SMART DEVICE PER IL MONITORAGGIO AMBIENTALE · Tesi di laurea in Fisica Tecnica e Impianti ......

ALMA MATER STUDIORUM

UNIVERSITÀ DI BOLOGNA

SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA

Corso di laurea in Ingegneria Edile

SMART DEVICE PER IL MONITORAGGIO

AMBIENTALE

Tesi di laurea in Fisica Tecnica e Impianti

Relatore Presentata da

Prof. Luca Barbaresi Daniele Focchi

Correlatore

Prof. Paolo Guidorzi

Sessione Anno Accademico 2016-2017

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Indice

1 Introduzione pag. 4

2 Benessere ambientale pag. 6

2.1 Il corpo umano pag. 7

2.2 Bilancio energetico pag. 8

2.3 Misurazione del comfort termico pag. 10

2.4 Indoor air quality pag. 18

2.5 Benessere visivo pag. 20

3 Monitoraggio ambientale pag. 25

3.1 Misure e valutazioni soggettive pag. 26

3.2 Strumenti e procedure per il monitoraggio degli ambienti pag. 28

3.3 Sensoristica pag. 32

3.4 Rappresentazione dei dati pag. 33

4 Progetto di un sistema di monitoraggio pag. 36

4.1 I componenti hardware pag. 39

4.2 La programmazione software pag. 50

4.3 Realizzazione del sistema di monitoraggio pag. 56

4.4 Funzionamento dei dispositivi pag. 66

5 Caso studio pag. 68

Conclusioni pag. 80

Bibliografia pag. 82

Allegati

I° allegato: Manuale di istruzioni

II° allegato: Diagramma di flusso

III° allegato: Schema elettrico del dispositivo

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1 Introduzione

L’avanzamento tecnologico degli ultimi anni ha portato alla nascita di nuovi strumenti per la raccolta

e l’elaborazione dei dati. Cloud, smart systems, IoT, IA: sono parole sempre più rilevanti nella nostra

vita e hanno permesso la nascita di strumenti definiti “smart”, caratterizzati dal basso costo e dalla

possibilità di connettersi a Internet. Anche nell’edilizia sta avvenendo un’importante rivoluzione

grazie alla domotica.

La progettazione di ambienti salubri che possano fornire un elevato grado di benessere è oggi un

obbiettivo imprescindibile, regolamentato dalla normativa e richiesto dai clienti. È un aspetto che va

di pari passo con il risparmio energetico. Una buona progettazione, basata sulla scelta di impianti

correttamente dimensionati e predisposti, permette da una parte l'ottimizzazione dei consumi e

dall'altra un miglioramento della vivibilità degli ambienti.

La realizzazione di impianti di monitoraggio, esterni o integrati nell'involucro edilizio, è una pratica

sempre più comune e premiata dalla normativa, che porta notevoli vantaggi sia per il progettista che

per l'utilizzatore. Infatti, la disponibilità di dati "reali" permette un costante miglioramento dei modelli

matematici utilizzati ed una più facile interazione con l’ambiente.

I monitoraggi vengono effettuati mediante dispositivi dotati di sensori, che vengono programmati

perché possano leggere e misurare numerose grandezze in completa autonomia. Sono molti i prodotti

che si occupano di monitoraggio, integrati negli impianti o mobili. Con la seguente tesi si è voluto

però realizzare un nuovo sistema di monitoraggio partendo da zero e seguendo la filosofia dell’Open

Source. Si vogliono determinare i benefici, l’affidabilità e i limiti offerti da soluzioni tecnologiche

“home made”. Si vuole entrare nel mondo della prototipazione offerto da realtà come Arduino,

realizzando un sistema “smart” su misura, che possa raccogliere e gestire dati ambientali.

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2 Benessere ambientale

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2 Benessere ambientale

Caratteristica che ha sempre distinto l'uomo come specie è la ricerca del benessere. Il corpo stesso

dell'uomo si regola costantemente per rimanere in uno stato ideale e poter così funzionare

correttamente. E se qualcosa non va, allora il nostro cervello ci avvisa con stati di malessere sempre

più intensi finché non interveniamo, trovando la causa della sofferenza ed eliminandola. Qualunque

sia la causa: fame, freddo, rumore, etc., per poter tornare nella nostra zona sicura, cioè in uno stato di

comfort, dobbiamo intervenire ed eliminare la causa di disagio.

Oggi, la tecnologia ha permesso all'uomo di intervenire sulle cause di malessere con maggior facilità,

delegando ad essa, con sistemi sempre più automatici, il controllo e l'intervento sull'ambiente

circostante.

Un tempo le famiglie si riunivano attorno al camino per scaldarsi. Oggi ogni stanza permette una

propria regolazione della temperatura per adeguarsi all'utilizzatore. La ricerca di riserve quotidiane

di cibo e acqua oggi viene considerato un problema superato per la maggior parte delle persone.

Questo ha permesso di dedicarsi sempre più ai propri interessi e alle proprie attività, e rimanere in

uno stato fisico/mentale ottimale.

Il benessere, al contrario della felicità, è qualcosa di tangibile e che oggi possiamo avere.

Ogni qualvolta una tecnologia permette una riduzione del carico di lavoro all'uomo, esso è spinto a

ricercarla ed utilizzarla, al fine di migliorare il suo stato.

Il benessere termico è riconosciuto dalla normativa (UNI EN ISO 7730): sarà dunque necessario

quantificarlo e predisporre interventi per la sua regolazione. Particolare attenzione oggi va anche al

risparmio energetico. Si dovranno dunque studiare soluzioni che permettano, oltre ad un alto grado

di benessere, anche il massimo risparmio energetico.

Scopo di questa tesi è la definizione di benessere ambientale, la sua quantificazione e gli strumenti

per la raccolta dei dati necessari ai modelli matematici per la progettazione.

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2.1 Il corpo umano

Il corpo umano può essere visto come una macchina termica. Attraverso trasformazioni chimiche,

trasforma l'energia potenziale chimica dei cibi in altre forme di energia. Tali trasformazioni

costituiscono il metabolismo, che quindi può essere definito come quantità di energia chimica su unità

di tempo trasformata in potenza termica e lavoro per unità di tempo, espressa in W (watt).

Figura 2.1 – 1 Trasformazioni energetiche nell'organismo

Tutte le forme di energia utilizzate dal corpo umano, alla fine si trasformano in energia termica che

si disperderà nell'ambiente sotto forma di lavoro meccanico o di calore dissipato. La velocità con cui

il calore si disperde è legata all'attività svolta e quindi il metabolismo è funzione del grado di attività

dell'individuo.

Come ogni macchina, l'organismo cederà energia all'ambiente e riceverà energia dall'ambiente.

Se si ha un accumulo o una perdita di energia, non si è in condizione di omeotermia, cioè il bilancio

energetico del corpo non è più soddisfatto, e si avrà una variazione della temperatura del corpo umano,

discostandosi dalla temperatura ottimale di 37°C. Tale temperatura è quella interna del corpo umano

e nell'arco della giornata non dovrebbe variare per più di mezzo grado. La regolazione della

temperatura interna è legata a quella esterna, definita temperatura della pelle, la quale può subire

variazioni di temperatura molto più ampie.

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Il sistema di termoregolazione del corpo umano, mediante recettori termici che funzionano da sensori,

misura le variazioni di temperatura e le velocità di variazione di queste ultime.

Quando il sistema rileva una variazione di temperatura, interviene per ristabilire l'equilibrio.

I principali meccanismi di termoregolazione sono: quello vasomotorio, che interessa i capillari

superficiali i quali, grazie a valvole, intervengono sull'afflusso sanguigno; quello ghiandolare, con

l'attivazione delle ghiandole sudoripare per la generazione di sudore; quello comportamentale, legato

alle abitudini della persona, come l'aumento della quantità di vestiario o dell'area del corpo coperta

in caso di sensazione di freddo.

2.2 Bilancio energetico

Come già accennato, in condizioni di omeotermia, l'energia prodotta da un individuo deve essere pari

all'energia scambiata con l'ambiente sotto forma di calore o lavoro. Possiamo indicare il bilancio

energetico come segue:

M – W – E – Cresp – (R + C) = 0

M = potenza metabolica;

W = lavoro meccanico nell'unità di tempo;

E = flusso termico ceduto per evaporazione cutanea;

Cresp = flusso termico ceduto attraverso respirazione;

R = flusso termico ceduto/ricevuto per irraggiamento;

C = flusso termico ceduto/ricevuto per convezione.

- Flusso termico ceduto per evaporazione cutanea:

Traspirazione e sudorazione permettono la regolarizzazione della temperatura corporea

mediante meccanismi presenti nella pelle. La prima consiste in fenomeni di diffusione del

vapor d'acqua attraverso la pelle, mentre la seconda consiste nella secrezione da parte delle

ghiandole sudoripare di una soluzione acquosa di cloruro di sodio.

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- Flusso termico ceduto attraverso respirazione:

I processi di respirazione necessitano di potenza termica per scambiare calore e vapor

d'acqua con le mucose del tratto respiratorio. In pratica l'aria immessa nel corpo viene prima

"trattata" per non scompensare l'ambiente interno al corpo stesso.

- Flusso termico ceduto/ricevuto per convezione:

Il calore superficiale del corpo, in base al vestiario indossato legato all'unità di misura

"clo" (Icl), subisce uno scambio convettivo con l'aria dell'ambiente circostante.

Ci si baserà sul coefficiente di aria dell'abbigliamento, cioè il rapporto tra l'area della

superficie del corpo umano vestito e l'area della superficie del corpo umano nudo, valutato

mediante relazioni empiriche che ne forniscono il valore in base alla resistenza termica

dell'abbigliamento. Quest'ultima è legata all'unità di misura incoerente "clo", i cui valori

sono presenti nelle norme UNI sotto forma di tabelle in base al vestiario.

Tabella 2.2 – 1 Valori del vestiario in "clo"

- Flusso termico ceduto/ricevuto per irraggiamento:

Gli oggetti circostanti la superficie del corpo umano vestito scambiano energia per

irraggiamento. Come semplificazione della realtà, viene introdotta la temperatura media

radiante, cioè una temperatura fittizia uniforme, definita come la temperatura delle pareti di

un ambiente virtuale con temperatura uniforme che sia in grado di scambiare per

irraggiamento con il soggetto, la stessa quantità di calore ceduta dall'ambiente reale.

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2.3 Misurazione del comfort termico

Il comfort termico può essere definito come lo stato psicofisico in cui soggetto esprime soddisfazione

nei riguardi del microclima, oppure come condizione in cui il soggetto non ammette nessuna

sensazione di caldo o sensazione di freddo (neutralità termica).

È facile comprendere, da queste due definizioni, la difficoltà nell'esprimere e misurare correttamente

il comfort termico, che è per lo più una sensazione, facilmente influenzabile psicologicamente, e che

differisce da gruppo etnico a gruppo etnico, da persona a persona, da attività ad attività.

Quello che si può fare, e che la normativa richiede, è la valutazione di tutti i parametri microclimatici

e fisiologici che influenzano il fenomeno e la realizzazione di valutazioni statistiche il più precise e

generali possibili. Tali valutazioni possono essere globali o locali, ed entrambe dovranno essere

soddisfatte.

Riscrivendo la formula del bilancio energetico del corpo umano considerando tutti i termini

precedentemente descritti e ipotizzando la situazione di comfort, considerando cioè nullo l'accumulo

di energia nel corpo umano, avremo:

f (Icl, M, ta, va, UR, tMR, tsk, E) = 0

Questa funzione è caratterizzata da 8 termini così suddivisibili:

- relativi al soggetto (Icl per l'abbigliamento e M per l'attività);

- relativi all'ambiente (temperatura ta, velocità dell'aria va, umidità dell'aria UR e

temperatura media radiante tMR);

- relative alla fisiologia (temperatura della pelle tsk e potenza termica dispersa per

evaporazione E).

Essendo però i termini fisiologici in funzione degli altri, avrò sei termini indipendenti da utilizzare

per la determinazione del benessere termico.

