Introduzione Il progetto svolto nell’anno scolastico 2006/2007 è stato uno sviluppo di quanto abbiamo realizzato nell’anno precedente nella zona dell’alta valle del Tevere nell’area ZRS ( Zona a Regolamento Specifico) ovvero è stata una prosecuzione del rapporto instaurato con la Provincia di Arezzo ed il Mosca Club Altotevere. Il Progetto dell’anno scorso intitolato Pesci d’Aprile si proponeva di effettuare un campionamento delle specie ittiche finalizzato ad uno studio:

• qualitativo,con la rilevazione dei danni subiti dai pesci e dello stato di salute; • quantitativo,con l’elaborazione di modelli matematici che esprimano la relazione

tra peso e lunghezza dei pesci ed evidenzino la struttura della popolazione. E’ stata presa in considerazione questa zona, posta dopo la diga di Montedoglio lungo il corso del Tevere, in quanto la qualità dell’acqua è ottima, la sua temperatura è simile a quella di un corso alpino, il trasporto solido è pressoché nullo e c’è assenza di magre e di piene in quanto il livello dell’acqua rimane pressoché costante. Inoltre questa zona è stata istituita per la pesca con la mosca artificiale, tecnica che consente il rilascio del pescato, “catch & release” o “no kill” ma a volte questa tecnica non viene praticata nel modo giusto e questo pregiudica lo stato di salute delle varie specie. I danni arrecati all’ittiofauna sono inoltre dovuti alla presenza di uccelli ittiofagi nella suddetta area. Mentre, in questo anno scolastico, l’area di progetto prevista è stata la progettazione di una centralina di biomonitoraggio ambientale automatizzata e autonomamente alimentata, con annessa WebCam da installare sulla zona da noi prescelta. Ciò ci deve permettere di essere in grado di fornire i dati elementari sulla temperatura atmosferica, dell’acqua e le condizioni di umidità relativa e consentire la visione del fiume durante tutto l’arco dell’anno. La zona da noi scelta per il posizionamento della centralina è la seconda briglia della riserva di pesca ZRS Tail Water Tevere a San Sepolcro e la scelta del luogo è stata costretta dalla capacità di funzionamento del Bridge Wireless della società Eutelia, proprio perchè era l’unico punto operativo (quindi con un buon segnale di ricezione) su tutto il tratto della TWT. L’intero impianto della centralina di monitoraggio consiste nell’assemblaggio di diversi strumenti debitamente fissati ad un palo di sostegno alto a tal punto che l’antenna Eutelia sia ben visibile dalla fonte di trasmissione del segnale.

La centralina è costituita da i seguenti componenti:

1. palo di sostegno di legno trattato; 2. pannello fotovoltaico per fornire energia elettrica a tutto il sistema 3. batteria tampone nel caso in cui il pannello fotovoltaico non fornisca l’energia

necessaria al sistema; 4. antenna parabolica per il Bridge Wireless; 5. sensori di temperatura dell’area e relativa umidità; 6. contenitore in vetro resina per il modulo di misura e DataLogger controllo

sensori; 7. cavo interrato fino al fiume collegato al sensore nel fiume; 8. sonda per il rilievo della temperatura dell’acqua collegata alla centralina

tramite il cavo; 9. WebCam; 10. contenitore termoriscaldato e ventilato per la WebCam; 11. recinzione di protezione.

La classe ha accolto con un buon entusiasmo il progetto soprattutto per il fatto che si doveva portare avanti una vera e propria commessa finanziata dall’Amministrazione Provinciale di Arezzo, in cui i contatti diretti con le aziende fornitrici di materiali sono stati affrontati direttamente dagli alunni. Ad esempio uno dei contatti con le aziende è stato quello con la SunErg, fornitrice dei pannelli solari, e un altro è stato quello con le Echosearch fornitrice della sensoristica e del DataLogger. Altri contatti sono avvenuti con l’azienda Eutelia per la stipula di un contratto per la fornitura di un Bridge Wireless on site. A causa di alcune complicazione, come la ritardata certezza sui fondi disponibili per la realizzazione della centralina, i tempi sono slittati notevolmente in avanti. Attualmente la progettazione può comunque ritenersi terminata in quanto risolti i vari problemi sorti. Successivamente abbiamo creato la pagina ASP che è stata aggiunta al sito del Mosca Club Altotevere utile alla visualizzazione in streaming delle immagini trasmesse dalla WebCam. Questa pagina serve anche per ricevere i dati dalla sensoristica (quali temperatura, umidità ecc.). Mentre noi ci occupavamo della pagina ASP, il progettista incaricato dalla committenza Dott. Rondoni Filippo ha terminato la fase progettuale relativa alle strutture per l’istallazione on site. Di seguito abbiamo partecipato ad un incontro con il Dott. Rondoni che ci ha resi partecipi anche di questo tipo di iter burocratico.

