Slave, che si occupa di creare un canale di comunicazione attraverso la rete Internet per raggiungere il database. La denominazione scelta di Master e Slave riflette la scelta fatta per il protocollo di comunicazione fra i due nodi Arduino, ovvero l’I2C, che consente la comunicazione seriale fra dispositivi attraverso la designazione di un “master” e di un arbitrario numero di “slave”. La suddivisione dei compiti fra due nodi permette di distribuire il carico di lavoro con evidenti vantaggi in termini di affidabilità e prestazioni. Del progetto si sono occupate due Tesi di Laurea Magistrale; la presente si occupa del dispositivo Slave e del database. Avendo l’obiettivo di accedere al database da ovunque, si è scelto di appoggiarsi alla rete Internet, alla quale si ha oggi facile accesso da gran parte del mondo. Questo ha fatto sì che la scelta della tecnologia da usare per il database ricadesse su un web server che da un lato raccoglie i dati provenienti dall’autovettura e dall’altro ne permette un’agevole consultazione. Anch’esso è stato implementato con software open-source: si tratta, infatti, di una web application in linguaggio php che riceve, sotto forma di richieste HTTP di tipo GET oppure POST, i dati dal dispositivo Slave e provvede a salvarli, opportunamente formattati, in un database MySQL. Questo impone però che, per dialogare con il web server, il nodo Slave debba implementare tutti i livelli dello stack protocollare di Internet. Due differenti shield realizzano quindi il livello di collegamento, disponibile sia via cavo sia wireless, rispettivamente attraverso l’implementazione in un caso del protocollo Ethernet, nell’altro della connessione GPRS. A questo si appoggiano i protocolli TCP/IP che provvedono a trasportare al database i dati ricevuti dal dispositivo Master sotto forma di messaggi HTTP. Sono descritti approfonditamente il sistema veicolare da controllare e il sistema controllore; i firmware utilizzati per realizzare le funzioni dello Slave con tecnologia Ethernet e con tecnologia GPRS; la web application e il database; infine, sono presentati i risultati delle simulazioni e dei test svolti sul campo nel laboratorio DIE.

Acquisizioni e archiviazioni d'immagini microscopiche di broncosfere in radiobiologia

Nonostante l’oggettiva constatazione dei risultati positivi riscontrati a seguito dei trattamenti radioterapici a cui sono sottoposti i pazienti a cui è stato diagnosticato un tumore, al giorno d’oggi i processi biologici responsabili di tali effetti non sono ancora perfettamente compresi. Inseguendo l’obbiettivo di riuscire a definire tali processi è nata la branca delle scienze biomediche denominata radiobiologia, la quale appunto ha lo scopo di studiare gli effetti provocati dalle radiazioni quando esse interagiscono con un sistema biologico. Di particolare interesse risulta essere lo studio degli effetti dei trattamenti radioterapici nei pazienti con tumore del polmone che rappresentano la principale causa di morte dei paesi industrializzati. Purtroppo per via della scarsa reperibilità di materiale, non è stato finora possibile studiare nel dettaglio gli effetti delle cure radioterapiche nel caso di questo specifico tumore. Grazie alle ricerche di alcuni biologi dell’IRST sono stati creati in-vitro sferoidi composti da cellule staminali e tumorali di polmone, chiamate broncosfere, permettendo così di avere ottimi modelli tridimensionali di tessuto umano allo stato solido su cui eseguire esperimenti al fine di regolare i parametri dei trattamenti radioterapici, al fine di massimizzarne l’effetto di cura. In questo lavoro di Tesi sono state acquisite sequenze di immagini relative a broncosfere sottoposte a differenti tipologie di trattamenti radioterapici. Le immagini acquisite forniscono importanti indicazioni densitomorfometriche che correlate a dati clinoco-biologico potrebbero fornire importanti indicazioni per regolare parametri fondamentali dei trattamenti di cura. Risulta però difficile riuscire a confrontare immagini cellulari di pre e post-trattamento, e poter quindi effettuare delle correlazioni fra modalità di irraggiamento delle cellule e relative caratteristiche morfometriche, in particolare se le immagini non vengono acquisite con medesimi parametri e condizioni di cattura. Inoltre, le dimensioni degli sferoidi cellulari da acquisire risultano essere tipicamente maggiori del parametro depth of focus del sistema e questo implica che non è possibile acquisire una singola immagine completamente a fuoco di essi. Per ovviare a queste problematiche sono state acquisite sequenze di immagini relative allo stesso oggetto ma a diversi piani focali e sono state ricostruite le immagini completamente a fuoco utilizzando algoritmi per l’estensione della profondità di campo. Sono stati quindi formulati due protocolli operativi per fissare i procedimenti legati all’acquisizione di immagini di sferoidi cellulari e renderli ripetibili da più operatori. Il primo prende in esame le metodiche seguite per l’acquisizione di immagini microscopiche di broncosfere per permettere di comparare le immagini ottenute in diverse acquisizioni, con particolare attenzione agli aspetti critici di tale operazione. Il secondo è relativo alla metodica seguita nella archiviazione di tali immagini, seguendo una logica di classificazione basata sul numero di trattamenti subiti dal singolo sferoide. In questo lavoro di Tesi sono stati acquisiti e opportunamente archiviati complessivamente circa 6500 immagini di broncosfere riguardanti un totale di 85 sferoidi. I protocolli elaborati permetteranno di espandere il database contenente le immagini di broncosfere con futuri esperimenti, in modo da disporre di informazioni relative anche ai cambiamenti morfologici subiti dagli sferoidi in seguito a varie tipologie di radiotrattamenti e poter quindi studiare come parametri di frazionamento di dose influenzano la cura. Infine, grazie alle tecniche di elaborazioni delle immagini che stiamo sviluppando sarà inoltre possibile disporre di una ricostruzione della superficie degli sferoidi in tempo reale durante l’acquisizione.

