Progetto di un sistema a microcontrollore per il controllo di uno shaker elettrodinamico

In questa tesi viene illustrato il progetto di un sistema di controllo per uno shaker elettrodinamico. L'architettura �� basata su sistemi a microcontrollore Microchip PIC e implementa un controllo in retroazione al fine di ottenere una elevata precisione nell'ampiezza dell'oscillazione. Un prototipo del sistema �� stato implementato con componenti commerciali. Vengono presentati i risultati del test funzionale dei sotto-circuiti realizzati.

Oscillatori elevatori di tensione per il recupero di micropotenze ambientali da sorgenti a radiofrequenza

Nel presente elaborato �� trattato l'innesco di un sistema di recupero ambientale di energia da sorgenti a radiofrequenza, captate tramite rectenna, nell'ambito di un sistema completamente autonomo dal punto di vista energetico, quindi non dotato di batteria ricaricabile interna. Dopo un'analisi dei problemi da affrontare e delle possibili soluzioni tecniche per gestire le micropotenze restituite dalla rectenna, ci si concentra in modo preferenziale sul ruolo del condensatore posto sulla porta d'ingresso dell'oscillatore di Meissner, che �� utilizzato come elevatore di tensione per attivare gli stadi successivi. Sfruttando le esperienze con lo stesso oscillatore pilotato da altri sensori di energy harvesting, �� possibile determinare approssimativamente se il circuito si presta o meno all'utilizzo con le rectenne nei campi RF, suggerendo eventuali migliorie da apportare per facilitarne il funzionamento.

Progetto di un'interfaccia utente per la gestione e memorizzazione di forme d'onda mediante microcontrollore

L'energy harvesting �� un processo in cui l'energia ambientale comunemente disponibile viene catturata mediante opportuni trasduttori e circuiti elettronici per essere convertita in energia elettrica utilizzabile. Il progetto descritto sar�� una estensione ed integrazione di un sistema gi�� esistente, per la riproduzione attraverso un sistema elettrodinamico vibrante (shaker), di vibrazioni acquisite dall'ambiente circostante in situazioni di riferimento tipiche (esempio le vibrazioni prodotte da un veicolo in movimento o un uomo in corsa), al fine di caratterizzare trasduttori piezoelettrici per studiarne il funzionamento, le caratteristiche e il loro comportamento. Lo scopo finale �� quello di realizzare un sistema stand-alone che sia in grado di riprodurre e controllare in maniera affidabile le vibrazioni imposte da un sistema vibrante, al fine di realizzare un sistema di caratterizzazione per dispositivi di energy harvesting vibrazionale. In questo progetto, l���intera gestione del processo viene affidata ad un microcontrollore presente sulla scheda di controllo, il quale consente in tempo reale la visualizzazione delle forme d���onda oggetto di studio mediante un display grafico, l���elaborazione dei dati presenti nel sistema nonch�� la possibilit�� di caricare e salvare dei dati significativi sulla memoria del sistema durante le fasi di testing. Le caratteristiche implementate rendono il sistema facile da usare. Successivamente verranno descritte le specifiche tecniche necessariamente da rispettare per la realizzazione di un sistema che permetta di riprodurre e fornire dati attendibili, la struttura di visualizzazione grafica del sistema, la parte di condizionamento del segnale e i principi teorici del controllo ad anello chiuso.

Caratterizzazione di un circuito per l'estrazione di carica sincrona da trasduttori piezoelettrici

L'elaborato di tesi tratta la caratterizzazione del rendimento di un circuito convertitore di energia elettrica in energia meccanica. La conversione viene svolta con una procedura pi�� complessa, ma pi�� efficiente rispetto alla conversione classica. Il circuito studiato �� soggetto alle problematiche legate all'energy harvesting, tuttavia ha il vantaggio di non necessitare di alimentazione esterna.