Per valutare il livello di benessere in una determinata situazione, sono stati realizzati degli indici, detti

di discomfort, che valutano lo scostamento della situazione "di misura" da quella di comfort. Questi

indici si dividono in indici di sensazione e indici di temperatura.

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L'indice di temperatura più famoso è l'indice di temperatura effettiva (ET). Secondo tale indice, i

parametri fisiologici della temperatura della pelle e della percentuale di bagnatura della pelle sono i

più rilevanti per la valutazione della sensazione termica, ed è alla base della norma ASHRAE 55/92.

Attraverso una combinazione di temperatura operativa, umidità specifica e umidità relativa dell'aria,

sarà possibile determinare un range di condizioni ambientali accettabili, sia invernali che estive

(Figura. 2.3-1).

Figura 2.3 – 1 Grafico ASHRAE per l'indice ET

L'indice di sensazione più conosciuto è invece il Voto Medio Previsto (PMV).

Proposto da Fanger nel 1970, è basato su un'equazione di benessere ambientale, ricavata

sperimentalmente, e su analisi statistiche. Tale equazione è in realtà un'equazione del bilancio termico

che considera due termini sperimentali ricavati da Fanger: la temperatura della pelle (tsk) e la potenza

termica dispersa per sudorazione (Esw).

L = (M – W) - (Ed*+Esw*+Eve+Cve+C*+R*)

(I valori asteriscati indicano l'utilizzo dei valori proposti da Fanger).

Il carico termico (L) corrisponde alla differenza fra l'energia generata dal corpo umano che si disperde

sotto forma di energia termica (M-W) e l'energia termica che il soggetto disperderebbe nell'ambiente

nella condizione di benessere.

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L > 0 -> sensazione di caldo

L = 0 -> neutralità termica

L < 0 -> sensazione di freddo

Aggiungendo i dati dell'indagine statistica è possibile calcolare il PMV in base a M e L:

PMV = [0,303 exp(-0,036*M)+0,028] * L

Essendo i valori della temperatura dell'aria (ta) diversi da quelli della temperatura media radiante

(tMR), verrà presa come riferimento la temperatura operativa t0, che corrisponde alla loro media pesata.

L'indice è alla base della norma ISO 7730, la quale classifica i risultati dell'equazione mediante una

scala psicofisica (Tabella 2.3-1).

Tabella 2.3 – 1 Scala psicofisica per indice PMV

Il PMV rappresenta quindi il voto che un individuo darebbe all'ambiente che lo circonda.

Vista la natura di questo indice, c'è una certa dispersione intorno al valore medio che non permetterà

mai una soddisfazione completa da parte di tutti. Viene quindi definito l'indice PPD, cioè la

percentuale prevista di insoddisfatti, il quale indica la percentuale delle persone che esprime un voto

di sensazione termica pari o superiore a 2.

PPD = 100 – 0,95 exp -(0,03353*PMV4 + 0,2179*PMV2)

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Figura 2.3 – 2 Scala psicofisica per indice PMV

Dalla formula che lega i due indici, è possibile ottenere un grafico (figura 2.3-2), il quale mostra

chiaramente che per qualunque valore di PMV, ci sarà sempre almeno un 5% di utenti insoddisfatti,

perché le sensazioni sono mutevoli e le abitudini differenti. La normativa invece permette,

principalmente per ragioni economiche, come parametro di progettazione, valori di PPD inferiori o

uguali al 10%.

Tutte le valutazioni fatte finora sono di tipo globale, cioè riguardano l'ambiente nel suo complesso.

Ma da un punto di vista del comfort, andranno prese in considerazione anche valutazioni locali,

riferite a determinati aspetti che possono apportare un disagio all'utente.

Disuniformità della temperatura delle pareti:

Principalmente in inverno, le superfici vetrate presentano temperature molto più fredde delle superfici

opache, provocando una dissimmetria dello scambio di calore per irraggiamento con il soggetto.

La normativa prevede due situazioni. Entrambe devono risultare minori di un determinato valore di

PPD. In caso di attività leggera, si potrà avere una differenza di temperatura minore di 10°C rispetto

a superfici vetrate fredde e minore di 5-7°C rispetto a soffitti caldi (figura 2.3-3).

Gradienti verticali di temperatura:

È la situazione in cui la temperatura al livello delle caviglie risulta inferiore a quella del capo.

La differenza di temperatura accettata è in base alla percentuale di insoddisfazione ed è classificata

per livelli di qualità dalla normativa europea CEN 1752. Avremo quindi 2°C per il livello A, 3°C per

il livello B e 4°C per il livello C, il meno restrittivo.

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Figura 2.3 – 3 Valori di PPD causa asimmetria media radiante

Temperatura troppo calda o troppo fredda della pavimentazione:

Lo scambio termico tra la pianta dei piedi e la pavimentazione, può generare una disuniformità di

temperatura nel corpo e provocare malessere. La normativa impone anche in questo caso dei limiti in

base al livello di qualità ricercato. Gli studi, effettuati da Denmark, Olsen e Fanger in base alla

pavimentazione, sia su soggetti scalzi che con scarpe, dimostrano che la temperatura della

pavimentazione deve essere tra i 20 e i 30°C (Figura 2.3-4).

Figura 2.3 – 4 Valori di PPD in base alla temperatura del pavimento

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Disuniformità della velocità dell'aria:

I movimenti d’aria possono provocare il raffreddamento di una parte del corpo, causando una

condizione di malessere. La percentuale di insoddisfatti (Figura 2.3-5) considera l’effetto combinato

della temperatura dell’aria (ta), del valore medio della velocità (var) e dell’intensità di turbolenza (Tu),

che vale circa 0,4 per ambienti normalmente climatizzati.

Figura 2.3 –5 Valori limite velocità dell’aria per un valore di PPD del 15%

In tutti i casi sopra considerati, la normativa europea CEN 1752 prevede 3 classi di qualità, via via

più stringenti (Tabella 2.3-2), caratterizzate da una soglia massima di percentuale di insoddisfatti,

cioè una certa soglia di PPD.

Tabella 2.3-2 Categorie di discomfort

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Da ricordare che l'indice PMV è ritenuto valido solo se sono verificati i seguenti intervalli di valori:

ta -> 10-30 °C M/Ab -> 0,8-4 met

tMR -> 10-40 °C Icl -> 0-2 clo

va -> 0-1,0 m/s PMV -> -0,2-+0,2

Di seguito vengono riportare le condizioni di comfort secondo l'ISO 7730 per il caso invernale

(Tabella 2.3-3) e per il caso estivo (Tabella 2.3-4), nella situazione di stato sedentario o attività

leggera.

Tabella 2.3-3 ISO 7730: condizioni di comfort invernale

Temperatura operative 20-24°C e UR = 50%

Gradiente verticale temperatura aria max 3°C tra 0,1 e 1,1

Asimmetria temperatura radiante max 10°C orizz. e 5°C vert.

Velocità dell'aria max 0,15 m/s

Temperatura pavimento 19-29°C

Tabella 2.3-4 ISO 7730: condizioni di comfort estivo

Temperatura operative 23-26°C e UR = 50%

Gradiente verticale temperatura aria max 3°C tra 0,1 e 1,1

Velocità dell'aria max 0,25 m/s

Due aspetti particolari sulla percezione di benessere sono l'umidità relativa e la velocità dell'aria.

La variazione di umidità dell'aria non influisce particolarmente sulla sensazione termica percepita.

Passare dal 30% di umidità relativa al 70% corrisponde all'aumento di circa un grado della

temperatura operativa. Bisogna però precisare che un'umidità relativa inferiore al 30% causa

l'irritazione delle mucose e un'umidità relativa superiore all'80% favorisce la formazione di muffe.

Per questo la normativa prende come riferimento un valore molto ristretto di umidità relativa,

corrispondente al 50% +/- 5%.

La velocità dell'aria invece è strettamente collegata alla temperatura della stessa: saranno accettate

dagli utenti correnti più forti all'aumentare della temperatura.

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L'indice PMV, come già detto, è un indice statistico ed è funzione di 6 parametri legati al bilancio

energetico dell'uomo. Ma sono molti gli aspetti che non considera.

Con la più recente norma UNI EN 15251, che richiama e amplia i contenuti della ISO 7730, è stato

proposto un nuovo approccio, detto adattivo, per analizzare il comfort termico, e una nuova

classificazione della qualità dell’ambiente (Tabella 2.3-5).

Tabella 2.3-5 Categorie di qualità secondo la norma UNI 15251

Secondo l'approccio adattivo, la condizione di benessere, cioè delle aspettative degli occupanti, può

col tempo cambiare e adattarsi a varie situazioni ed è strettamente collegato all'individuo. Gli utenti

sono messi al centro, come responsabili attivi del microclima interno, permettendo così una riduzione

delle automazioni e degli sprechi energetici.

Vengono presi in considerazione fattori di natura sociale, culturale e comportamentale, che

caratterizzano l'individuo. Si è visto che tali fattori sono preponderanti soprattutto in quegli utenti

abituati a microclimi naturali, cioè senza impianti automatici. Ad esempio, sappiamo che gli utenti

abituati a impianti di climatizzazione, sono molto più sensibili alle deviazioni della temperatura dal

valore ottimale rispetto agli occupanti di edifici con ventilazione naturale. Oppure si tiene conto del

fatto che le persone cresciute in regioni con climi freddi preferiscono temperature minori rispetto alle

persone cresciute in regioni con climi caldi.

In ogni caso, qualunque sia il metodo di calcolo per determinare il comfort termico, oggi è importante

la raccolta di dati attraverso il monitoraggio ambientale, per l'ottimizzazione dei modelli di calcolo.

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2.4 Indoor air quality

Il benessere termico non è l'unico aspetto necessario per ottenere condizioni positive di benessere

ambientale. Molto importanti sono anche la luminosità e la qualità dell'aria.

L'uomo è soggetto ad un continuo scambio gassoso con l'ambiente attraverso i tessuti e la

respirazione, perciò è importante per la salute umana interagire con ambienti salubri.

L'indoor air quality (IAQ) o qualità dell'aria interna è, secondo la norma UNI 10339, "la caratteristica

dell'aria trattata che risponde ai requisiti di purezza", specificando come requisiti che "l'aria non deve

contenere contaminanti noti in concentrazioni tali da arrecare danno alla salute e causare condizioni

di malessere ".

Sarà quindi necessario individuare le sostanze inquinanti e le loro concentrazioni, considerando sia

le emissioni interne sia le emissioni esterne. La tossicità è legata alla concentrazione e al tempo di

esposizione, mentre i contaminanti possono presentarsi sotto forma di particelle, come aerosol o

particolato, o di gas, di natura organica o non organica.

Le sostanze inquinanti utilizzate come indicatori della qualità dell'aria sono:

- Bioeffluenti: si tratta di emissioni dovute all'attività metabolica umana, non tossiche ma

caratterizzate da cattivo odore.

- SOx, NOx e CO: sono tutti prodotti di combustioni, dovuti alla cottura di cibi, impianti di

riscaldamento o utilizzo di sigarette. Il biossido di zolfo SO2 può generare irritazione all'apparato

respiratorio, il biossido di azoto NO2 può provocare disturbi respiratori soprattutto ai bambini, mentre

l'ossido di carbonio CO può combinarsi all'emoglobina dell'organismo, sostituendosi all'ossigeno.

- Composti organici volatili (VOC): sono un insieme di inquinanti generati da colle, vernici,

deodoranti, combustioni e metabolismo. Sono legati sia all'attività umana che all'utilizzo di materiali

e quindi sempre presenti negli ambienti chiusi. Alcuni di questi composti, come la formaldeide, sono

molto nocivi per l'uomo.

- Radon: gas prodotto dal decadimento dell'Uranio e presente nel suolo e nelle rocce di origine

vulcanica e può causare il cancro ai polmoni.

- Contaminanti biologici: presenza di microrganismi come muffe, batteri o spore fungine, che

proliferano in ambienti umidi, come impianti di condizionamento o pareti soggette a fenomeni di

condensa a causa di basse temperature superficiali.

