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Progetto di monitoraggio sismico con JM Badge Board della Freescale

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La Badge board JM di Freescale può essere trasformata in un sismografo? La scheda è stata presentata nella versione FTF2008, distribuita gratuitamente come badge e starter kit per la JM badge contest 2008. Se Freescale può fornire la scheda o sponsorizzare il progetto, noi saremo in grado di salvare le persone che vivono nelle zone sismiche. Penso che Freescale possa trarre beneficio dal commercio business del sismografo, poiché è possibile vendere ColdFire, sensori MEMS, moduli wireless (Zigbee). Dal momento che questi prodotti sono piuttosto economici, la base di applicazione potrebbe essere vasta.

Se desideri maggiori informazioni su questo prodotto Freescale, invia una richiesta ad Arrow utilizzando il seguente modulo.

In alternativa, si possono usare bottiglie di birra vuote come un più semplice e rudimentale sismografo. Nel terremoto del 2008 del Great Sichuan persero la vita come minimo 68,000 persone (12 maggio 2008). In seguito, terremoti di scala minore divennero parte integrante della popolazione di Sichuan. Alcuni residenti locali della provincia di Sichuan inventarono un modo semplice per monitorare I terremoti, capovolgendo una bottiglia di birra vuota. Questo sistema funzionava così bene che le bottiglie furono esaurite. Gli ingegneri possono aiutare a progettare strumenti più precisi. Più tardi ho trovato un nuovo sismometro SoC grazie ad un fornitore giapponese di semiconduttori. Il nuovo SoC integra un processore ARM ed un ADC 24-bit Delta-Sigma.

In teoria non è possibile prevedere un terremoto, si può solo monitorare e fare previsione probabilistica dell’evento sismico. Recentemente i terremoti si verificano di frequente in Giappone, Indonesia, Cina ed India.

Ho deciso di mettermi alla ricerca di un sistema capace di monitorare i terremoti. Alla fine mi sono imbattuto in una serie di progetti per il monitoraggio sismico. Ho scoperto progetti di sismografi convenzionali per la ricerca e scopi educativi ed un progetto di riferimento a cura di Cirrus Logic, un software Sismometro iPhone gratuito, QNC (Quake-Cather Network), ed altre alternative di monitoraggio sismico.

Sismografi Professionali

Nell’antichità i terremoti venivano visti come delle entità misteriose. Durante la Dinastia Han, Zhang Heng inventò il primo sistema di monitoraggio sismico e fu capace di studiare i fenomeni sismici con successo. Il moderno sismometro fu inventato nel 1880.

Il sismometro è formato da sensori, un filtro ADC ad alta precisione, comunicazione, sottosistema e memoria locale opzionale. La Cirrus Logic è un’azienda attiva nel settore che fornisce prodotti in silicio così come progetti di riferimento per questo tipo di mercato. Attualmente la componente chiave è il circuito con segnale condizionale (sensore+ ADC). La restante parte digitale può essere sostituita da un qualsiasi microcontrollore o DSP.
Non vi stupite se i fornitori di semiconduttori Giapponesi sono spinti alla progettazione dei sismometri SoC. In alternativa esistono altri strumenti che possono essere utilizzati per la previsione dei terremoti. Per esempio il Monitor Idrogeno ad Atmosfera è un ottimo strumento per calcolare la probabilità di un terremoto con un anticipo di 30-40 giorni. Prima di un terremoto il sottosuolo rilascia Idrogeno nell’Atmosfera a causa delle fratture della crosta terrestre.

Utenti dei Sismografi

Solo i geografi sono interessanti ai sismografi professionali. Le persone che risiedono nelle zone sismiche stanno cercano di creare un proprio sismografo con componenti o dispositivi fuori produzione. Navigando su internet ho trovato i seguenti progetti:

  • Su Youtube ho trovato un video clip del Tennesse SuperLab, in cui si mostra come ricavare un sismografo da una chitarra elettrica.
  • Un Sismometro IPhone è disponibile gratuitamente su iTunes Store, che registra le scosse su due dimensioni, analisi e calcolo su uno schermo LCD, fungendo da Sismografo Convenzionale.
  • Wii remote ha un link wireless con game console, essa potrebbe essere in grado di elaborare i dati ed avvisare in caso di necessità. Tuttavia, non si trovano Wii software per sismometro, forse un domani qualcuno lo inventerà.
  • Alcuni sismometri semplici che utilizzano un timer 555, raccolgono dati ed avvisano.

I sensori di accelerazione MEMS stanno riscuotendo sempre più successo tra i dispositivi elettronici di consumo includendo un navigatore GPS, Robot, HDD, iPhone, iPod Touch e Android G-Phone. Questi dispositivi possono essere utilizzati come sensori front-end senza l’aggiunta di nessun‘altra componente hardware. Le piattaforme più promettenti sono smart phone e controlli remoti per la loro versatilità di applicazione.