CR 1000

Il nuovo datalogger della Campbell Scientific, il CR1000, è una versione ottimata del CR10X in termini di straordinaria versatilità, grazie al pannello di collegamento staccabile, all'alimentazione esterna ed al tastierino/display separato. Utilizzato come parte di un sistema di acquisizione, il CR1000 fornisce le funzioni di misura e controllo. Un sistema completo dovrà prevedere l'alimentazione, un contenitore stagno, dei sensori, il software di programmazione e comunicazione, le periferiche di comunicazione.

Caratteristiche

• 2 M SRAM per memorizzazione dati, programmi e utilizzo CPU • Disponibile versione con 4 M SRAM • Memoria ampliabile con periferiche esterne • Memorizzazione dati in formato tabellare • Sistema operativo PakBus • Supporto software offerto in Loggernet, PC400, ShortCut • Tastiera/display CR1000KD separata

Dati tecnici

• 16 ingressi analogici single-ended • 2 contatori di impulsi • 3 uscite di eccitazione commutabili • 8 porte di controllo digitali • 1 ingresso RS232 • 1 ingresso proprietario CSI • velocità di scansione 100 Hz • Burst Mode: 1500 Hz • Risoluzione voltaggio analogico fino a 0,33 uVolt • 13 bit • Programmazione CRBasic • Memorizzazione tabellare

Telecomunicazioni PakBus

NL115

Il NL115 è un dispositivo dell'interfaccia di Ethernet a 10baseT e un dispositivo di CompactFlash Module. Permette un Campbell CR1000 o il datalogger CR3000 da comunicare con un calcolatore usando il TCP/IP, permettente di comunicare su una rete locale o un collegamento dedicato di Internet. La combinazione della scheda di NL115/CF può essere usata per espandere la memoria dei datalogger, trasportare i dati/programmi dai luoghi del campo all'ufficio ed alle immagini formato JPEG quando la macchina fotografica digitale CC640 è collegata al datalogger. Possiamo richiamare i dati memorizzati sulla scheda di CompactFlash con un collegamento di comunicazioni con il datalogger o rimuovendo la scheda e trasportandola in un calcolatore. Il calcolatore può indicare la scheda di CompactFlash con la scanalatura di PCMCIA del calcolatore e l’adattatore CF1 o la porta USB del calcolatore e il software ImageMate Reader/Writer

Caratteristiche Unisce la funzionalità della nostra interfaccia di collegamento della rete NL100 e CFM100 CompactFlash Modulo Collega 40 al perno orificio periferico su un CR1000 o il datalogger CR3000 comunica su una rete locale o l’Internet dedicato via il TCP/IP memorizza i dati su una scheda smontabile di CompactFlash Specifiche Alimentazione: 12V fornito attraverso l'orificio periferico dei datalogger Scolo corrente: 20 mA (CR1000 w/NL115 che comunica sopra Ethernet) 43 mA (CR1000 w/NL115 che comunica sopra Ethernet e la Cf-scheda d'accesso) Gamma di temperature: -25° al campione di +50°C, -40° a +85C si è esteso Dimensioni: 4.0„ x 3.5„ x 2.5„ (10.2 x 8.9 x 6.4 centimetri)

ENC12/14 Enclosure Series

L’ ENC12/14 è un contenitore di medie dimensioni. Può alloggiare un datalogger CR200-series, CR510, CR10X, CR800, CR1000, o CR3000 ed una o più unità periferiche(secondo l’orma dell’unità periferica).