- Biossido di carbonio (CO2): generata come i bioeffluenti dall'attività del metabolismo umano.

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In ambito industriale sono disponibili delle tabelle, le Treshold limit values (TLV), che riportano i

valori massimi di concentrazione per i principali contaminanti. Non esiste però una controparte in

ambito residenziale, dove gli occupanti sono soggetti ad un'ampia gamma di inquinanti, con tempi di

esposizione spesso più lunghi, ma concentrazioni minori. Si può utilizzare come limite una

percentuale ridotta dei valori indicati nelle TLV o basarsi sui limiti di percezione olfattiva proposti da

Fanger, secondo i quali non vi siano problemi di inquinamento che non siano percepibili dall'olfatto.

L'azione più efficace per la riduzione dell'inquinamento interno è l'individuazione e rimozione delle

cause inquinanti, come la sostituzione delle vernici tossiche. In alternativa, si può calibrare la portata

d'aria in ingresso del sistema di ventilazione (naturale o forzata) per diluire gli inquinanti presenti.

Quest'ultima soluzione è la più seguita, ma presenta numerosi vincoli legati alla qualità dell'aria

esterna, all'eccessivo consumo elettrico e ad una non equa distribuzione degli inquinanti che saranno

meno presenti nella zona di immissione dell'aria. Inoltre, basarsi esclusivamente sulla portata d'aria

in ingresso può non essere sufficiente. Secondo la norma UNI 10339, sono due gli approcci per la

determinazione delle portate d'aria esterna:

- approccio prescrittivo, che stabilisce la portata volumica esterna per persona in base alla categoria

dell'edificio e alla funzione del locale;

- approccio prestazionale, in cui le portate vengono determinate in modo da mantenere le

concentrazioni dei singoli inquinanti sotto i valori massimi accettati.

Determinazione della portata di ventilazione ai fini sanitari (Qh):

Qh = Gh / [(Ch,i – Ch,0)*εv] [L/s]

Gh = carico inquinante [μg/s]

Ch,i = livello massimo di concentrazione di inquinante ammessa in ambiente [μg/L]

Ch,0 = livello massimo di concentrazione di inquinante esterno [μg/L]

εv = efficienza di ventilazione

Nella quale i livelli Ch,i e Ch,0 potranno essere riferiti ad un unico inquinante assunto come indicatore,

come la CO2, per valutare l'inquinamento generato dall'attività metabolica umana, e il CO, per

valutare l'inquinamento da sigaretta.

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2.5 Benessere visivo

La vista è il senso più utilizzato dall'uomo ed è legata alla percezione della realtà che ci circonda.

Il benessere visivo è legato sia al tipo di illuminazione sia dall'oggetto della visione e dalla sensazione

che esso trasmette. Mentre la prestazione visiva è quantificabile ed è influenzata dal livello di

illuminamento, il comfort visivo è legato alle condizioni psicofisiche della persona, alla resa dei colori

e alla distribuzione delle luminanze.

L'occhio umano lavora su un range della radiazione elettromagnetica molto ristretto, detto campo

visibile, che ricade fra i 380nm e i 780nm. Per quantificare la sensibilità dell'occhio, che è in grado

di valutare sia la potenza che la lunghezza d'onda della radiazione, bisogna tener conto di un certo

numero di grandezze fotometriche, legate all'intensità luminosa I, definita come il flusso luminoso

emesso in una data direzione nell'unità di angolo solido da una sorgente monocromatica di frequenza

540*1012 Hz, la cui intensità energetica vale 1/683 W/sr.

A causa della variabilità degli stimoli visivi e della loro interpretazione, è stato definito "l'occhio

medio internazionale", che simuli quello umano, e il fattore di visibilità (K), cioè una funzione che

rappresenti la sensibilità media dell'occhio umano a radiazioni differenti di uguale energia.

K(λ1)*P(λ1) = K(λ2)*P(λ2)

P = potenza raggiante

λ = lunghezza d'onda

Il fattore di visibilità è quindi definito da due potenze raggianti, di due luci monocromatiche di diversa

lunghezza d'onda, che generano la stessa sensazione di visibilità.

Nel Figura 2.5-1, si può notare come la massima visibilità corrisponde al colore giallo dello spettro.

È per questo che i sistemi di illuminazione vertono sempre su tale colore.

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Figura 2.5 –1 Coefficiente di visibilità relativa

Le grandezze fotometriche sono:

- Flusso luminoso: Ꝋ = K(λ)*P(λ) [lm]

- Intensità luminosa: I = dꝊ / dω [cd]

- Radianza: M = dꝊ / dA [lux s.b.]

Rapporto tra il flusso luminoso emesso da un elemento di superficie attorno al punto e l'area

dell'elemento.

- Illuminamento: E = dꝊ / dA [lux]

Rapporto fra il flusso luminoso incidente su una superficie elementare nell'intorno del punto e la

superficie elementare stessa.

- Luminanza: L = dI / dA*cos α [cd/m2]

Rapporto fra intensità luminosa emessa in una direzione e una superficie emittente proiettata su un

piano perpendicolare alla direzione.

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Tabella 2.5 –1 Valori di illuminamento consigliati

Valori di illuminamento consigliati (lux) Attività/destinazione

20-50 Aree esterne industriali

50-150 Aree di passaggio o di sosta temporanea

100-200 Ambienti di lavoro occupati saltuariamente

200-500 Prestazione visiva semplice (es. lavorazioni grossolane a macchina)

300-750 Prestazione visiva media (es. lavorazioni su macchine utensili)

500-1000 Prestazione visiva elevata (es. disegno)

1000-2000 Prestazione visiva elevata per compiti difficili (es. incisioni a mano, verifica colori, ecc)

➢ 2000 Compiti particolari (es. interventi chirurgici)

Progettazione per l'illuminazione artificiale di ambienti interni secondo la norma UNI 10380:

- Livello e uniformità di illuminamento artificiale, si basa sull'illuminamento medio di esercizio,

cioè sul valore medio di E su di un piano di lavoro a 80cm da terra considerando

l'invecchiamento e sporcamento dell'impianto di illuminazione. L'illuminamento minimo

deve risultare maggiore dell'80% dell'illuminamento medio.

- Equilibrio delle luminanze, causato dalla presenza dell'eccessiva luminosità degli oggetti che

riflettono la luce nel campo visivo e quindi dalla posizione dello sguardo. Il valore di

luminanza sarà quindi uguale alla media fra la luminanza dell'oggetto osservato e quella

delle altre zone all'intorno.

- Abbagliamento, fenomeno di disturbo causato dalla presenza nel campo visivo di una sorgente con

luminanza molto più alta della media, che può provocare una riduzione della acuità visiva.

Può essere diretto o indiretto, se causato da un riflesso.

- Temperatura di colore (CCT), come già visto tabella. 2.5-1), l'aspetto cromatico della sorgente

luminosa impatta concretamente sulla qualità visiva, anche a livello psicologico. La

normativa classifica il colore apparente delle sorgenti luminose indicando per tonalità calda

una T < 3300K, per tonalità neutra una T compresa fra 3300K e 5300K e per tonalità fredda

una T > 5300K (Figura 2.5-2).

23

Figura 2.5 –2 Diagramma di Kruithof per la temperatura di colore

Altro aspetto importante per una buona progettazione di comfort visivo è l'illuminamento naturale.

I vantaggi dell'illuminamento naturale sono: risparmio energetico, effetto positivo sulle persone,

percezione dello spazio esterno mediante pareti vetrate, riduzione di impianti, etc.

È necessario garantire un buon illuminamento degli ambienti durante tutte le ore del giorno ed evitare

fenomeni di abbaglio o di luminosità troppo elevate.

Per misurare l'apporto di luce naturale in un ambiente si utilizza il fattore di luce diurna (FLD), il

quale rappresenta il rapporto in percentuale tra l'illuminamento, dovuto alla sola componente diffusa,

di un punto interno e quello misurato su una superficie orizzontale posta all'esterno e schermata dalla

radiazione diretta. Solitamente si fa riferimento al fattore medio di luce interna, perché mediato su

più punti dell'ambiente.

24

3 Monitoraggio ambientale

25

3 Monitoraggio ambientale

La progettazione di edifici e il dimensionamento degli impianti richiede un gran numero di dati per

la generazione di modelli matematici precisi e che possano rispecchiare la realtà. I sistemi di

monitoraggio permettono la raccolta e la gestione di questi dati. Ma il monitoraggio può risultare

utile, oltre all'ottimizzazione dei modelli, anche ai fruitori dell'impianto, rendendoli più consci delle

caratteristiche dell'ambiente in cui vivono.

La sempre maggiore diffusione di case con classe elevata di certificazione energetica, ha mostrato

infatti due scenari: la differenza fra i modelli utilizzati in fase di progetto e la situazione reale, e le

cattive abitudini delle persone nella gestione della casa.

La normativa, attraverso i Criteri Ambientali Minimi (CAM) che fanno riferimento al D.lgs 56/2017,

sta quindi incentivando i costruttori a integrare negli edifici di nuova costruzione, soluzioni di

monitoraggio delle prestazioni dell'edificio e degli impianti, oltre a provvedere ad informare i futuri

fruitori del corretto utilizzo degli impianti stessi. Anche se la normativa agisce principalmente con

l'intento di ridurre i consumi energetici, questo non toglie i benefici sul benessere delle persone.

La diffusione di sistemi di monitoraggio è incentivata anche dalla riduzione dei costi e dal numero

elevato di proposte presenti sul mercato.

La programmazione di un monitoraggio o la progettazione di un impianto di monitoraggio richiedono

di stabilire l'oggetto delle misure e l'approccio alla raccolta dei dati. Va quindi individuata la scelta

della strumentazione più adatta ai propri scopi e la valutazione dei dati raccolti.

26

3.1 Misure e valutazioni soggettive

Il monitoraggio di una o più grandezze richiede la misura e la restituzione di valori. Le grandezze

sono misurate mediante componenti elettronici detti sensori, i quali si differenziano in base alla

grandezza misurata, alla precisione di lettura della grandezza e alla modalità di restituzione.

Per misura si intende: "il valore numerico attribuito a una grandezza, ottenuto ed espresso come

rapporto tra la grandezza data e un’altra della stessa specie assunta come unità (unità di misura), e

determinato con opportuni metodi o strumenti di misurazione". (cit. Vocabolario Treccani)

Ogni misura effettuata è soggetta a errori. Infatti non esistono metodi perfetti di misurazione di una

quantità. L'insieme delle misure di una stessa grandezza, permette di definire un intervallo di valori

che indica la probabilità della misura, cioè la sua precisione. Gli errori possono essere sistematici, se

dovuti a difetti degli strumenti di misura e quindi si ripetono nel tempo, o casuali, se variano in modo

imprevedibile. Gli errori sistematici possono essere eliminati mediante calibrazione, cioè mediante

un confronto fra le letture del sensore da tarare e le letture del sensore di riferimento. Gli errori casuali,

invece, non possono essere individuati a priori e quindi bisogna affidarsi al valore medio della misura

e alla sua precisione.

Figura 3.1 –1 Multimetro: strumento di misura elettronico

27

Le caratteristiche degli strumenti di misura sono:

- Il campo di misura, cioè l'intervallo dei valori misurabili;

- La portata o fondo scala, cioè il valore maggiore che lo strumento può leggere per una grandezza;

- La precisione, cioè il grado di dispersione delle misure rispetto alla media campionata;

- La risoluzione, che indica la minima differenza rilevabile fra due valori misurati molto simili tra

di loro e di solito corrisponde alla metà della precisione dello strumento;

- L'accuratezza, cioè il grado di corrispondenza tra la misura effettuata e quella di riferimento;

- Tempo di risposta, che corrisponde al tempo necessario perché il valore misurato raggiunga il 90%

del valore di regime.

Figura 3.1 –2 Precisione e accuratezza

Nel campo del benessere ambientale è spesso necessario associare i dati ottenuti da un monitoraggio

a valutazioni soggettive di carattere statistico, per la valutazione della risposta dell'uomo all'ambiente

in cui vive. Queste valutazioni sono raccolte mediante questionari, cartacei o digitali.

