Realizziamo applicazioni IoT con il Raspberry Pi 3

In questa terza puntata realizzeremo da zero una vera e propria applicazione IoT. Sebbene la sua finalità pratica sia abbastanza specifica, il suo utilizzo può essere adattato a qualsiasi altro settore e, con opportune modifiche del software e dell'hardware, il suo funzionamento può essere, addirittura, stravolto. Questa volta, ad interagire tra loro, saranno due o più diversi "oggetti", non necessariamente presenti nella stessa ubicazione.

Introduzione

Per la corretta comprensione di questa puntata del corso è opportuno avere seguito, preliminarmente, anche la prima e la seconda parte. Le applicazioni viste fino a questo punto non fanno uso di ambienti di sviluppo, kit, add-on e altre utility per realizzare, facilmente, applicazioni IoT. Al contrario esse sono create da zero, utilizzando svariati linguaggi di programmazione che il progettista usa e mette in simbiosi tra loro. Anche dal punto di vista hardware non viene usata alcuna scheda di sviluppo che, sicuramente, faciliterebbe enormemente tutte le operazioni ma che lascerebbe lo sperimentatore un po' al di fuori da ciò che realmente accade.

La finalità in breve

Si tratta di un sistema informativo, gestito dalla azienda appaltante di erogatori d'acqua potabile, che comunica automaticamente, con segnalazioni luminose, l'imminente svuotamento dei boccioni dislocati in diversi siti commerciali o uffici.

Il progetto

Parliamo un po' del progetto che stiamo andando a realizzare, descrivendone il funzionamento e, soprattutto, lo scopo. Si supponga che una azienda di distribuzione di acqua potabile consegni, nell'ambito di una stessa città, molti erogatori (come quello mostrato in figura 1), dislocati in uffici, scuole, aziende, enti pubblici, centri commerciali e quant'altro.

Figura 1: Un erogatore d'acqua

Figura 1: Un erogatore d'acqua

 

Gli esercizi che usufruiscono di tali erogatori non possono, in maniera assoluta, restare senza servizio, per l'esaurimento del prezioso liquido. Pertanto ogni colonnina, dotata di un sistema IoT e di un indirizzo IP, in caso di necessità, comunicherà con la centrale, via Internet, che provvederà immediatamente alla sostituzione del pesante boccione d'acqua tramite il suo personale specializzato. La stessa ditta fornitrice avrà, a sua volta, un pannello luminoso composto da molte lampade e anch'esso sarà dotato di un proprio indirizzo IP. In caso di richiesta si illuminerà la lampada corrispondente all'erogatore richiedente. E' possibile, opzionalmente, abilitare anche la visualizzazione su una pagina web ed implementare statistiche più disparate sul consumo d'acqua da parte degli utenti, per meglio monitorare le richieste, anche al fine di ottimizzare la distribuzione. Ovviamente è possibile monitorare tanti erogatori. Basta solo configurare correttamente il software centralizzato, come vedremo più avanti.

Diagramma di funzionamento

La figura 2 mostra il diagramma di funzionamento dell'intero sistema. Risulta un po' complesso ma, in sostanza, mette in atto il collegamento tra due punti IP per lo scambio di informazioni.

 

Figura 2: Diagramma a blocchi del sistema

Figura 2: Diagramma a blocchi del sistema

 

Lato utente: come rilevare la carenza d'acqua?

Come può il sistema comprendere che il boccione d'acqua sta per svuotarsi e che deve inviare un messaggio alla azienda per l'immediato approvvigionamento? Esistono svariati metodi, a riguardo. Alcuni sono i seguenti:

  • Rilevare il peso totale dell'erogatore, a pieno carico e poi con il boccione vuoto (o quasi vuoto). Una bilancia pesa persone modificata saprà comunicare tale differenza di peso, combinando un po' la meccanica e l'elettronica;
  • Utilizzare le celle di carico (load cell) come sensori di peso;
  • Adottare un contatto reed all'interno della bilancia;
  • Fare attraversare l'acqua da un raggio laser e poi verificare il segnale tramite un sensore di luce.

Per la natura dell'articolo, e per esigenze di costo, optiamo per la prima soluzione. Vedremo come modificare facilmente una bilancia pesa persone per realizzare un sensore di peso tarato ai valori desiderati di allarme. Mediamente le masse, in diverse condizioni di lavoro, sono le seguenti:

  • Erogatore senza boccione d'acqua: 20 Kg;
  • Boccione grande pieno: 20 Kg;
  • Peso complessivo a pieno carico: 40 Kg.

Si tratta, dunque, di realizzare una sorta di sensore di peso che, partendo da una massa iniziale, a pieno carico, di 40 Kg, possa fornire un segnale attivo quando scenda, ad esempio, al di sotto di 25 Kg, segno evidente che il liquido sta per finire.

Principio della modifica di una bilancia pesa persone

In teoria si potrebbe utilizzare una bilancia digitale ma occorrerebbe, in questo caso, intercettare la logica di controllo e quella elettronica. Una bilancia meccanica (vedi figura 3), invece, dà più sfogo alla fantasia e, soprattutto, non si pone mai in stato di stand-by.

 

Figura 3: La bilancia pesa persone da modificare

Figura 3: La bilancia pesa persone da modificare

 

L'idea è la seguente: occorre creare una sorta di feritoia sul disco graduato, in una determinata posizione, come mostrato in figura 4. Un raggio di luce prodotto da un diodo Led, attraversando la feritoia, comunicherebbe ad un sensore e, quindi, al sistema, che il peso è sceso sotto una soglia minima. Ovviamente, per installazioni professionali, sarebbe meglio utilizzare le più precise ed eleganti, ma costose, celle di carico.

 

Figura 4: Il disco della bilancia modificato.

Figura 4: Il disco della bilancia modificato.

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5 Commenti

  1. Giovanni Di Maria Giovanni Di Maria 8 giugno 2017
  2. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 8 giugno 2017
  3. Luca Richelli 20 giugno 2017
  4. Luca Richelli 23 giugno 2017

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