Caratteristiche Camere un datalogger CR200-series, CR510, CR800, CR10X, CR1000, o CR3000, gruppo di alimentazione ed una o più unità periferiche Opzioni dell'entrata del cavo: Un condotto sigillabile (#5961) Due condotti sigillabili (#14390) Sei guarnizioni e sfiati specifici dell'entrata del cavo ad atmosfera (#7414) Nessun aperture del cavo (#13719) Montaggio - opzioni della staffa: - il millimetro fissa la recinzione ad un albero del treppiedi o ad un palo user-supplied - TM fissa la recinzione ad una torretta UT10, UT20, o UT30 - il LM fissa la recinzione alla base del piedino di un treppiedi CM110, CM115, o CM120 Specifiche Dimensioni interne: 12.0” x 14.0” x 5.5” ( 30.5 x 35.6 x 14.0 cm ) Dimensioni esterne w/Brackets: 13,4” x 15.5” x 7.7” ( 34.0 x 39.4 x 19.5 cm )

CS215-L CSL Temperature and relative humidity sensor

Il CS215 è un sensore di umidità relativa e di temperatura prodotto da Campbell Scientific srl. Questa sonda usa un elemento digitale svizzero di temperatura e di umidità che fornisce l’esattezza e la stabilità di misura. Gli elementi sono basati su tecnologia di CMOSens, che sono stati esaminati a più di due anni nelle circostanze alpine dove sono stati indicati a lavoro alle loro specifiche in tempo estremo. Un beneficio principale del CS215 è la capacità di cambiare l’elemento del sensore, è calibrato individualmente in modo che non dia nessun’altra registrazione della sonda richiesta; semplicemente cambiare l’elemento restituisce la sonda alla calibratura della fabbrica dichiara la temperatura e l’umidità, permettendo la ricalibratura a basso costo del campo senza interruzioni lunghe alla raccolta di dati.

Caratteristiche Usa un’umidità digitale unita e l’elemento variabile del campo dell’elemento di temperatura permette l’uscita sul posto di Digital SDI-12 di ricalibratura. Programmazione semplice del datalogger. Consumo a bassa potenza. Specifiche Umidità relativa Gamma di misura: 0-100%, RH ( da -20° a +60°C ) Esattezza (a 25°C):± 2% (10-90% gamma), ± 4% (gamma 0-100%) Temperatura Gamma di misura:-40°C a +70°C Esattezza : ± 0.4°C, ± 0.9°C (-40°C +70°C) Generalità Peso: 5.3 once ( cavo di with10 ft ), 150g ( cavo di with3 m. ) Diametro: 0.5”( 1.2 centimetri ) alla punta del sensore, 0.7” ( 1.8 centimetri ) all’estremità del cavo.

Il 41303-5° è uno schermo naturalmente aspirato di redazione delle 6 piastre. La relativa costruzione permette che l’aria passi liberamente tramite lo schermo quindi che serve a mantenere la sonda nei pressi e mantiene la temperatura ambientale. Il colore bianco dello schermo riflette la radiazione solare.

Caratteristiche Fornisce ad uno schermo naturalmente aspirato di radiazione utilizzando i supporti di HMP50, di CS215, CS500, 107, o 108 delle sonde direttamente ai nostri treppiedi e torrette. Sostituisce il nostro schermo di radiazione della branchia 41303 6-Plate prodotto dai giovani di RM Specifiche Peso:0.9lbs (408 g) Altezza:4.5” (11.4 cm) Diametro:4.7” ( 11.9 cm )

107-L Temperature sensor

I 107 sono un sensore per tutti gli usi che può essere utilizzato per misurare esattamente il più comunemente la temperatura di una varietà di mezzi, aria, acqua e terreno. Il sensore di temperatura 107 consiste di un termistore incapsulato in un alloggiamento di alluminio cilindrico. La sonda misura la temperatura da -35° a +50°C ed è progettata per la durevolezza e la facilità di installazione/di rimozione.

Caratteristiche -Il sensore misura l'aria, il terreno, o la temperatura dell'acqua -Incorpora un termistore come l'elemento attivo -Suggerito per -35° alla gamma di temperature di +50°C -Lo schermo naturalmente aspirato di radiazione ha suggerito quando il sensore di temperatura è esposto a luce solare Specifiche Errore del Steinhart-Cervo maschio: <±2°C (0° a +50°C) aumentare a ±0.4°C a -40°C

CS100 Setra 278 Barometric Pressare Sensor

Il CS100 è un sensore di pressione barometrica. La gamma standard di pressione barometrica è mb 600 - 1100, che è approssimativamente livello del mare a 12000 piedi. Il CS100 è prodotto da Setra come loro modello 278. Progettato per uso nelle applicazioni ambientali, il Setra 278 alloggiato tipicamente nella recinzione del datalogger.