Il questionario va costruito in base all'obbiettivo che si vuole raggiungere, cioè al risultato che si

vuole ottenere dai dati raccolti. La normativa UNI EN ISO 10551 fornisce le linee guida per la

redazione e l'uso di scale di giudizio sulle opinioni delle persone esposte all'ambiente oggetto del

monitoraggio. Vengono fornite anche indicazioni sulla formulazione di domande e risposte.

La normativa prevede anche un altro tipo di sondaggio, la valutazione post abitativa (POE), per

valutare la prestazione degli edifici da parte degli utilizzatori, dopo un tempo di utilizzo che va dai 6

ai 12 mesi.

28

3.2 Strumenti e procedure per il monitoraggio degli ambienti

Gli strumenti per il monitoraggio possono misurare una o più grandezze. La scelta dello strumento, e

il suo costo, dipenderà dalla precisione richiesta. Gli strumenti per il monitoraggio sono divisi in:

- Datalogger, per monitoraggi continuativi, economici e senza fili;

- Centraline microclimatiche, strumenti ad alta precisione che necessitano della presenza del tecnico

e sono regolamentati dalla normativa ISO 7726;

- IEQ monitors, utilizzabili mediante smartphone;

- Sistemi di regolazione, per la gestione di impianti.

Figura 3.2 –1 Datalogger Figura 3.2 –2 Centralina microclimatica

Il monitoraggio del comfort termico può essere fatto mediante centraline microclimatiche, per la

determinazione degli indici PMV e PPD, o mediante l'utilizzo di datalogger, per la raccolta dei dati

ambientali.

Nel primo caso, la norma ISO 7726 stabilisce i requisiti per la strumentazione, cioè le grandezze da

monitorare, le metodologie di misura e i campi di applicazione (Tabella 3.2-1)

Le centraline microclimatiche vanno collocate in corrispondenza delle postazioni occupate dalle

persone e dovranno rilevare i valori ambientali al livello delle caviglie, dell'addome e della testa.

In caso di luce solare diretta, bisogna schermare la strumentazione per non rilevare valori falsati. Per

ambienti residenziali o di ridotte dimensioni, è sufficiente posizionare lo strumento al centro della

stanza.

29

Tabella 3.2 –1 ISO 7726: requisiti della strumentazione

Il monitoraggio termico mediante datalogger permette la lettura di più parametri usando sistemi

economici e trasportabili, che non necessitano di una presa di corrente perché dotati di batterie. Una

volta scelto il dispositivo in base alle grandezze da misurare, si decide l'intervallo delle letture, la

durata del monitoraggio e l'ubicazione. È opportuno posizionare i datalogger appendendoli alle pareti

o fissandoli su tavoli, lontano da fonti di calore o vetrate, ma sempre in posizioni che possano

rappresentare l'ambiente oggetto di misura nel suo complesso.

I dati potranno essere letti sul monitor del dispositivo, se presente, oppure sul computer, dopo averli

trasferiti. Alcuni modelli permetto anche di caricare i dati in tempo reale su internet e visualizzarli

dal proprio smartphone.

L'intervallo tra una lettura e l'altra dei sensori dipende principalmente dall'obbiettivo del

monitoraggio e dalla precisione dell'analisi che si vuole effettuare. L'analisi comportamentale delle

persone in una stanza necessiterà, ad esempio, di un tempo ridotto di campionatura (1-5 minuti),

che produrrà una quantità maggiore di dati da elaborare.

30

Il monitoraggio della qualità dell'aria può basarsi sulla determinazione di parametri chimici o sulla

valutazione delle concentrazioni di sostanze prese come indicatori.

Per la determinazione chimica degli inquinanti, cioè per le misure microbiologiche, è necessario

l'intervento di personale specializzato, che dovrà individuare e analizzare tutte le fonti di rischio

biologico e chimico presenti nell'ambiente. L'analisi dell'aria va effettuata all'ingresso e all'uscita

degli impianti di ventilazione e consiste nella raccolta di campioni d'aria per far proliferare i

microrganismi che la compongono ed identificarli.

Il monitoraggio dell'aria attraverso indicatori della qualità, e quindi il monitoraggio microclimatico

degli ambienti interni, può essere svolto mediante datalogger. Come indicato nel caso di monitoraggio

termico, i datalogger andranno posizionati opportunatamente per non effettuare misure falsate. I dati

raccolti potranno essere usati per valutare la necessità di ricambi d'aria nell'ambiente o per integrare

le misure microbiologiche, in modo da determinare con precisione l'ambiente di sviluppo dei

microrganismi.

Figura 3.2 –3 Verifica abbagliamento per postazioni con terminali

Il monitoraggio illuminotecnico permette di valutare l'illuminamento artificiale o naturale degli

ambienti, e valutare così tipologia e distribuzione degli impianti di illuminamento. Come per i

monitoraggi precedenti, la misurazione dell'illuminamento può essere eseguita mediante

strumentazioni apposite, luxmetri o luminanzometri, o mediante datalogger.

31

Gli IEQ monitors e i sistemi di regolazione sono apparati che hanno scopi differenti. Anche se leggono

vari dati in ingresso, non lo fanno ai fini di un vero e proprio monitoraggio, ma per informare l'utente

e gestire gli impianti.

Gli IEQ monitors funzionano come dei datalogger e trasmettono in tempo reale una serie di letture

allo smartphone, dove vengono visualizzate in modo semplificato e con una grafica accattivante.

I sistemi di regolazione, come ad esempio i termostati, sono centraline adibite alla gestione degli

impianti. Un tempo questi dispositivi svolgevano un'unica funzione, mentre oggi sono diventati

sistemi tecnologicamente avanzati, ma facili da usare per l'utente. Permettono la gestione

dell'ambiente grazie all'introduzione di funzioni aggiuntive, quali il collegamento a sensori e impianti

differenti, ed il controllo a distanza mediante internet.

Sia gli IEQ monitors che i sistemi di regolazione, possono essere collegati ad applicativi web che

registrano i dati nel cloud e, attraverso algoritmi avanzati o IA (intelligenza artificiale), sono in grado

di analizzare tali dati e fornire all'utente informazioni sullo stato della qualità ambientale,

consigliando, ad esempio, le azioni per migliorare il benessere o gestendo direttamente gli impianti

domotici, se presenti. Per impianti domotici si vuole indicare quegli impianti di ultima generazione

che ne permettono l'azionamento a distanza attraverso internet.

Figura 3.2 –4 Interfacce di collegamento al cloud computing

32

3.3 Sensoristica

Le misure possono essere effettuate mediante sensori, che si differenziano per la grandezza misurata

e per la precisione. La misura rilevata viene elaborata e inviata sotto forma di segnale elettrico al

microcontrollore che comanda la strumentazione, il quale traduce questo segnale e restituisce il valore

della lettura nell'unità di misura richiesta.

I sensori di temperatura possono effettuare misurazioni per contatto, con superfici o liquidi mediante

processi di conduzione e convezione, oppure senza contatto, mediante processi di irraggiamento.

I principali sensori di temperatura sono: a lamina bimetallica, costituiti da un nastro composto da due

differenti metalli con coefficienti di dilatazione diversi; a variazione di resistenza, con utilizzo di

trasduttori elettrici, che sfruttano la capacità dei metalli di variare la conducibilità elettrica con la

temperatura; termoresistenze, in cui viene letta la resistenza elettrica dei metalli, la quale cresce

all'aumentare della temperatura.

I sensori di umidità sono normalmente costituiti da una striscia di nylon che si espande o si contrae a

seconda dell'assorbimento di vapore acqueo presente nell'ambiente. I sensori più diffusi per la

determinazione dell'umidità sono l'igrometro e lo psicrometro.

I sensori per la misura degli inquinanti dell'aria si dividono a seconda dell'indicatore che si vuole

rilevare, il quale è legato ad una determinata situazione. La CO2 è utilizzato come indicatore della

qualità dell'aria o per la regolazione di impianti di areazione ed è determinata mediante rilevatori ad

infrarosso, rilevatori a fotoionizzazione o mediante spettrometro di massa.

I VOC sono un insieme variegato di composti organici. La scelta del sensore dipenderà quindi dal

singolo composto che si vuole misurare.

I sensori per la misura dell'illuminamento permettono la lettura in lux dell'illuminamento ambientale.

Possono sfruttare celle fotovoltaiche, le quali, sotto l'effetto di un flusso luminoso, reagiscono

provocando corrente elettrica rilevata poi da un galvanometro, oppure utilizzare fotoresistori, che si

oppongono al passaggio di corrente in base alla quantità di luce che li investe.

33

3.4 Rappresentazione dei dati

Un'adeguata rappresentazione dei dati permette una più facile e veloce lettura degli stessi. Sia che si

tratti di misure che del risultato di un'indagine con questionario, la rappresentazione mediante grafici

permette di far risaltare gli schemi che caratterizzano i dati.

Un classico monitoraggio, che può presentare uno o più parametri raccolti a intervalli di tempo

costanti, permette la visualizzazione dei dati in base alla durata del monitoraggio stesso.

Per questo tipo di dati è consigliabile la rappresentazione mediante punti o linee. La scelta di una

scala adatta, cioè con valori non troppo fitti o troppo diradati, permette una corretta visualizzazione

dei dati. Le unità di misura degli assi devono essere sempre messe in evidenza e nel caso di più

parametri da visualizzare contemporaneamente, è consigliabile l'utilizzo di colori per facilitarne

l'individuazione.

Tabella 3.4 –1 Categorie dei parametri ambientali UNI 15251

La figura 3.4-1 mostra la rappresentazione delle classi di PMV, secondo la norma ISO 7730, per un

edificio residenziale durante la stagione estiva. La categoria I rappresenta il più elevato livello di

comfort (Tabella 3.4-1); il grafico mostra, per ogni ambiente soggetto a monitoraggio, il tempo in

percentuale di ogni categoria. La figura 3.4-2 mostra invece la rappresentazione della concentrazione

di CO2 in una camera da letto. Le linee rossa, verde e viola rappresentano i limiti di concentrazione

secondo la norma ISO 15251.

34

Figura 3.4 –1 Esempio di grafico per classi PMV ISO 7730

Figura 3.4 –2 Esempio di grafico sulle categorie di qualità dell'aria ISO 15251

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4 Progetto di un sistema di monitoraggio

36

4 Progetto di un sistema di monitoraggio

Il progetto presentato, non nasce da un'esigenza particolare, ma dalla curiosità di sperimentare i

benefici e i limiti della prototipazione offerti da realtà come Arduino e Open Source applicati al

monitoraggio ambientale.

Arduino è un prodotto e una comunità, il cui scopo è dimostrare le possibilità che la tecnologia può

offrire. Viene utilizzato da scuole e aziende, che lo hanno scelto per la sua facilità nel montaggio di

componenti e nella programmazione di sistemi elettronici.

Per prototipazione mi riferisco a quel sottoprocesso della progettazione necessario come studio

conoscitivo sui limiti di una data soluzione. È un passo obbligatorio per tutti coloro che vogliono

mettere sul mercato un nuovo prodotto e permette poi la valutazione dei tempi e dei costi di

produzione.

L'Open Source è invece l'indicazione che viene data al software fornito liberamente dagli autori,

permettendone così l'analisi e la modifica, anche a scopo personale. Ciò ha portato alla nascita di

progetti completamente gratuiti, realizzati e supportati da comunità che credono nello scopo che il

progetto si è prefissato. Alcune di queste realtà sono diventate così diffuse da diventare veri e propri

punti di riferimento, utilizzate da migliaia di aziende.

La progettazione di questo sistema di monitoraggio parte ovviamente dall'utilizzo che se ne vuole

fare, cioè dalla tipologia di raccolta dei dati. Decisi quindi i sensori che si vogliono utilizzare, cioè i

parametri ambientali da misurare, è stato necessario cercare la piattaforma più adatta al progetto. Si

tratta della scelta più importante perché caratterizza le possibilità del sistema. Si è optato per un

NodeMCU Amica, una board basata su un chip wifi ESP8266, che offre bassi consumi e funzioni di

comunicazione senza fili, permettendo così di rendere il sistema mobile e indipendente.