Propriet�� nucleari di sorgenti di alta potenza e il modello unificato

Questo lavoro di tesi si �� concentrato sulla ricerca di una relazione tra la potenza nucleare e quella estesa di oggetti denominati ���radiogalassie���. Essi sono tra gli oggetti pi�� potenti dell'universo. Al momento la spiegazione di una tale emissione di potenza �� giustificata tramite il modello unificato degli AGN (Active Galactic Nuclei). Tramite la sopra citata relazione tra la potenza nucleare e quella estesa �� possibile dare una prova sperimentale del modello unificato degli AGN, inoltre si andranno ad investigare in maniera quantitativa l'angolo di vista e la velocit�� di emissione di alcuni oggetti di particolare potenza.

Caratterizzazione sperimentale di trasduttori piezoelettrici mediante circuiti equivalenti elettromeccanici

Attualmente la costante diffusione delle sensor network e lo sviluppo di apparati elettronici a basso consumo di energia hanno fatto in modo di motivare la ricerca nel campo dell���elettronica che tenta di spiegare il concetto dell'energy harvesting per raccogliere energia dall'ambiente circostante. I sistemi che raccolgono quella energia che normalmente va persa sono di diversi tipi.

Ultra low power analog-to-information conversion by short-time compressed sensing

Il compressed sensing �� un���innovativa tecnica per l���acquisizione dei dati, che mira all'estrazione del solo contenuto informativo intrinseco di un segnale. Ci�� si traduce nella possibilit�� di acquisire informazione direttamente in forma compressa, riducendo la quantit�� di risorse richieste per tale operazione. In questa tesi �� sviluppata un'architettura hardware per l'acquisizione di segnali analogici basata sul compressed sensing, specializzata al campionamento con consumo di potenza ridotto di segnali biomedicali a basse frequenze. Lo studio �� svolto a livello di sistema mediante l'integrazione della modulazione richiesta dal compressed sensing in un convertitore analogico-digitale ad approssimazioni successive, modificandone la logica di controllo. Le prestazioni risultanti sono misurate tramite simulazioni numeriche e circuitali. Queste confermano la possibilit�� di ridurre la complessit�� hardware del sistema di acquisizione rispetto allo stato dell'arte, senza alterarne le prestazioni.

Progettazione e realizzazione di un convertitore monofase in sic per applicazioni fotovoltaiche

Negli ultimi anni si �� assistito ad un notevole sviluppo e diffusione dei sistemi di produzione di energia rinnovabile, in particolar modo di sistemi eolici e fotovoltaici. La sempre maggior richiesta di energia e la necessit�� di far fronte ai problemi di inquinamento sempre pi�� intenso, a causa dei combustibili fossili, ha portato ad una crescita nell���interesse ad adottare queste nuove tecnologie per il sostentamento energetico della popolazione. In seguito all���adozione di tali sistemi si �� verificata un���intensificazione della ricerca e dello sviluppo tecnologico in tale ambito al fine di massimizzare la produzione dell���energia. Un ruolo chiave nella gestione dell���energia ed in particolar modo l���interfacciamento del sistema di produzione con il carico �� svolto elettronica di potenza. L���obiettivo principale della ricerca in tale ambito consiste nella individuazione di nuove tecnologie che permettano un incremento dell���efficienza di conversione anche di soli pochi punti percentuale. L���attivit�� di tesi, svolta presso il LEMAD (Laboratorio di Macchine e Azionamenti del Dipartimento DEI), �� stata quindi focalizzata nella progettazione e in seguito realizzazione di un convertitore per applicazioni fotovoltaiche. L���interesse nei confronti delle nuovetecnologie ha portato ad una scelta innovativa per quanto riguarda la configurazione dell���inverter costituente il convertitore. Tale configurazione, che prende il nome di Full Bridge DC Bypass o pi�� semplicemente ponte H6, ha permesso la realizzazione di un convertitore compatto poich�� non necessitante di un trasformatore per garantire l���isolamento tra i moduli PV e la rete. Inoltre l���adozione di due switch aggiuntivi rispetto ad un comune ponte H ha garantito una notevole riduzione delle perdite dovute alla tensione di modo comune(CMV)con conseguente incremento dell���efficienza. La ricerca di nuove tecnologie non �� stata concentrata solamente nello studio di nuove configurazioni di inverter ma anche nell���individuazione di innovativi dispositivi di potenza. In particolar modo il silicon carbide o SiC ha dimostrato in diverse occasioni di essere un materiale superiore al silicio nelle applicazioni di potenza. Sono stati quindi realizzati due convertitori utilizzanti due differenti dispositivi di potenza (MOSFET in SiC e IGBT in Si)in modo tale da determinare le diverse prestazioni. Un ulteriore studio �� stato svolto sulle tecniche di modulazione al fine di valutarne le differenti caratteristiche ed individuare quella pi�� conveniente nella conversione utilizzante il ponte H6.