Caratteristiche -Misura la pressione barometrica sopra la gamma di mb 600 - 1100; la versione -estesa della gamma di pressione barometrica è disponibile -Garanzia triennale -Consumo a bassa potenza -Montaggio integrale - staffa ottimizzata per il montaggio direttamente alle recinzioni scientifiche del Campbell prodotte da Setra Specifiche - Uscita: 0 - 2.5 VCC - Esattezza: ±0.5 mb @ +20°C - Temperatura di funzionamento: -40° a +60°C - Dimensioni: 3.6 " x 2.4 " x 1.0 " (9.1 centimetri x 6.1 centimetri x 2.5 centimetri)

PANNELLO SOLARE

Nel provvedere all’installazione del pannello solare, affinché esso consenta di avere una corretta, continua e dimensionata fonte di energia alla varia componentistica che abbiamo in dotazione, ci siamo trovati di fronte ad alcune scelte per cercare di ottenere la soluzione più vantaggiosa per raggiungere il nostro obiettivo. Il pannello in dotazione deve alimentare i suddetti componenti:

1) Una Webcam (40 W). 2) Un Data Logger (10 W).

3) Due sensori: uno per monitorare la temperatura dell’aria ed uno per monitorare

la sua umidità (20 W).

4) Un Bridge Wireless (10 W).

DISEGNO PROGETTUALE:

Energie alternative: la conversione fotovoltaica

La conversione fotovoltaica consiste nella trasformazione diretta dell'energia solare in energia elettrica mediante dispositivi allo stato solido, le celle fotovoltaiche, a base di materiali semiconduttori. La materia prima, costituita dall’ossido di silicio, è abbondantissima sulla crosta terrestre in quanto costituente principale della sabbia e del quarzo. Risulta inoltre evidente che l’introduzione massiccia di questa tecnologia nel nostro paese provocherebbe un sensibile abbattimento dei costi. Le prime applicazioni di successo sono state in campo spaziale e l’impiego sempre più diffuso di satelliti artificiali ha portato alla diffusione del fotovoltaico e alla nascita di una vera e propria industria. L’alto costo, che sembra essere l’unico vero limite, ha fatto sì che le applicazioni con il sistema fotovoltaico fossero ristrette ai casi in cui l’importanza della disponibilità dell'energia elettrica fosse tale da adombrare il problema economico. Applicazioni interessanti si trovano anche laddove, per motivi tecnici o logistici, il costo dell’energia elettrica risulta altissimo, come in luoghi isolati.

Alcune definizioni

o Radiazione solare: energia elettromagnetica emessa dai processi di fusione dell’idrogeno contenuto nel sole.

o Irraggiamento extraterrestre: 1.367 W/m2 + 3,3% (per la diversa distanza Terra-Sole). E’ la “costante solare”.

Condizioni di riferimento per le misurazioni:

o AM (Air Mass), che può essere: o AM0 —> fuori dall’atmosfera o AM1 —> spessore di atmosfera standard attraversato in direzione perpendicolare alla superficie terrestre e misurato ai livello del mare (1.000 W/m2). o AM1 ,5 —> tipico delle nostre latitudini, adottato nei test di laboratorio per la

definizione delle potenze nominali. o Irraggiamento solare globale = Diretto + Diffuso + Riflesso (= 1.000 W/m2).