Non basta ovviamente leggere i dati con i sensori e inviarli su internet, ma è necessario realizzare un

sistema per la ricezione e la gestione di questi dati. È stato allora progettato un applicativo web, che

si occupa della gestione dei dispositivi e dei dati, e un database, che permetta l'archiviazione di tutti

i dati raccolti. L'applicativo web e il database sono collocati su un server, che permette la

comunicazione con i dispositivi mobili mediante protocollo http. Infine, è stato redatto un manuale

di istruzioni per l'utilizzo dei dispositivi e dell'applicativo web.

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Come già accennato, tutti i software utilizzati per la programmazione, la comunicazione e la

realizzazione dell'infrastruttura, sono Open Source e dispongono di una grande quantità di

documentazione, anche in italiano. È stato così possibile concentrarsi sul progetto e utilizzare funzioni

avanzate, come quelle offerte dai database, senza investimenti e limiti di utilizzo.

Questo non riduce la difficoltà della prototipazione di un sistema così vasto, che richiede competenze

in vari campi, oltre alle difficoltà tipiche di un qualsivoglia progetto.

Figura 4 –1 Esempio di importanti progetti Open Source

Più si avanza con la progettazione, maggiori sono i limiti e i problemi riscontrati. Spesso è necessario

adeguarsi ai limiti della piattaforma utilizzata, cambiando o eliminando funzioni e caratteristiche che

inizialmente si volevano fornire al progetto. L'alternativa è rincominciare da capo, cambiando la

piattaforma di sviluppo. È una scelta non facile da prendere, soprattutto quando si è raggiunto un

certo stadio nello sviluppo del sistema.

Visto che si tratta di sperimentazioni e prototipazione, la filosofia è che una cosa non la si conosce

finché non viene fatta. Difatti, se uno sapesse già il risultato finale, non servirebbe una fase di

prototipazione. Questo continuo working progress, nel tempo permette di ottenere un risultato, più o

meno simile alle intenzioni iniziali. Sarà allora che si dovrà decidere se la prototipazione ha avuto

successo o bisogna cambiare strada e ritentare. Ma non si tratta di uno spreco di tempo e risorse. Ogni

strada sbagliata ci permette di avvicinarci sempre più al risultato voluto e gli studi effettuati ci

permetteranno di migliorare costantemente. Sarà alla fine il rapporto fra il tempo necessario alla

sperimentazione e le funzioni implementate a decidere il risultato finale.

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Le attività svolte per la realizzazione del prototipo sono:

- individuazione ed analisi dei componenti elettronici;

- programmazione mediante l'IDE di Arduino;

- configurazione database;

- programmazione dell'applicativo web.

- stesura di un manuale di istruzioni

Figura 4 –2 Prototipo del dispositivo

La progettazione mediante soluzioni Open Source può facilitare e velocizzare la realizzazione di

sistemi completi dal punto di vista funzionale, lasciando da parte tutte le fasi di ottimizzazione e

commercializzazione del prodotto. Non sono quindi obbligatori investimenti ingenti di risorse per

sperimentare, prototipare e provare nuove possibilità.

Ma quanto questo sistema di prototipazione è da privilegiare? Le competenze richieste non sono

eccessive, visto che si parla di programmazione ed elettronica? I tempi per l'utilizzo di queste

soluzioni sono maturi? Queste sono alcune delle domande da porsi durante la fase di prototipazione,

e alle quali si cercherà di dare una risposta.

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4.1 I componenti hardware

L’utilizzo delle board di Arduino richiede competenze minime di elettronica, che possono essere

acquisite mediante le numerose guide presenti sulla rete. Di seguito vengono descritti i principali

componenti di Arduino.

Pin:

Sistema di input/output di un microcontrollore per l’interfaccia con componenti hardware esterni.

A seconda di come il segnale elettrico può essere gestito dai pin, avremo pin analogici, che assumono

un range del segnale più o meno ampio, e pin digitali, che possono assumere solo un segnale tra alto

(HIGH = 1) e basso (LOW = 0). I pin digitali sono utilizzati dai sistemi di comunicazione per il

trasferimento delle istruzioni.

Figura 4.1 –1 Differenza segnale analogico e digitale

Sistemi di comunicazione:

Protocolli per la comunicazione di informazioni e istruzioni con altri dispositivi mediante pin digitali.

La comunicazione può essere:

- SPI, comunicazione rapida mediante 4 pin (MOSI, MISO, SCK, SS);

- I2C, comunicazione lenta mediante 2 pin (SDA, SCL);

- RX-DX, sfrutta la porta seriale e permette la comunicazione con un computer mediante uscita

USB.

Figura 4.1 –2 Struttura comunicazione SPI Figura 4.1 –3 Struttura comunicazione I2C

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Alimentazione:

L’alimentazione fornita alla board, caratterizzata da una certa quantità di corrente e da un una certa

tensione, permette non solo il funzionamento della board, ma anche di tutti i componenti che sono

alimentati da essa. I valori di corrente e tensione assorbiti vanno presi dai datasheet dei componenti,

cioè dalle loro schede tecniche. Per controllare che la corrente circoli correttamente e che la tensione

non subisca grosse dispersioni nel suo percorso, è possibile utilizzare un multimetro. L’alimentazione

nei circuiti elettrici ha un unico verso, da positivo a negativo, e la tensione va regolata in base ai valori

richiesti dai componenti. Attenzione anche nel collegare la board con dispositivi che inviano segnali

a tensioni superiori a quelle supportate dai pin dalla board.

Il primo problema del progetto è stata la scelta della board che avrebbe gestito il monitoraggio. Per

board si intende un PBC, cioè un circuito stampato, composto da un microcontrollore, un sistema di

alimentazione e uno di comunicazione. Oltre alle board ufficiali di Arduino, esistono board di altre

aziende che, per le loro qualità, si sono diffuse così tanto da essere supportate dalla stessa comunità

di Arduino. Le possibilità di scelta della board comprendevano: un Arduino Uno affiancato ad un chip

wifi, un Raspberry PI Zero W, una board GSM oppure una board con chip wifi.

Le necessità principali per il progetto sono: gestione sensori, collegamento a internet, portabilità.

Di ogni possibilità sono stati studiati i vantaggi e gli svantaggi.

Arduino UNO:

Vantaggi: possibilità di collegamento, grazie ai numerosi pin sia digitali che analogici; bassi consumi

energetici; compatibilità software e hardware, essendo il prodotto più popolare.

Svantaggi: necessità di un chip wifi esterno per la comunicazione, che comporta aumento di costi,

codice e consumi energetici.

Figura 4.1 –4 Arduino UNO

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Raspberry PI Zero W:

Vantaggi: potenza di calcolo, paragonabile a un piccolo computer; programmazione avanzata.

Svantaggi: bassa predisposizione alla gestione di hardware esterno, per il numero ridotto di

connessioni; maggiore instabilità del codice, che deve girare sotto un sistema operativo.

Figura 4.1 –5 Raspberry PI Zero W

Board GSM:

Vantaggi: geolocalizzazione; indipendenza da connessioni esterne; gestione SMS.

Svantaggi: costi, gestione della Sim, consumi.

Figura 4.1 –6 Board GSM Sim900

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Chip wifi: (EPS-8266)

Vantaggi: bassi costi e consumi; ridotte dimensioni; supporto da parte della comunità di Arduino.

Svantaggi: presenza di una sola porta analogica; voltaggio dei pin a 3,3V.

Figura 4.1 –7 NodeMCU Amica

Dopo questa prima analisi, si è optato per l’utilizzo di un chip wifi EPS-8266, e precisamente la

variante NodeMCU Amica, una board di piccole dimensioni, con ingresso micro-USB ed ancora sup-

portata dalla casa produttrice.

Il chip può essere programmato come se fosse una board di Arduino ed è il più indicato per dispositivi

mobili alimentati a batteria. Inoltre, i chip EPS-8266 sono molto diffusi nelle comunità di hobbisti,

per cui esiste molta documentazione.

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Scelta la piattaforma, sono stati individuati tutti gli altri componenti che formeranno il dispositivo.

Verranno riportati di seguito i vari componenti hardware utilizzati nella versione finale del disposi-

tivo.

NodeMCU Amica:

Figura 4.1 –8 Pin NodeMCU Amica

Tabella 4.1-1 Estratto del datasheet del NodeMCU

Microcontroller ESP-12E

Operating voltage 3,3V

Input voltage 5 - 12V

Digital I/O pins 10 (GPIO)

Analogic input pins ADC (10 bit - 1V)

Communication protocols SPI / I2C / UART

Communication wifi IEEE 802.11 b/g/n

Dimension 49*24.5*13 mm

Lettore microSD:

Componente che dialoga con la board mediante comunicazione SPI. Utilizzato per la lettura dei

parametri di configurazione e per il backup dei dati in assenza di connessione a internet.

Necessita di una microSD, formattata in modalità FAT32. Come tensione di ingresso sono richiesti

5V, mentre per gestire la comunicazione possono bastare i pin a 3,3V della board.

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Led:

Per la segnalazione degli errori verrà utilizzato un led rosso. I led emettono luce se attraversati da

corrente e fanno parte della famiglia dei diodi, componenti elettronici caratterizzati dal fatto che la

corrente può passare solo in una direzione. Il led funziona con una tensione di 1,8V e va collegato ad

un pin digitale della board che lavora a 3,3V.

Sarà necessario allora dimensionare una resistenza

per ridurre la tensione e non bruciare il led. La

formula da utilizzare, derivante dalla legge di

Ohm, è la seguente:

R = (Vin – V)/I

R = resistenza necessaria

Vin = voltaggio in ingresso

V = caduta di tensione ai capi del diodo

I = corrente supportata dal led (20mA) Figura 4.1 –9 Lettura codice

identificativo resistenze

Sarà necessario quindi l’utilizzo di una resistenza da 160 ohm o più.

CD4051:

Multiplex analogico che mette a disposizione 8 pin ADC per poter così espandere le capacità della

board. Necessita di 3 pin digitali per impostare il pin ADC da leggere e di un pin analogico. Il

voltaggio e l'alimentazione sono gli stessi del pin analogico della board a cui è collegato.

Figura 4.1 –10 Schema di connessione CD4051

Power supply:

Componente per la gestione dell’alimentazione del dispositivo. Comprende una porta USB, un

ingresso per un trasformatore, un tasto di accensione e la possibilità di scegliere la corrente in uscita

tra 3,3V e 5V.

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DHT 22:

Si tratta di un sensore di temperatura e umidità dell’aria, di piccole dimensioni e con discreta

precisione. Comunica con la board mediante pin digitale, sfruttando le funzioni di un’apposita libreria

software, restituendo la lettura in °C della temperatura e in % dell’umidità.

Il collegamento viene effettuato mediante 3 pin: comunicazione, neutro, alimentazione a 3,3V o 5V.

Se il sensore non integra al suo interno delle resistenze, visibili sul PCB del sensore, sarà necessario

mettere una resistenza, detta di “Pull-up”, da 5k ohm tra il pin di alimentazione e quello di

comunicazione.

Tabella 4.1-2 Datasheet sensore DHT22

Power supply 3.3 – 6V DC

Output signal Digital signal

Operating range temperature -40 ⁓ 80 °C

Operating range humidity 0 ⁓ 100 % RH

Accuraty temperature < +/- 0,5 °C

Accuraty humidity +/- 2% RH

Sensitivity temperature 0,1 °C

Sensitivity humidity 0,1% RH

Sensing period ⁓2s

Dimensions 22*28*5 mm (max)

Figura 4.1-11 Sensore DHT22

I sensori DHT22 necessitano di taratura, ma quello a disposizione è già stato tarato, mediante camera

climatica, durante lo svolgimento della tesi:” Ottimizzazione di un apparato per il controllo delle

condizioni climatiche nella cella per la misura della rigidità dinamica” di Rossella Minto.