Circuiti per la conversione di micro potenze da gradienti termici ambientali

In questa tesi vengono analizzati alcuni schemi circuitali di convertitori di micro potenze da generatori termoelettrici sottoposti a gradienti di temperatura limitati. I circuiti, basati su oscillatori step-up in grado di innescarsi con tensioni di alimentazione estremamente basse, sono stati analizzati dal punto di vista teorico e mediante successive simulazioni circuitali. Le potenze ottenibili con gradienti di temperatura inferiori a 10K risultano tipicamente comprese tra qualche uW e qualche decina di uW, con efficienze fino a circa il 40%.

Progetto per un Centro Rossiniano a Pesaro

Città natale del famoso compositore Gioacchino Rossini, Pesaro ospita e celebra le tracce della sua vita e della sua opera. L’appellativo di Pesaro “Città rossiniana”richiede alla città stessa la presenza di molte sedi tecniche e amministrative per tutti gli enti che si occupano della celebrazione e del mantenimento in vita della tradizione rossiniana. Questo è il motivo per cui si propone l’idea di un Centro Rossiniano che possa racchiudere in sé tutte le funzioni che stanno “dietro le quinte” delle manifestazioni, delle rappresentazioni, dello studio, della conservazione del materiale e della didattica riguardanti Gioacchino Rossini. Attualmente le consistenze storiche e artistiche che lo riguardano hanno diversi proprietari e altrettante numerose sedi, senza appartenere ad una collezione unica con univoca ed ordinata collocazione. Alla funzione museale si propone di affiancare quella di studio e approfondimento sulla vita del compositore e sul materiale conservato, prevedendo un Centro Studi con laboratori, aule studio e per la didattica. Ulteriormente, si propone di dare sede amministrativa al Rossini Opera Festival e alla Fondazione Rossini, liberando così il Teatro ed il Conservatorio dalle funzioni che non sono loro prettamente coerenti. Il progetto prevede inoltre di dotare il Centro Rossiniano di un auditorium-sala conferenze, che possa alleggerire il carico di attività del Teatro Rossini e della Sala Pedrotti. L’area di cui il progetto si interessa è racchiusa all’interno di un bastione che apparteneva alla cinta muraria cinquecentesca e che attualmente ospita l’Istituto Ospedaliero San Salvatore. In accordo con gli uffici competenti dell’amministrazione comunale, si prevede il decentramento della sede dell’Ospedale e la liberazione dell’area del bastione dalle preesistenze che oggi ne opprimono il valore storico ed il carattere esclusivo. Lo scopo di tale disimpegno dell’area è inoltre quello di destinarla a verde pubblico, nel rispetto della preesistenza storica e di collegare la zona di interesse al sistema dei percorsi ciclopedonali che si diramano in tutta la città di Pesaro. Il progetto propone ancora, l’inserimento nell’area di una quota di residenze e prevede l’alleggerimento del carico di traffico all’interno del centro storico, dirottandone gran parte lungo i viali alberati che ne percorrono il perimetro.