Progettazione e implementazione di una piattaforma per la localizzazione indoor basata su tecniche di radio fingerprinting e data-crowdsourcing

Questa tesi ha come scopo principale l'analisi delle diverse tecnologie di localizzazione in ambito indoor, analizzando in particolare l'utilizzo del Wifi RSS Fingerprinting. La tecnica del Wifi RSS Fingerprinting �� una tecnica per la localizzazione all'interno di ambienti chiusi, che consiste nella definizione di un 'impronta'(fingerprint) in un punto preciso dell'ambiente(definito reference point), andando a inserire in un database i valori di potenza del segnale ricevuto(RSS) da ogni access point rilevato all'interno di quel determinato reference point. Per l'implementazione di questa tecnica �� stato sviluppato un applicativo con un architettura client-server. Il client �� stato sviluppato in ambiente Android, realizzando una applicazione per la gestione della fase di salvataggio di nuovi fingerprint e per la fase di localizzazione della posizione corrente, tramite l'utilizzo dei vari fingerprint precedentemente inseriti all'interno del DB. Il server, sviluppato in Node.js(framework Javascript), gestir�� le diverse richieste ricevute dal client tramite delle chiamate AJAX, prelevando le informazioni richieste direttamente dal database. All'interno delle applicativo sono stati implementati diversi algoritmi per la localizzazione indoor, in modo da poter verificare l'applicabilit�� di questo sistema in un ambito reale. Questi algoritmi sono stati in seguito testati per valutare l'accuratezza e la precisione di ciascuno, andando ad individuare gli algoritmi migliori da utilizzare in base a scenari diversi.

Prototipo di schermo adattativo basato su Android e Bluetooth Low Energy

La tesi nasce da un'attivit�� di ricerca approfondita su alcune tecnologie innovative e all'avanguardia nell'ambito del mobile computing e dell'Internet of Things. Tra queste il focus principale �� orientato allo studio del Bluetooth Low Energy, nuova specifica di Bluetooth caratterizzata principalmente da un consumo di energia assai ridotto. In particolare, si �� approfondito il suo funzionamento nel caso dei beacon, piccoli dispositivi che permettono una localizzazione mediante l'invio di un segnale BLE. Inoltre �� stata analizzata la possibilit�� di interazione con Android, poich�� oggigiorno non si pu�� evitare di pensare a come queste tecnologie possano interfacciarsi con il mondo degli smartphone e dei tablet. Come conseguenza di tale attivit�� di ricerca �� stato analizzato un caso di studio che permettesse di applicare le tecnologie studiate e la loro interazione. Si �� pensato quindi a un piccolo sistema distribuito per schermi adattativi (capaci di modificare i contenuti visualizzati in relazione ad eventi esterni) affinch�� ogni schermo mostrasse dinamicamente l'orario delle lezioni di ciascuno studente all'avvicinarsi di quest'ultimo, e solo per il tempo di permanenza nei pressi dello schermo. Si �� quindi progettato e sviluppato un prototipo, e infine durante il testing si sono potute verificare le attuali potenzialit�� di queste tecnologie e trarre conclusioni sulla possibilit�� della loro futura diffusione e di impiego in contesti differenti.