Curva di taratura utilizzata:

y = m * x + q

x = lettura del sensore

y = valore da inserire nel database

Figura 4.1-12 Curva di calibrazione DHT22

0 2 4 6 8 10 12

0

2

4

6

8

10

12

X (°C)

Y (°

C)

Curva di calibrazione DHT22

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MH – Z14A:

Sensore per la lettura della concentrazione di biossido di carbonio (CO2) negli ambienti interni.

Nasce per il monitoraggio delle serre in ambito industriale e dispone di numerose interfacce di

comunicazione. Permette infatti di comunicare con un microcontrollore mediante pin digitale,

analogico o per via seriale. Sul mercato sono disponibili tre modelli che si differenziano per la portata:

2000 ppm, 5000ppm o 10000ppm.

Il collegamento viene effettuato mediante 3 pin: analogico, neutro, alimentazione a 5V.

Tabella 4.1-3 Datasheet sensore MH-Z14A

Power supply 4,5 ⁓ 5,5V DC

Output signal PWM / UART / 0,4-2V DC

Measuring range 0 ⁓ 2000 ppm / 0 ⁓ 5000 ppm / 0 ⁓ 10000 ppm

Accuraty carbon dioxide +/- 50 ppm

Working temperature 0 ⁓ 50 °C

Working humidity 0 ⁓ 95 % RH

Measuring range 0 ⁓ 5% VOL optional

Average current < 85 mA

Dimensions 57,5*34,7*16 mm

Figura 4.1-13 Sensore MH - Z14A

Il sensore dispone di un sistema di autocalibrazione e regola le letture in base alla temperatura.

La lettura della concentrazione di CO2 avviene mediante infrarossi (NDIR).

Il sensore invia sul pin analogico, un segnale con voltaggio fra 0,4 e 2V, range che descrive la portata

del sensore (5000 ppm nel mio caso). La porta analogica della board è però in grado di leggere

tensioni da 0 a1V. È quindi necessario l’utilizzo di un partitore di tensione che dimezzi la tensione

d’ingresso. Avremo così un segnale tra 0,2 e 1V che descrive il range 0 – 5000 ppm.

Il partitore è realizzato mettendo due resistenze di uguale capacità in serie e leggendo la tensione

dopo la prima resistenza.

Il valore letto dalla board sarà poi restituito in bit in un range da 0 a 1024. Avremo quindi due scale

differenti di conversione da utilizzare per ottenere il valore della concentrazione in ppm.

La prima curva di conversione (Figura 4.1-14) sarà una retta del tipo:

(x-a) / (b-a) = (z-0) / (1024-0) -> x = (0,8*z+204,8) / 1024

x = valore in volt ricevuto

a = voltaggio minimo del sensore (0,2V)

b = voltaggio massimo del sensore (1V)

z = valore in bit restituito dalla board

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Figura 4.1-14 Curva bit-volt sensore MH-Z14A

La seconda curva di conversione (Figura 4.1-15) sarà una retta del tipo:

y / k = x-a / b-a -> y = (x-0,2)*5000 / 0,8

y = valore in ppm letto dal sensore

k = portata del sensore (5000 ppm)

Figura 4.2-15 Curva volt-ppm sensore MH-Z14A

Tabella 4.1-4 Livelli di concentrazione di CO2

250-350 ppm Concentrazione normale aria esterna

350-1000 ppm Concentrazione tipica per ambienti interni arieggiati

1000-2000 ppm Aria ristagnate e primi avvisi di sonnolenza

2000-5000 ppm Possibili situazioni di malessere, sonnolenza, perdita di concentrazione

5000 ppm Limite di esposizione per ambienti di lavoro (8 ore)

0 200 400 600 800 1000 1200

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Z (bit)

X (

Vo

lt)

Curva bit-volt sensore MH-Z14A

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

X (Volt)

Y (p

pm

)

Curva volt-ppm sensore MH-Z14A

48

Fotoresistenza:

Sensore LDR (Light Dependent Resistor) per la lettura dell’intensità luminosa degli ambienti interni.

Si tratta di una resistenza che ha la capacità di cambiare il suo valore ohmmico in funzione della luce

che la illumina. Per determinare il valore della fotoresistenza va inserita una resistenza in serie al

sensore. La capacità della resistenza deve essere paragonabile a quella della fotoresistenza.

La fotoresistenza può essere scelta in base alla quantità di luce che si vuole misurare. Per il progetto

sono state scelte una fotoresistenza da 10k ohm e una resistenza da 10k ohm.

Il collegamento viene effettuato mediante 3 pin: analogico, neutro, alimentazione a 5V.

Tabella 4.1-5 Datasheet fotoresistenza

Max voltage 150V

Light resistance 5-10 kΩ

Dark resistance 0,5 MΩ

Response time 30 ms

Environmental temperature -30 ⁓ +70 °C

Spectrum peak value 540 nm

Dimension ᴓ5 mm

Figura 4.1-16 Fotoresistenza

Per ottenere il valore in lux dell’illuminamento è necessario costruire una curva bit-lux per la

conversione dei valori. Questa curva va inoltre calibrata in base al sensore acquistato.

Per la calibrazione va utilizzato un luxmetro. Nel mio caso ho utilizzato lo strumento Babuc/A.

Si tratta di un multi-acquisitore portatile per visualizzare, memorizzare ed elaborare grandezze, quali

temperatura, umidità, concentrazione degli inquinanti dell’aria, intensità luminosa, etc.

Le letture sono effettuate mediante sonde. Per la calibrazione è stata collegata al Babuc/A una sonda

BRS001, con portata di 25k lux, ed è stato effettuato un monitoraggio in modalità di sola lettura.

Vengono poi confrontati i valori letti dalla sonda con quelli letti dalla fotoresistenza, entrambi

sottoposti alla stessa fonte luminosa. Durante la fase di taratura dei sensori, è stato utilizzato per

comodità un Arduino Uno (Figura 4.1-17). Sia il pin analogico del NodeMCU che quello

dell’Arduino Uno, traducono il segnale analogico in un valore che va da 0 a 1024 bit, quindi non ci

sono differenze fra i valori letti dalle due board.

49

Figura 4.1-17 Calibrazione della fotoresistenza mediante Babuc/A

I dati raccolti vengono riportati sul programma Excel e viene realizzato un grafico, da cui si ottiene

una curva con andamento esponenziale. Mediante la funzione “linea di tendenza” di Excel, si ricava

la funzione della curva di taratura che meglio approssima la curva ottenuta dai dati:

y = 31,20968336 exp 0,0037083117*x

y = valore in lux ricercato

x = valore in bit letto dal sensore

Figura 4.1-18 Curva di calibrazione fotoresistenza

y = 31,21e0,0037x

R² = 0,99

0 200 400 600 800 1000 1200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

X (bit)

Y (l

ux)

Curva di calibrazione fotoresistenza

50

4.2 La programmazione software

La realizzazione di un software è legata alla piattaforma su cui deve funzionare e al linguaggio di

programmazione utilizzato. Per programmare è necessario disporre di un editor di testo, col quale

scrivere il codice, e di un compilatore, per tradurre il sorgente in un codice interpretabile dalla

macchina. Ogni linguaggio di programmazione ha le sue regole di scrittura, ma possiamo distinguere

due grandi tipologie: programmazione procedurale e programmazione orientata agli oggetti. La prima

consiste nello scrivere passo a passo l'attività che deve essere svolta dal programma e si avrà un inizio

e una fine. La seconda invece, permette di definire degli "oggetti" con rispettive proprietà e creare

delle relazioni tra di essi.

Di seguito verranno elencati i linguaggi di programmazione utilizzati nel progetto.

HTML e CSS:

Utilizzati per la realizzazione della struttura e dello stile grafico dei siti web.

Non si tratta di veri e propri linguaggi di programmazione, ma fanno parte dei linguaggi di markup,

cioè linguaggi che funzionano in base ad una serie di regole. Questo codice viene eseguito da

programmi chiamati browser web. Questi contattano il server che ospita la pagina internet, scaricano

il codice sul client e interpretano secondo la propria filosofia il codice HTML e CSS. Questo si traduce

in differenze di stile e funzionamento dello stesso codice da browser a browser, e andrà quindi scritto

in modo che funzioni allo stesso modo sui principali browser web.

Figura 4.2 –1 Loghi dei principali browser web

C:

Linguaggio di programmazione procedurale utilizzato per la creazione di software per computer.

Per la scrittura del codice mediante l'IDE di Arduino, è stata utilizzata una variante semplificata del

linguaggio di programmazione C.

51

MySQL:

Si tratta di un relational database management system (RDBMS), cioè di un linguaggio per la gestione

delle basi di dati. Permette la formulazione di richieste (queries) e, mediante estrapolazione ed

elaborazione di dati presenti sotto forma di righe (records), restituire un risultato. Presenta

un’interfaccia grafica, accessibile via browser, per la gestione delle tabelle, funzioni avanzate per

l'esportazione dei dati e tutti i tipi più diffusi di variabili.

PHP:

Linguaggio di programmazione, sia procedurale che ad oggetti, utilizzato per la realizzazione di

siti web. Viene eseguito dal server, il quale restituisce un risultato, di solito incorporato in una pagina

HTML, che può essere letto da un browser web.

Il PHP ha una serie di funzioni che gli permettono di formulare queries a un database MySQL.

Vengono ora riportati i programmi utilizzati per la scrittura e la compilazione del software.

Questi programmi sono tra i più famosi della loro categoria, permettono l'installazione di estensioni

per l'aggiunta di funzioni avanzate, sono Open Source, e quasi tutti multipiattaforma, cioè disponibili

per più sistemi operativi.

XAMPP:

Ambiente di sviluppo per PHP e altri linguaggi utilizzati per la programmazione web. Permette di

installare sul computer un server ed un database MySQL. Può essere usato sia nelle prime fasi di

realizzazione di un sito internet, senza doversi appoggiare ad un server commerciale, che per la

manutenzione. Infatti, per effettuare modifiche ai siti web, riducendo al minimo il tempo di inattività

del sito, di solito si lavora su una versione locale del sito e lo si carica online una volta che sono state

completate le modifiche.

Filezilla:

Si tratta di un programma per il file transfer protocol (FTP), cioè per il trasferimento dei dati nelle

architetture di tipo client-server. Utile se si dispone di uno spazio su un server che non mette a

disposizione degli utenti un gestore file con interfaccia grafica. Sarà però necessario farsi fornire

dall'amministratore del server i parametri per l’accesso mediante programmi FTP.

52

Notepad++:

Editor di testo che supporta molti linguaggi di programmazione. Aiuta nella scrittura del codice, con

suggerimenti per il codice e con una visualizzazione differenziata per colore dei vari elementi del

codice.

Browser web:

Programmi che consentono l'interazione con internet, mediante l'utilizzo di motori di ricerca, e che

permettono la visualizzazione delle pagine web. Dispongono di strumenti avanzati di sviluppo per la

programmazione web e sono il primo strumento per il controllo del codice. Possono essere usati, ad

esempio, per il debugging, cioè per la ricerca di errori nel codice di programmazione.

Draw.IO:

Applicativo web per la realizzazione di schemi logici, tabelle o appunti. Utilizzato per la

rappresentazione, mediante diagrammi di flusso, del funzionamento del software dei dispositivi.

Figura 4.2 –2 Diagramma di flusso del codice del dispositivo

53

Fritzing:

Programma per lo sviluppo semplificato di progetti di elettronica. Utilizzato principalmente con

Arduino, sfrutta librerie che comprendono i principali componenti elettronici ed è in grado di

effettuare collegamenti virtuali fra i pin, simulando così un circuito elettrico. Può essere sfruttato per

la prototipazione di circuiti, permettendo inoltre di realizzare un circuito stampato del progetto.