Flash Forward: Faenza 2032. Uno sviluppo urbano senza consumo di territorio

La ricerca indaga la praticabilità di uno sviluppo urbano a crescita zero quale risposta al consumo di territorio ed allo sprawl urbano. Con ciò si intende il soddisfacimento del fabbisogno abitativo di un determinato arco temporale all'interno del tessuto urbano consolidato, operando tramite la densificazione della città, costruendo all'interno dei vuoti urbani e degli spazi di risulta, ed evitando di consumare ulteriore terreno agricolo. Lo studio viene declinato prendendo ad oggetto dell'analisi la città di Faenza e come orizzonte temporale il 2032. Il tema prevalente della ricerca riguarda la destinazione residenziale che, in base al principio della mixitè, viene portata anche nelle aree produttive e artigianali nel tentativo di contrastare la monofunzionalità dei settori urbani. Calcolate le quantità edilizie necessarie a soddisfare le esigenze abitative previste, sono stati ipotizzati numerosi interventi all'interno di alcuni tra i vuoti precedentemente catalogati; i progetti sono compresi all'interno di comparti per cui sono definite le diverse destinazioni d'uso in percentuali differenti a seconda della situazione urbana in cui sono inseriti. Di tutti gli interventi proposti, ne sono stati estratti due, localizzati in aree analoghe per vocazione e caratteristiche. Su questi si è effettuato un approfondimento progettuale alla scala architettonica quale verifica delle possibilità offerte dall'approccio urbanistico che ha guidato il masterplan.

Ontologie per il Web Semantico: un'analisi comparativa

Il lavoro svolto in questa tesi è stato quello di analizzare il Web Semantico e i suoi linguaggi di rappresentazione delle informazioni. Inoltre sono state introdotte le ontologie evidenziando il loro ruolo all’interno del Web Semantico. Infine è stato fatto uno studio riguardo le ontologie attualmente sviluppate, allo scopo di portare a termine un’analisi comparativa delle stesse.

Misure di segnali fluorescenti per l'analisi in microscopia dell'espressione genica in biologia sintetica

Protocolli e metodologie di caratterizzazione di un sistema di misura di segnali fluorescenti in microscopia ottica

Declivi. Intervento di edilizia residenziale sostenibile a Bertinoro

Oggetto di questa tesi di Laurea è la progettazione di un quartiere residenziale sostenibile a Bertinoro (FC) richiesto dell’Amministrazione Comunale, orientata anche verso la realizzazione di un parcheggio di attestazione multipiano per il borgo e di una risalita meccanizzata al centro. L’area d’intervento costituisce infatti una posizione strategica per l’arrivo e gli accessi alla città alta. Il progetto quindi affronta due scenari: uno a scala urbana e uno a scala architettonica. Fondamentale è stata la definizione delle strategie urbane: consapevoli dell’importanza di una gestione sostenibile del territorio, questa tesi ha cercato di affrontare le problematiche relative alla mobilità del luogo, caratterizzato da forti pendii, ponendosi come obiettivo l’eliminazione di flussi veicolari nel centro storico e nel contempo la completa accessibilità di quest’ultimo attraverso nuovi sistemi meccanizzati di risalita che incentivino la mobilità pedonale. Ciò ha portato ad un studio dei percorsi di Bertinoro e ad una ricerca sulle varie tipologie sia di parcheggio multipiano che di risalita finalizzata alla definizione della soluzione più efficiente e adeguata per il luogo. A scala architettonica la complessità del progetto è stata quella di dare uguale importanza a dati oggettivi e quantificabili, come orientamento, apporti solari, impianti, senza tralasciare i valori storico-paesaggistici, risorsa fondamentale per quest'area. La sfida è stata quindi quella di progettare un quartiere con dei requisiti energetici che vadano ben oltre i confini determinati dalla normativa e di riuscire ad integrare nel contesto, con il minor impatto ambientale e percettivo, l’intero insediamento, compreso il parcheggio multipiano e la risalita. Il titolo “declivi” sintetizza in questo senso la strategia adottata ovvero tutto il progetto nasce da un attento confronto con le caratteristiche topografiche del luogo cercando di ripristinarle dove sono venute a mancare in una logica non di aggiunta del costruito ma di “crescita” dal suolo. La chiave di lettura è stata in particolare l’idea del terrazzamento e degli affacci sul paesaggio. Durante tutto il processo progettuale si è dunque operato verificando contestualmente ogni scelta dal punto di vista architettonico, tecnologico ed energetico puntando ad un progetto che possa essere definito sostenibile a tutte le sue scale: urbanistica e architettonica.