Analisi e realizzazione di un convertitore multilivello ad alta efficienza per applicazioni fotovoltaiche

Nei primi vent���anni, la ricerca in ambito fotovoltaico si �� focalizzata sull���evoluzione di quelle tecnologie associate alla semplice cella ed al sistema intero, per offrire miglioramenti con particolare riguardo al fronte dell���efficienza. Negli ultimi decenni, lo studio sull���energia rinnovabile ha ampliato i propri confini, sino a quella branca denominata elettronica di potenza, che ne permette la conversione e lo sfruttamento da parte dell���utente. L���elaborato si propone quindi di apportare un contributo verso tale direzione, teorico piuttosto che pratico, esaminando dapprima il mondo che effettivamente circonda l���impianto fotovoltaico grid-connected e successivamente ponderando e pianificando le scelte che conseguono dall���analisi letteraria. Particolare attenzione sar�� rivolta al concetto di multilivello relativo agli inverter e agli aspetti che ne comportano il largo utilizzo nell���elettronica di potenza. Si stima che i primi brevetti risalgano a circa trent���anni orsono e uno di questi, tracciabile, riguarderebbe la configurazione a cascata di full-bridge, alimentati separatamente in DC, per ottenere a valle una scala di tensioni AC. Per mezzo di manipolazioni, nascer�� in seguito il diode-clamped, attuale predecessore del Neutral Point Clamped T-Type Inverter. Si introdurranno pertanto le principali caratteristiche che contraddistinguono il convertitore, peculiare riguardo per la configurazione single leg nonch�� trifase. Ardua sar�� la scelta sulla tecnica di controllo dell���inverter, sia per quanto concerne la fase simulativa che quella realizzativa, in quanto il dispositivo �� indubbiamente considerato innovativo nel proprio campo di appartenenza. Convalidando la letteratura per mezzo di opportune simulazioni, si potr�� procedere alla progettazione e quindi all���assemblaggio della scheda che effettivamente include l���inverter. Il lavoro implicher�� numerose prove, effettuate in svariate condizioni di funzionamento, al fine di sostenere le conclusioni teoriche.

Analisi della rete di teleriscaldamento di Corticella in presenza di utenze attive

Oggetto di questa tesi �� lo studio di una rete di teleriscaldamento (TLR) preesistente, la rete di Corticella (Bo) ipotizzando la presenza di sottostazioni di scambio termico attive. Inizialmente sono state presentate le sottostazioni di scambio termico sia tradizionali che attive. Nelle tradizionali ci si �� soffermato sul tipo di regolazione che pu�� avvenire. Per quanto riguarda le sottostazioni di scambio termico attive son stati esaminati i 4 layout che permettono uno scambio termico bidirezionale di energia termica. E��� stato presentato il software IHENA (intelligent Heat Energy Network Analysis) creato dal dipartimento di ingegneria industriale, che ha permesso di effettuare le simulazioni sulla rete analizzata. Viene mostrato l���algoritmo di Todini-Pilati generalizzato dall���utilizzo delle equazioni di Darcy-Weisbach su cui si basa il motore di calcolo. Inoltre vengono presentati i vari input che �� necessario inserire per ottenere il calcolo della rete. Dopo nozioni di base relative al teleriscaldamento attivo e la presentazione del software utilizzato si �� passati alla vera e propria analisi della rete di teleriscaldamento. Sono state effettuate varie simulazioni per vedere l���andamento della rete di Corticella sia considerandola passiva (come nella realt��) che ipotizzandola attiva tramite l���inserimento di sottostazioni di scambio termico ative. Le analisi condotte riguardano i seguenti punti. a) E��� stata presentata la rete di Corticella cosi come �� andando a studiare quindi il caso base. b) Sono state svolte delle analisi per vedere come si comportava la rete nel caso in cui venivano variati dei parametri operativi come i carichi termici richiesti dalle utenze. c) Sono stati valutati i percorsi pi�� critici. d) Si �� condotta un analisi sulla regolazione al variare delle temperature esterne. Dopo l'analisi del caso base sono state introdotte delle sottostazioni di scambio termico attive, prima solo una, e poi varie lungo determinati percorsi. Le valutazioni effettuate mettevano in primo piano gli andamenti della temperatura nei percorsi, la potenza termica generata dalla sorgente, la temperatura di ritorno in centrale e se si verificano delle problematiche sugli scambiatori di calore. In queste simulazioni sono stati valutati tutti e quattro gli schemi utilizzabili. Infine �� stata effettuata un analisi comparativa tra le varie soluzioni studiate per poter mettere a confronto i casi. In particolare anche qui si sono voluti confrontare i valori di potenza spesa per il pompaggio, temperatura di ritorno in centrale e potenza termica offerta dalla sorgente.

