Mese: Dicembre 2019

Pubblicato il

Realizzazione bilancia elettronica con sensore di peso a cella di carico

Introduzione

Le celle di carico sfruttano la proprietà di alcuni materiali che cambiano la propria resistenza elettrica quando sono sottoposti a compressione e trazione che ne determinano la deformazione elastica. Le più comuni celle di carico disponibili in commercio hanno la forma di una barretta metallica indebolita con dei fori praticati nella parte centrale per favorire la deformazione (Figura 1).

Figura 1. Cella di carico

Nel loro utilizzo tipico le celle vengono bloccate ad una estremita e il peso applicato all’estremità opposta. Al centro della barretta, sulle facce superiore ed inferiore rispetto ai fori, sono inseriti degli estensimetri che possono essere assimilati ad elementi resistivi che cambiano le proprie caratteristiche elettriche in funzione del livello di deformazione (estensione o compressione) cui sono sottoposti (Figura 2).

Figura 2. Cella di carico a riposo e sotto carico

Tali elementi sono collegati fra di loro a formare un ponte di Wheatstone (Figura 3). Il ponte viene eccitato con una tensione di ingresso (Vex), ed è in grado di generare un segnale elettrico di uscita (Vo) proporzionale allo sbilanciamento di valore resistivo tra gli elementi A-C e B-D. A riposo tutti gli elementi presentano lo stesso valore resistivo, il ponte risulta bilanciato e la tensione di uscita è nulla. Sotto carico i valori delle resistenze cambiano e conseguentemente il valore della tensione di uscita risulta essere proporzionale al carico applicato.

Figura 3. Ponte di Wheatstone

Per campionare in modo adeguato il segnale elettrico di uscita si può utilizzare il circuito integrato già predisposto per questo tipo di applicazione. Si tratta dell’HX711 (rif. [1]) il cui schema a blocchi è riportato di seguito:

Figura 4. Schema a blocchi dell’integrato HX711

Il segnale elettrico di uscita della cella di carico (ponte di Wheatstone) viene inviato ad uno dei due canali di ingresso dell’HX711 (la selezione del canale è fatta attraverso un multiplexer posto all’ingresso). Successivamente viene amplificato da un amplificatore operazionale a guadagno regolabile (32, 64 o 128) e infine campionato mediante un convertitore analogico digitale (ADC) a 24bit. Per leggere il valore campionato, l’HX711 mette a disposizione una interfaccia seriale controllata da un segnale di clock. Sui fronti crescenti del segnale di clock (PD_SCK) vengono messi a disposizione sul pin D_OUT uno dopo l’altro i 24 bit del valore campionato. Esistono diverse librerie per Arduino ed altri microcontrollori per l’interfacciamento con questo componente.

La bilancia

Gli elementi di base della bilancia sono i piatti. Entrambi i piatti sono realizzati da barre di alluminio serrate agli estremi da profili angolari:

Figura 5. Elementi costituenti il piatto della bilancia

Gli elementi di alluminio sono tenuti insieme da rivetti di acciaio. Il piatto inferiore è utilizzato come base di sostegno della bilancia mentre il piatto superiore per sostenere il carico da misurare. La cella di carico è inserita a “sandwitch” fra due piatti e ancorata alle barre centrali del piatto inferiore ad un estremo e del piatto superiore all’altro estremo:

Figura 6. Ancoraggio della cella di carico ai piatti della bilancia

La seguente figura mostra la bilancia nella sua realizzazione finale:

Riferimenti

[1] HX711 datasheet

Pubblicato il

DSA: cosa sono e strumenti di supporto

Tachistoscopio

Si tratta di uno strumento per strutturare e migliorare la capacità, la velocità e la correttezza della lettura. E’ utilizzabile in presenza di dislessia o di altri disturbi che coinvolgono e complicano la capacità di leggere. E’ generalmente impiegato in ambito logopedico nei percorsi riabilitativi per esercitare  e potenziare la capacità di leggere.

Il tachistoscopio espone chi lo usa a stimoli visivi di durata breve e variabile: nel caso dei disturbi che coinvolgono la lettura, si usa per proporre esercizi di visualizzazione di liste di parole, per migliorare il riconoscimento visivo e la lettura veloce e globale della parola come unità, a “colpo d’occhio”, senza ricorrere alla lettura fonologica che procede lettera per lettera.

Lo strumento può essere utilizzato durante le sessioni di logopedia in presenza di uno specialista ma anche in modo autonomo a casa o altro luogo per continuare ad esercitare le proprie capacità di lettura.