Figura 4.2 –3 Schema dei collegamenti del dispositivo

IDE Arduino:

Programma per la scrittura e la compilazione del codice. È il principale strumento di sviluppo per le

board di Arduino, ma supporta anche hardware esterno, permettendo l’installazione di librerie e pac-

chetti di altri produttori. Presenta un sistema per la verifica della sintassi, la visualizzazione seriale

sia testuale che grafica, fornisce informazioni sullo spazio occupato dal codice e dispone di un gestore

di librerie. Inoltre, l’installazione comprende già un gran numero di sketch d’esempio.

Figura 4.2 –4 Interfaccia IDE Arduino

54

La programmazione è composta da variabili, funzioni e strutture di controllo.

Variabili:

Sono contenitori di dati. Le variabili vanno dichiarate, indicando il tipo di dato, cioè il tipo di valori

che può accettare, e un nome identificativo, mentre il loro valore può essere specificato in un secondo

momento. La gestione delle variabili cambia da linguaggio a linguaggio. I tipi di dato più utilizzati

sono: char, composto da singoli caratteri; string, che funziona come una lista di caratteri; int, numero

intero; float, numero a virgola mobile; boolean, variabile logica che può valere true o false; array,

lista di variabili. Le variabili possono essere locali, utilizzabili all’interno della funzione in cui sono

stati dichiarati, o globali, utilizzabili in ogni parte del programma.

Le variabili permettono di effettuare operazioni per la modifica del loro valore/contenuto. Possiamo

ad esempio sommare due int fra di loro e ottenere la loro somma, o unire una stringa con un numero,

ottenendo in questo caso una stringa diversa dalla precedente, i cui ultimi caratteri corrispondono al

numero “aggiunto”.

Funzioni:

Sequenza di istruzioni autonome e identificabili mediante un nome univoco. Possono richiedere in

ingresso dei dati per il loro utilizzo e restituire un valore al termine. Le funzioni vengono chiamate

liberamente durante l’esecuzione di un programma e sono di solito utilizzate per scrivere una volta

sola una serie di istruzioni che si ripetono più volte nel programma. Vengono anche utilizzate per

strutturare un programma in modo che sia più facile da leggere.

Cicli e istruzioni condizionali:

I cicli sono strutture di controllo che eseguono ripetutamente una sequenza di istruzioni. I più diffusi

sono il ciclo for, che esegue un numero stabilito di cicli, e il ciclo while, che lavora finché è verificata

la condizione imposta. I cicli permettono ad esempio la ricerca di un valore all’interno di una lista

(array) o l’attivazione di codice quando una condizione si verifica. Le istruzioni condizionali sono

un costrutto di programmazione, il cui esponente più importante è if-else. Permettono l’attivazione di

parti del codice in base al verificarsi di una condizione. La verifica si basa sul risultato di un confronto

che può essere vero o falso.

55

La programmazione richiede alcune regole di formattazione, per la comprensione del codice anche

da parte di terzi. Un codice pulito, permette inoltre un controllo maggiore sul suo funzionamento e

ne facilita l’ottimizzazione. Bisogna quindi darsi delle regole, e seguirle per tutto il tempo di sviluppo,

sulla dichiarazione delle variabili, cioè nella scelta dei nomi identificativi, sulle spaziature e nella

gestione delle funzioni. Altro aspetto importante sono i commenti. Essi permettono di inserire

all’interno del programma, del testo che non verrà letto (interpretato) dal compilatore. Questo testo

permette di descrivere le varie parti del codice, inserendo delle note per sè o per chi dovrà lavorare in

futuro a quel programma.

Il controllo del codice può essere effettuato mediante strumenti per il debugging, che permettono di

analizzare il codice passo a passo, mostrando il contenuto delle variabili, individuando errori di

sintassi, errori nella gestione del tipo di dati o la formazione di cicli senza fine che possono bloccare

il programma. Sono controlli indispensabili, e se l’ambiente di sviluppo utilizzato non presenta

strumenti appositi, è possibile gestire questi controlli dall’interno del codice. Basta posizionare nel

codice delle espressioni per la “stampa”, su file o su monitor, del contenuto delle variabili in modo

da capire cosa il programma sta facendo e come lo sta facendo.

56

4.3 Realizzazione del sistema di monitoraggio

Il cuore del progetto risiede nella capacità del NodeMCU di comunicare informazioni mediante la

rete. Per capire le possibilità e i limiti del sistema di comunicazione, sono serviti molti test. Bisognava

infatti scambiare dati con l’applicativo web e quindi con un server.

Per prima cosa si è individuata una rete wifi che permettesse l’interfaccia con la board. La rete

dell’Università di Bologna è stata esclusa immediatamente perché si appoggia su un protocollo di

autenticazione, chiamato WPA2 Enterprise, non compatibile con la board. Sono stati riscontrati pro-

blemi anche con le reti domestiche, gestite dal router di casa, dove la presenza di firewall e altri

sistemi di sicurezza possono bloccare l’accesso al chip wifi. Si è optato quindi per l’utilizzo di un

cellulare come hotspot. Si tratta di una modalità degli smartphone, i quali si trasformano in router

portatili, in grado di generare una rete wifi, permettendo così di condividere la connessione internet

della Sim con altri dispositivi.

La comunicazione con il server è effettuata mediante protocollo http (HyperText Transfer Protocol),

che si basa su un’architettura client-server. Il client, e quindi la board, conoscendo il nome del domi-

nio dell’applicativo web, cioè l’indirizzo del server, è in grado di richiedere e inviare informazioni al

server. Questo è il funzionamento che sta alla base dei siti web.

La richiesta è composta dal metodo, dall’URL, cioè dall’indirizzo, e dalla versione del protocollo. Il

metodo utilizzato è GET, che permette sia la ricezione che l’invio di informazioni. La versione del

protocollo utilizzata è la 1.0.

La risposta è composta dalla riga di stato, che riporta un codice a tre cifre che permette di capire se

la risposta è avvenuta correttamente, dall’header e dal body, cioè il contenuto della risposta.

L’header contiene al suo interno numerose informazioni come il tipo di server, la tipologia di conte-

nuto restituito (testo, immagini, etc.) e l’orario.

57

Figura 4.3-1 Comunicazione http

L’invio dei dati mediante metodo GET consiste nell’inserire, alla fine dell’URL, una formattazione

di questo tipo: un punto di domanda “?” per indicare la presenza di dati e, a seguire, un nome per

identificare il dato e il valore da passare, separati da un uguale “=”. Nel caso sia necessario passare

più dati, si aggiunge il simbolo “&” e i successivi dati con la stessa formattazione, nome = valore.

I dati verranno così “recapitati” al link indicato. Dovranno poi essere “presi in consegna”, grazie alla

funzione $_GET di PHP inserita nella pagina web, ed elaborati. Questo sistema è utilizzato per l’invio

delle letture dei sensori all’applicativo web.

La risposta viene gestita dal server e può essere letta dal NodeMCU un carattere alla volta. Il carattere

letto viene inserito in una stringa in modo da salvare tutto il contenuto del messaggio. Attraverso le

funzioni di gestione delle stringhe è possibile poi estrapolare le informazioni di maggior interesse.

Una volta impostata la comunicazione col server, si è passati alla programmazione del dispositivo.

Le caratteristiche principali che il dispositivo deve avere sono la facilità di utilizzo e la mobilità. Il

dispositivo deve quindi essere “smart” ed autonomo.

Per la gestione dei dispositivi da remoto è stato realizzato un applicativo web. In questo modo l’unica

azione che l’utente deve eseguire sul dispositivo è l’accensione dello stesso.

L’applicativo web è un sito internet, strutturato in modo che possa inviare e ricevere dati con i dispo-

sitivi, permettendone la gestione.

58

Per ridurre i consumi energetici e la complessità del codice è stata scelta una comunicazione mono-

direzionale verso l’applicativo web. Sarà il dispositivo a contattare l’applicativo e non viceversa.

Questo sistema non permetterà la modifica dei progetti di monitoraggio già avviati. Perché i disposi-

tivi possano accorgersi di una modifica, devono essere spenti e riaccesi, permettendo al dispositivo

di richiedere all’applicativo le ultime impostazioni.

Questo limite permette una notevole semplificazione, senza provocare grossi problemi nella gestione

dei monitoraggi, che vanno definiti a priori e non devono subire modifiche durante l’esecuzione.

Il dispositivo necessita di un orologio per gestire il tempo. I microcontrollori dispongono di funzioni

per la gestione del tempo e sono in grado di “riconoscere” il passare del tempo. La data è legata al

numero di secondi passi rispetto ad una data di riferimento, corrispondente al 1/1/1970.

Ma non disponendo di una batteria interna, ad ogni riavvio viene perso il riferimento temporale al

momento presente. Invece di aggiungere una batteria al dispositivo, si è deciso di sfruttare la comu-

nicazione http e di prelevare, dalla risposta ricevuta dal server, la data e l’ora attuali. Il monitoraggio

partirà una volta superato l’orario d’inizio, e l’intervallo delle letture, che scandirà l’attività del di-

spositivo, è gestito dalla funzione timerRepeat della classe TimeAlarms.h. Questa funzione richiede

come parametri la funzione da chiamare, che in questo caso è la funzione che gestisce le letture dei

sensori, e l’intervallo di tempo tra una chiamata e l’altra. Per far terminare questo ciclo all’ora di fine

del progetto, prima della lettura dei sensori viene confrontata l’ora attuale con l’ora di fine.

Per la gestione dei dati, ci si appoggia ad una memoria esterna, una microSD letta mediante un lettore

di microSD. I dati che necessitano di un salvataggio locale sono di due tipologie: le informazioni per

la configurazione del dispositivo e il salvataggio delle letture in assenza di connessione alla rete. I

dati di configurazione riguardano il nome identificativo del dispositivo, il link all’applicativo web e

i dettagli della rete wifi. Questi dati possono essere modificati dall’utente. Sarà possibile, ad esempio,

cambiare la rete wifi a cui il dispositivo si deve collegare. A questi dati si aggiungono due variabili

di sistema, cioè utilizzate dal programma per il suo funzionamento. Sono salvate sulla memoria per-

ché, in caso di interruzione di corrente, il progetto possa proseguire correttamente.

I valori sono racchiusi da un tag, composto da un numero fra parentesi, che ne facilita il riconosci-

mento.

59

Il salvataggio delle letture sulla memoria locale permette, oltre al salvataggio dei dati che non possono

essere caricati sull’applicativo web, il funzionamento offline del monitoraggio.

Inizialmente per la lettura dei dati sulla microSD si utilizzava la funzione readString(), la quale per-

mette solo di leggere tutto il contenuto di un file e di inserirlo in un’unica stringa. Questo sistema

però poteva causare un crash del programma perché si trasferiscono tutti i dati dalla memoria esterna

a quella interna del microcontrollore, che ha dimensioni limitate.

Il programma è stato quindi riprogettato per poter utilizzare la funzione read(). Questa funzione

chiede in ingresso la lunghezza di caratteri da leggere dalla memoria esterna e un array di caratteri

dove inserire i dati estrapolati. In questo modo è possibile leggere un file di testo una riga alla volta,

proprio com’è strutturato il file backup delle letture, dove ogni campionamento costituisce una riga.

È necessario, però, sapere esattamente la lunghezza della riga da leggere. Per questo, all’inizio del

progetto, viene calcolata la lunghezza delle righe. Per ridurre l’elaborazione da parte della board, la

stringa dei dati che verrà salvata sulla memoria esterna è in realtà quella utilizzata per la richiesta al

server. Quindi, una volta effettuate le letture dei sensori, i dati vengono inseriti in una stringa format-

tata secondo una richiesta di tipo GET, con i dati da inviare accodati uno all’altro alla fine dell’URL.

La stringa è così composta: GET; link al server; nome del progetto e nome del dispositivo, necessari

all’applicativo web per capire chi invia i dati; data e ora di lettura dei dati; valore della temperatura

in °C, dell’umidità in %, della concentrazione della CO2 in bit e dell’intensità luminosa in bit; infine

una variabile di stato.