Misure di rumore in corrente in un circuito per la generazione di un campo magnetico stabile

Questo lavoro di Tesi, svolto nell���ambito dell���esperimento BEC3 presso il LENS, costituisce il primo approccio al problema della stabilizzazione del campo magnetico di bias in una trappola per atomi ultra-freddi. Stabilizzare il campo magnetico generato da una coppia di bobine si traduce nello stabilizzare la corrente che le attraversa e il primo passo verso la soluzione di questo problema consiste nello stimare lo spettro di potenza del rumore in corrente del circuito. A questo scopo �� stata misurata la PSD (Power Spectral Density) del segnale ai capi di diversi sensori per alcuni valori di corrente erogata da due diversi alimentatori. La PSD �� stata misurata sia in maniera diretta, che indiretta, attraverso la trasformata di Fourier della Funzione di Autocorrelazione del segnale, misurata nelle stesse condizioni descritte. I dati raccolti costituiscono la base da cui partire per la progettazione e la realizzazione del circuito di stabilizzazione.

Progetto di un convertitore full-bridge phase-shifted isolato a commutazione risonante

L'evoluzione della tecnologia allo stato solido e il fiorire di nuove applicazioni determinano una forte spinta verso la miniaturizzazione dei convertitori elettronici di potenza. Questa riduzione di pesi ed ingombri �� particolarmente sentita anche in quei convertitori di media potenza che necessitano di un trasformatore d'isolamento. In quest'ambito assume importante rilievo l'utilizzo di una architettura circuitale a ponte intero e di tecniche in grado di spingere la frequenza di commutazione il pi�� in alto possibile. Questa tesi si propone quindi di studiare a fondo il funzionamento dei convertitori DC/DC isolati di tipo Full-Bridge e pilotati con la tecnica di modulazione Phase-Shifted che ben si presta all'impiego di commutazioni risonanti del tipo Zero-Voltage-Switching. L'analisi teorica sar�� corroborata da simulazioni condotte su LTspice e sar�� orientata all'individuazione di una metodologia di progetto generale per questo tipo di convertitori. Al fine di formalizzare meglio il progetto si �� individuata una possibile applicazione nell'alimentazione di un DC-bus per telecomunicazioni (48 Volt DC sostenuti da batterie) a partire da una fonte di energia fotovoltaica quale una stringa di pannelli operanti con tensioni variabili da 120 a 180 Volt DC. Per questo particolare tipo di applicazione in discesa pu�� avere senso l'impiego di un rettificatore del tipo a duplicazione di corrente, che quindi si provveder�� a studiare e ad implementare a secondario del trasformatore d'isolamento. Infine particolare cura sar�� dedicata alla parte di controllo che si ha intenzione di integrare all'interno di LTspice cos�� da riuscire a simulare il comportamento dinamico del convertitore e verificare quanto predetto in via teorica mediante l'impiego della procedura che utilizza il K-Factor per la realizzazione della rete compensatrice.