Hanno limitazioni tecniche su precisione e direzione. I sensori presentano due o tre assi con sensibilità comparata su ogni asse. I sensori MEMs in questi dispositivi elettronici di consumo sono progettati per rilevare movimenti importanti di particolari dimensioni, come il cambiamento di posizione da verticale a orizzontale del dispositivo di rivelamento nell’HDD. Questi accelerometri MEMS possono essere utilizzati per individuare un movimento sismico. Non sono sufficientemente sensibili (1g a 6g) per il rilevamento di terremoti su lunghe distanze, ma se l’evento ha luogo nelle vicinanze i dati raccolti si rivelano di una certa utilità.

Ogni singolo sensore MEM nell’elettronica di consumo può essere disturbato dall’interferenza dati del sottosuolo o da un cattivo uso.
Come risultato è stato introdotto un progetto di monitoraggio sismico distribuito QCN a cura della Stanford University.

Sistema di Monitoraggio Distribuito

La sigla QCN sta per Quake-Catcher Network Seismic Monitoring, un progetto di ricerca che sfrutta computer interconnessi per effettuare ricerche, per lo studio e l’estensione nella sismologia. Attualmente solo alcuni tipi di laptop Mac (OS X) PPC ed Intel sono supportati—quelli che sono dotati di un accelerometro incorporato. Ad oggi QCN rivela i terremoti nella Germania sud occidentale, California ed Hawaii.

Secondo le ultime stime, i terremoti rilevati sono superiori ai 4.5M. Anche se questo progetto non può assicurare elevata quantità di dati per la ricerca, ha un rilevante valore per l’individuazione e previsione di terremoti di media intensità. Oltre ai computer Laptop, QCN include acceleratori bare bone USB MEMS.
Esso offre sensori PIC18F24 e MEMS di Microchip ad un prezzo di 50US. E’ possibile acquistare il box sensore online, istallarlo e collegarlo ai server QCN. E’ una buona idea, ma si dovrebbe comprare, e collegarla online tutte le volte?

Prodotti Off-The-Shelf della Freescale

Il kit USB MEMS mi riporta alla mente un interessante prodotto della Freescale.
Nel 2008 Freescale distribuì la sua scheda JM badge gratuitamente inclusa in FTF2008. La scheda era distribuita come badge e scheda di valutazione per JM badge content 2008.Su questa scheda si monta un microcontrollore Flash MCF51JM128 ColdFire v1 128KB, un sensore MMA7260 3-axis low-g MEMS, un caricatore di batteria MC34673 Li IC, un sensore capacitativo touch MPR083/084 e relativo display. Ora non è gratuito, ma ha un costo di 30/49USD sul sito della Freescale. Si tratta di una perfetta piattaforma simica.

Tutto ciò di cui hai bisogno è un monitor PC software. Ci sono vari modi di collegare un JM badge ad un server remoto. Non si può connettere al PC attraverso USB sull’ MCF51JM128 o sensore QCN MEMS. E’ possibile collegare un adattatore USB Ethernet o un WiFi USB all’MCF51JM128, se provvisto di un host USB CDC ECM/EEM class driver.

In alternativa si può collegare un modulo mobile da 2.5G/3G all’ MCF51JM128 attraverso una porta seriale. La porta USB può servire per la connessione del modulo mobile se provvisto di host CDC ACM class driver. Se lo sviluppo per Ethernet a base USB del modulo mobile richiede troppo sforzo, si può usare un micro controller Ethernet abilitato ColdFire(MCF5223X/5225X). Freescale offre anche Zigbee stack, si può installare un bridge wireless con MC1319x/20x, descritto in AN3577.

MCF51JM128 è compatibile con microcontroller MC9S08JM60 ad 8-bit. Il micro controller a 8-bit ha una RAM da 4KB ed una memoria flash da 60KB ed ha solo una interfaccia di dispositivo USB. MCF51JM128 è la migliore applicazione sismografo per la sua flessibilità e Potenza di elaborazione. Essendo il ColdFire v1 una unità MAC, può essere usato per elaborare ed acquisire dati prima di inviarli al server Internet.

Freescale offre una completa libreria DSP di elaborazione per microcontroller ColdFire. Ci si può lamentare del fatto che si parla in continuazione, senza offrire un progetto completo al pubblico. Il problema è il denaro. Nessuna idea può concretizzarsi senza finanziamenti. Dopotutto se si vive in una zona sismica e non sei interessato alla costruzione di un sistema di monitoraggio sismico, puoi sempre utilizzare una bottiglia di birra come menzionato. Potrebbe salvare la tua vita e quella della tua famiglia.

References
Creating a USB-to-Wireless Bridge with the MC1319x/20x and ColdFire Processors with USB OTG Module
Seismometer - Free software download
How to make a seismometer from an electric guitar
Turn Your Mac Book into a Seismometer, QCN
British Geological Survey
Bare bone USB MEMS three axis acceleration sensor

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