D’inverno la componente diffusa è molto maggiore rispetto alla diretta. o Radiazione solare diffusa = 55% di quella globale (base annua). o La radiazione riflessa dipende dal coefficiente di albedo, che dipende dal

tipo di suolo: erba: 0,15— 0,25; neve fresca: 0,82; asfalto secco: 0,09 - 0,15 o Intensità della radiazione solare al suolo —> dipende dall’angolo di

inclinazione della radiazione stessa: più questo è basso e maggiore sarà lo

spessore di atmosfera da attraversare, con una conseguente minore radiazione che raggiunge la superficie.

o Tabelle di irraggiamento solare, da norme UNI: radiazione solare diffusa e diretta nelle province italiane, mese per mese e in kWh/m2 giorno. Per massimizzare l’energia captata nell’arco dell’anno (alle nostre latitudini): 30°-35° Se bisogna alimentare un’utenza isolata anche d’inverno: 60°- 65°

o Standard Test Conditions (riferimento per la definizione di watt di picco

[Wp]):

• irraggiamento di 1.000 W/m2, • temperatura della cella di 25°C, • spettro AM 1,5

Tabella di confronto

Schema di massima per sistema stand-alone

Calcolo Energetico del progetto:

Per poter calcolare nel modo più rapido ed attendibile possibile il fabbisogno energetico del nostro progetto visto nella sua globalità abbiamo fatto ricorso ad un programma che ci è stato molto utile chiamato Lab View. Il programma, una volta inserite correttamente le specifiche da lui richieste per il calcolo energetico, lo calcola in automatico riuscendo ad ottenere un risultato con un margine di errore minimo, ciò che fa al caso nostro.

WebCam

Per realizzare l’area di progetto, il cui scopo è quello di monitorare una zona del fiume Tevere, abbiamo bisogno di una WebCam collegata ad un bridge wireless che ci permette di poter ricevere direttamente le informazioni e visualizzare le immagini sul sito internet grazie al contratto con eutelia che ci permette di inviare le informazioni grazie ad un collegamento a banda larga ad onde radio. Per effettuare questo monitoraggio abbiamo effettuato una selezione tra le possibili WebCam disponibili sul mercato in modo da poter soddisfare meglio le nostre esigenze. La nostra scelta è ricaduta sulla Intellinet Network camera 550796 per le ottime prestazione che essa ci offriva e per il buonissimo rapporto qualità prezzo. Di seguito verranno riportate le principali caratteristiche e specifiche tecniche: Caratteristiche:

• Sensore SONY Super HAD CCD 1/3" per immagini di qualità eccellente • Fino a 25 frame al secondo in tutte le risoluzioni • Supporta risoluzione immagine fino a 720 x 576 (D1) • Rilevazione el movimento integrata con buffer immagine/video pre-post allarme • Upload FTP ed e-mail di immagini statiche e video im modalità event-trigger • Supporta audio, full-duplex, fino a 3.4 kHz • Connessione per collegamento microfono esterno • Connessione per collegamento con casse acustiche esterne • Terminal block per sensori esterni e periferiche di allarme esterne • Supporta condizioni di scarsa luminosità, minimo 0.1 lux • Supporta MPEG4 streaming con modalità CBR (constant bit rate) e VBR

(variable bit rate) • Indice di frame controllabile • Accesso video tramite qualsiasi Web browser standard • Supporta injector, mid- ed endspans IEEE802.3af Power over Ethernet • HTTP Web server integrato supporta 50 connessioni di utenti simultaneamente • Email, FTP, DDNS e DHCP client integrati • Esteso CGI API per integrazione software e operazioni di controllo a distanza • OCX facile da usare per applicazioni MS Visual Studio • Include IP Installer su base Windows e software Multi-Viewer fino a quattro

camere • Garanzia a vita

specifiche tecniche del prodotto:

• IEEE 802.3 (10Base-T Ethernet) • IEEE 802.3u (100Base-TX Fast Ethernet) • IEEE 802.3af (Power over Ethernet)

Informazioni generali

• 32-bit ARM9 RISC CPU • 16 MByte video frame buffer • 16 MByte video frame buffer • 32 Mbyte SDRAM • Supporta risoluzioni immagine: D1 (720 x 576), CIF (352 x 288) • Supporta audio

- Full duplex - Larghezza di banda: 300 Hz to 3.4 kHz - Ingresso audio: 3.5 mm / 1.8" connettore per ingresso microfono - Uscita audio: 3.5 mm / 1.8" connettore uscita casse acustiche

• Protocolli supportati: TCP/IP, UDP, HTTP, FTP, SMTP, DHCP, DNS, ARP, ICMP, POP3, RTSP, RTC

• Certificazioni: FCC Class B, RF: EN300328, EMC: EN301489-1/-7, Safety: EN60950-1 Sensore immagine e specifiche delle lenti