Generalmente gli specialisti sono dotati di programmi software che includono questi strumenti tuttavia il loro utilizzo da parte del paziente può richiedere l’acquisto di una licenza software il cui costo può essere significativo. Per questa ragione, ho deciso di sviluppare alcuni di questi strumenti e metterli a disposizione degli utilizzatori (specialisti o pazienti) a titolo gratuito. Di seguito il link al tachistoscopio:

Tachistoscopio

Le istruzioni per utilizzarlo sono molto semplici. La schermata principale presenta una finestra di dialogo in alto a sinistra con i parametri di funzionamento:

  • Intervallo: è l’intervallo di tempo che intercorre tra la visualizzazione di una parola e la successiva. E’ espresso in millesimi di secondo, il valore di base è 2000 corrispondente a 2 secondi.
  • Tempo di esposizione: è il tempo di visualizzazione della singola parola sempre in millesimi di secondo, il valore di base è 500 corrispondente a mezzo secondo.
  • Posizione: è la posizione nella pagina all’interno della quale viene visualizzata la parola. Ci sono 9 posizioni selezionabili su una griglia di suddivisione della pagina di 3×3 caselle.
  • Lista: è la lista di parole da utilizzare. Ci sono alcune liste preimpostate utilizzabili per verificare il funzionamento dello strumento e dei diversi parametri di configurazione. E’ possibile visualizzare l’elenco delle parole della lista selezionata utilizzando il pulsante “Anteprima” e caricare una propria lista utilizzando il pulsante “Carica”. La lista è un semplice file di testo contenente una parola per riga. Una volta caricata la propria lista sarà possibile selezionarla dal menu a tendina. Il nome della lista corrisponderà con quello del file di testo utilizzato per il caricamento. Si noti che non è necessario inserire le parole divise in sillabe, così come non è necessario rispettare una regola sulle minuscole e maiuscole. Lo strumento gestisce questi aspetti in autonomia secondo le impostazioni che seguono.
  • Attiva sillabazione: se questa opzione è attivata, le parole saranno automaticamente suddivise in sillabe dallo strumento. La spaziatura fra una sillaba e la successiva potrà essere specificata con l’opzione seguente.
  • Spazi fra le sillabe: se l’opzione precedente è attiva, questo valore corrisponde al numero di spazi tra una sillaba e la successiva.
  • Verifica la parola: se questa opzione è attiva, dopo la visualizzazione di una parola verrà mostrato un dialogo di input nel quale l’utente dovrà inserire la parola appena vista. In caso di errore, lo strumento lo segnala in modo chiaro cambiando il colore del dialogo in rosso per un breve istante. Nel caso non fosse possibile inserire la parola corretta si potrà saltare il controllo inserendo la parola vuota. In tal senso questa opzione può anche essere utilizzata per regolare manualmente l’intervallo fra una parola e la successiva.
  • Ordine casuale: se attivata questa opzione consente di esporre le parole della lista in ordine casuale.
  • Dimensione carattere: è la dimensione del font utilizzata per visualizzare le parole.
  • Stile parola: è lo stile maiuscolo/minuscolo utilizzato per visualizzare le parole.

Una volta impostati i parametri desiderati, si può iniziare l’esercitazione premendo il pulsante “Inizia“. In qualsiasi momento è possibile interrompere l’esercitazione premendo il tasto “Esc” della tastiera. E’ consigliabile utilizzare sempre questo metodo per interrompere e riprendere una esercitazione perché viene mantenuta l’impostazione dei parametri, comprese eventuali liste caricate manualmente. Ricaricando la pagina del browser si perderebbero invece tutte le impostazioni fatte.

Cronotesto

Una variante del tachistoscopio è il “cronotesto”. Si tratta di un visualizzatore di testi che permette di esercitarsi nella lettura di un flusso di parole organizzate in un testo, secondo velocità e modalità di visualizzazione specifiche. Il testo viene visualizzato parola per parola secondo il verso naturale di lettura. E’ possibile impostare i seguenti parametri:

  • Intervallo fra le parole: è l’intervallo di tempo in millisecondi che intercorre fra la visualizzazione di una parola e la successiva.
  • Sillabe al secondo: il tempo di permanenza di una parola (in secondi) è dato dal numero di sillabe moltiplicato per questo parametro. Ad esempio se il numero di sillabe al secondo è 3, una parola di tre sillabe rimarrà attiva per 1 secondo, una parola di 6 sillabe per 2 secondi, una parola monosillabica per 1/3 di secondo.
  • Testo: è il testo da utilizzare nell’esercitazione. Ci sono alcuni testi preimpostati utilizzabili per verificare il funzionamento dello strumento e dei diversi parametri di configurazione. E’ possibile visualizzare il contenuto del testo utilizzando il pulsante “Anteprima” e caricare un proprio testo utilizzando il pulsante “Carica”. Il file contenente il testo deve essere di tipo testo (.txt) non è possibile utilizzare i formati pdf o word. Una volta caricato, il testo sarà reso disponibile nel menu a tendina. Il nome del testo corrisponderà con quello del file di testo utilizzato per il caricamento.
  • Dimensione carattere: è la dimensione del font utilizzata per visualizzare le parole.

Di seguito il link allo strumento: Cronotesto