• Sensore Super HAD CCD 1/3" SONY • S/N ratio: > 48 dB • Uscita video: 1.0 Vp-p (75 Ohms, composito) • Controllo automatico del bilanciamento • Controllo dell'immagine, luminosità, contrasto, saturazione, colore • 0.1 minimum lux • Otturatore elettronico: 1/50 - 1/10.000 sec. • Lenti standard sostituibili montaggio CS 1/3" • Lunghezza di fuoco 6.0 mm, visione grandangolare di 54˚, distanza obbiettivo

0.1 m a infinito • Massima apertura relativa F1.8

LED

• Alimentazione • Collegamento alla rete • Camera operativa

Informazioni fisiche

• Dimensioni: 87 (W) x 158 (L) x 45 (H) mm (3.4 x 6.2 x 1.8 in.)

• Peso: 1.1 kg (2.34 lbs.) • Temperatura d'esercizio: 0 – 50°C (32 – 122°F) • Umidità d'esercizio: 10 – 95% RH, senza condensa • Temperatura di stoccaggio: 0 – 60°C (0 – 149°F)

Alimentazione

• Alimentatore esterno: 12 V DC, 1.5 A • Consumo di corrente: 3.0 Watts (massimo)

Sistemi richiesti

• Windows 2000, XP, Linux, Mac OS X • Computer con connessione di rete • Web browser supportato:

- MS Internet Explorer 5.0 o superiore (ActiveX + Java) - Mozilla 1.x, Mozilla Firefox (Java) - Netscape Navigator 6.0 o superiore (Java) - Opera (Java) - Safari (Java) - Konqueror (Java) Contenuto della confezione

• Network Camera Pro Series • Manuale d'istruzione • Alimentatore esterno • CD con il software

Inoltre è in grado di poter offrire le seguenti funzioni:

• Grazie a un sensore CCD può fornire delle buone immagini video con colori vivi come nella vita reale

• La possibilità di poter visualizzare le immagini anche in quasi totale assenza di

luce quindi è perfetta per poter essere utilizzata durante la notte.

• Supporto dei principali formati video come MPEG4 e JPEG Video Format grazie ai quali si può trasmettere una grande quantità di dati con un minimo utilizzo di memoria

• Grazie a un microfono si può acquisire i segnali audio anche ad elevata distanza

• Supporta gli standard ethernet descritti nelle specifiche tecniche in modo tale

da poter permettere una facile configurazione nella trasmissione di dati.

Bridge wireless

Per quanto riguarda il nostro gruppo noi ci siamo occupati dell’area di connettività dell’apparato sopra presentato.Dato che un ente pubblico non può collaborare con dei privati sono state scartate queste possibilità di collaborazione . Prima di optare per la soluzione wireless abbiamo preso in considerazione anche altre possibilità come per esempio una connessione gsm da attivare solo le volte che necessitavamo di scaricare i dati dal nostro data-logger. Per una questione di costi e di comodità, visto che la connessione gsm si paga a Kb, e bisognava fare un contratto con determinate caratteristiche che non rispondevano alle nostre esigenze abbiamo quasi subito abbandonato questa idea anche perché non ci permetteva di sfruttare appieno la web-cam. Infatti il nostro progetto prevede di fare lo streaming di una determinata parte di fiume per farla vedere alle persone che accederanno al sito. Per avere una connessione sul posto ci siamo rivolti ad “Eutelia” una società che offre connettività wireless a patto che non ci siano ostacoli tra l’hot-spot e le antenne che erogano il segnale dall’alpe di Poti. Ci siamo quindi informati sulle varie tipologie di contratto possibili ed abbiamo optato per una ADSL senza fili in modalità Flat al costo mensile di 39€ più una tantum per l’attivazione di 199€. Per soddisfare le condizioni contrattuali sopra riportate abbiamo effettuato una ricognizione sul luogo ( briglia 2 ) ove sorgerà il palo, ed armandoci di bussola e gps, abbiamo annotato le coordinate geografiche del luogo. Una volta comunicate le coordinate ad eutelia abbiamo avuto il via libera per la nostra connessione. Una particolarità del nostro progetto è quella che sia il datalogger che la web-cam escano con un unico ip statico che ci permette di lavorare in maniera più efficace, ed allo stesso tempo più semplice, per la costruzione del nostro sito web.