In questo modo, la riga letta sulla memoria esterna è già pronta per essere inviata al server. La lun-

ghezza della stringa dipenderà dal nome del progetto e del dispositivo, perché tutti gli altri dati sono

formattati in modo che occupino sempre la stessa dimensione. Ad esempio, i valori numerici delle

letture analogiche occuperanno quattro cifre. Se il valore è inferiore al migliaio, verrà aggiunto uno

zero davanti perché la lunghezza rimanga di 4 cifre.

Quando la stringa viene salvata sulla microSD, viene aggiunto all’inizio un tag identificativo con un

numero progressivo. In questo modo si potrà sapere quante righe sono salvate nella memoria esterna

e utilizzare un ciclo for per estrapolarle una alla volta. Ogni volta che una riga è stata inviata con

successo al server, viene aggiunto all’inizio un asterisco “*”. Questo permette, in caso di interruzione

di corrente, di riconoscere le righe da inviare al server da quelle già inviate.

60

Ogni volta che si accede alla microSD, sia per la lettura che per la scrittura di dati, viene effettuato

un controllo per verificare che la memoria esterna sia leggibile. Se la verifica risulta negativa, il pro-

gramma entra in un loop infinito che accende e spegne un led rosso, bloccando di fatto il dispositivo.

Questa soluzione è necessaria per impedire qualsiasi forma di malfunzionamento che potrebbe cau-

sare la perdita dei dati.

I parametri ambientali da rilevare dovevano essere cinque:

- Temperatura e umidità dell’aria mediante un sensore DHT22;

- Intensità luminosa mediante una fotoresistenza;

- Concentrazione di CO2 con un sensore MH-Z14A;

- Livello sonoro mediante un microfono digitale amplificato.

All’inizio era infatti previsto l’utilizzo di un piccolo microfono amplificato. Il microfono è in grado

di tradurre la pressione sonora rilevata in una tensione. Questa tensione è poi letta da un microcon-

trollore su una porta analogica. Dopo una serie di test, si è capito che il microfono necessita di board

apposite per i campionamenti sonori, che permettano intervalli di lettura molto rapidi, inferiori al

millisecondo, per lunghi periodi di tempo, oltre ad un’elevata capacità computazionale per la gestione

di tutti i dati raccolti. L’enorme dispendio di energia e l’incompatibilità con la board NodeMCU, ha

portato alla sua eliminazione dal progetto.

Figura 4.3-2 Microfono digitale amplificato

Le funzioni per l’interrogazione del sensore DHT22 sono utilizzabili grazie alla libreria DHT.h.

Per il sensore MH-Z14, si voleva inizialmente sfruttare il collegamento digitale, che consiste nel leg-

gere la durata dello stato HIGH del pin. Il valore va poi inserito in una semplice formula per ottenere

la concentrazione di CO2 in parti per milione. La funzione necessaria è la pulseIn(), che sfortunata-

61

mente non è supportata dalla board. Si è allora optato per il collegamento analogico che, come pre-

cedentemente descritto, necessita di un partitore di tensione.

Anche la fotoresistenza comunica per via seriale, ma la board dispone di una sola porta analogica.

Per questo è stato aggiunto un multiplex analogico CD4051. Questo dispositivo mette a disposizione

otto porte analogiche ed è comandato da tre pin digitali. Il multiplex si comporta come uno switch,

permettendo il collegamento tra una delle sue otto porte e il pin analogico. La scelta della porta si

basa sulla combinazione tra stato HIGH e LOW dei tre pin digitali.

Tabella 4.3-1 Codice porte multiplex CD4051

Per permettere all’utilizzatore di conoscere lo stato di funzionamento del programma del dispositivo,

si utilizzano dei segnali luminosi. All’inizio era previsto l’utilizzo di un led rgb, cioè un componente

composto da tre led di diverso colore, azionabili con tre pin digitali, che permette l’utilizzo di un’am-

pia gamma di colori. Ma i pin digitali della board messi a disposizione dell’utente, cioè i pin marchiati

GPIO, non sono tutti realmente utilizzabili. Dei 13 pin inizialmente individuati, se ne possono in

realtà utilizzare solo 9. La mancanza di ingressi ha portato alla sostituzione del led rgb con un led

rosso, utilizzato per la segnalazione dei problemi legati al lettore di microSD. Viene poi utilizzato il

led, di colore blu, integrato nella board, per segnalare la ricerca della rete wifi e la conclusione del

progetto.

Figura 4.3-3 Led rgb con resistenze integrate

62

L’applicativo web permette di gestire i progetti di monitoraggio e i dispositivi.

Nella pagina personale dell’applicativo, è possibile interagire con i vecchi progetti o crearne di nuovi.

Per la creazione di un nuovo progetto di monitoraggio bisogna indicare un nome per il progetto,

l’intervallo delle letture, scegliere i dispositivi da utilizzare, l’ora di fine e d’inizio del progetto e

indicare se attivare la modalità offline. Tutti questi dati vanno inseriti nell’apposito form. Il tasto Start

provoca il caricamento della pagina e il passaggio dei dati inseriti. Il codice scritto in PHP si occupa

della loro elaborazione e, se i dati rispettano i criteri imposti, l’applicativo procede inserendo nel

database il nuovo progetto, toglie i dispositivi dalla lista di quelli utilizzabili e crea un file di testo per

ogni dispositivo con i parametri necessari al loro funzionamento. Infine, viene creata nel database

una nuova tabella per la raccolta dei dati.

Perché l’applicativo avvii il nuovo progetto, bisogna inserire tutti i dati richiesti e scegliere un nome

univoco, privo di spazi o caratteri speciali, e lungo al massimo 19 caratteri. Questi limiti vengono

imposti perché il nome andrà salvato nel database e inviato al dispositivo, ed entrambi sono molto

restrittivi sui caratteri utilizzabili. Sarà possibile ritardare l'inizio del nuovo test per 48 ore massimo,

mentre la durata del progetto, cioè la durata del monitoraggio, non potrà superare le 48 ore. Nel form

è stato inserito anche un campo di testo per l’aggiunta di un commento che accompagni il progetto.

Il file di testo creato contiene, oltre ai parametri necessari al funzionamento del dispositivo, un valore

che, quando passa da 0 a 1, indica al dispositivo che i dati riguardano un nuovo progetto.

Se non ci sono problemi, il progetto viene aggiunto nell’elenco dei progetti in corso. In caso di ne-

cessità, si può interrompere il progetto.

Al termine del monitoraggio, il progetto viene aggiunto allo storico dei progetti. Le azioni permesse

sui vecchi progetti sono la cancellazione del progetto, la visualizzazione dei dati e la loro esportazione

in formato .xls.

La funzione per la visualizzazione dei dati si occupa di creare una tabella con i dati del progetto

selezionato. Richiede al database l’intero contenuto della tabella del progetto, che viene restituita un

record alla volta. Ogni record è inserito poi in una nuova riga, ricostruendo così la tabella del database.

Viene realizzata anche una seconda tabella che contiene, per ogni dispositivo, il valore minimo, quello

massimo e la media dei valori per ogni grandezza, permettendo così una rapida visione d’insieme.

La gestione dei dati è affidata al database. È importante impostare correttamente il database, soprat-

tutto se si devono gestire grosse quantità di dati come nei monitoraggi. I database sono composti da

una serie di tabelle, ma non si occupano solo dello storage dei dati, ma permettono di fare delle query

che richiedono, dopo l’estrapolazione, di effettuare delle elaborazioni.

L’efficienza di un database dipende dalla struttura dei dati realizzata e dalla precisione della richiesta.

63

Ad esempio, è più efficiente e meno complicato chiedere al database di effettuare la media della

temperatura che scaricare tutti i dati e poi elaborarli.

I database MySQL supportano molte tipologie di variabili e si possono impostare campi che accettano

valori nulli o univoci. Tutte le tabelle dispongono di una chiave univoca, cioè un numero progressivo

che permette l’individuazione del record. Così, ogni volta che si aggiunge un record, anche se uguale

al precedente, sarà univoco. Visto l’enorme quantità di dati da gestire (un monitoraggio di 48ore, con

quattro dispositivi e intervalli di lettura di un minuto, genera 11520 record) si è optato per la creazione

di una tabella per ogni monitoraggio. Le tabelle utilizzare per la gestione dell’applicativo web sono

invece: tab-user, per i dati degli utenti; tab-device, con l’elenco dei dispositivi; tab-project, con

l’elenco dei progetti.

Figura 4.3-4 Diagramma relazioni database

L’applicativo permette anche la gestione dei dispositivi. Nella pagina Device è possibile visionare

l’elenco di tutti i dispositivi ed è presente la procedura per l’aggiunta di nuovi dispositivi.

Nell’elenco dei dispositivi sono indicate le informazioni seguenti: chi ha aggiunto il dispositivo, il

suo stato di utilizzo e la versione. Si potranno inoltre modificare le impostazioni della rete wifi (ssid

e password), le curve di calibrazione oppure eliminare il dispositivo.

64

Quando i dispositivi inviano i dati delle letture all’applicativo per l’inserimento nel database, vengono

prima processati e introdotti nelle equazioni delle curve di taratura. In questo modo si riduce il carico

computazionale nei dispositivi, permettendo però una calibrazione su misura per ogni device.

La procedura per l’aggiunta di nuovi dispositivi fornisce il nome univoco da associare al dispositivo.

È possibile aggiungere i dati della rete wifi ed è disponibile un campo di testo per eventuali note.

Bisogna inoltre indicare la versione, dove per versione 1.0 si intendono quei dispositivi realizzati

seguendo il Manuale di istruzioni e che comprendono tutti i sensori. Infatti, l’applicativo web non

blocca i dispositivi con caratteristiche differenti e sarà possibile utilizzare, ad esempio, versioni del

dispositivo che dispongono soltanto di un sensore DHT22.

Tutte queste informazioni, inoltre, permettono agli altri utenti di conoscere le caratteristiche dei vari

dispositivi esistenti. Sarà così possibile individuare i dispositivi idonei al proprio progetto di monito-

raggio e chiederli in prestito al proprietario, secondo una logica di condivisione delle attrezzature.

Comunque, sono stati messi a disposizione nella pagina Download alcuni documenti, come il Ma-

nuale di istruzioni, che permettono a chiunque di costruire in autonomia nuovi dispositivi.

Durante la fase di progettazione del dispositivo si è utilizzata una breadboard per il montaggio dei

componenti, lasciando per ultima la saldatura dei componenti sulle millefori, necessaria per avere dei

collegamenti stabili.

Figura 4.3-5 Primo prototipo del dispositivo su breadboard

65

Il NodeMCU richiede 5V in ingresso e supporta una tensione fino a 12V, grazie alla presenza del

regolatore di tensione incorporato nel PCB. La board può essere alimentata mediante una porta micro

USB oppure tramite i pin Vin e GND, che fanno parte dello stesso ramo del circuito della porta USB.

Anche se la board può occuparsi dell’alimentazione dei vari dispositivi, fornendo 3,3V sui pin o 4,5V

su Vin, ci si affida ad un power supply, a cui viene collegato un powerbank come fonte di energia.

Questo permette di ridurre il numero delle saldature perché il power supply dispone di un tasto per

l’accensione e di un led che indica lo stato di attività del dispositivo, componenti che andrebbero

aggiunti se si alimentasse la board dalla porta micro USB.

Il power supply può essere impostato per fornire 5V sia al NodeMCU che agli altri componenti,

ricordando però che l’alimentazione di componenti in serie comporta la riduzione della corrente di-

sponibile.

Figura 4.3-6 Alimentazione board NodeMCU

66

4.4 Funzionamento dei dispositivi

Gli utenti possono scegliere fra due modalità di funzionamento dei dispositivi: quella online e quella

offline.

Con la prima modalità (online) il dispositivo, dopo aver ricevuto le istruzioni per un nuovo progetto,

invierà i dati letti dai sensori all’applicativo web. Se non trova il server o la rete wifi, salverà i dati

sulla memoria esterna. Ad ogni lettura il dispositivo, cercando di contattare il server, si rimetterà alla

ricerca della rete wifi e, nel caso la trovi, provvederà a caricare tutti i dati di backup su internet prima

di riprendere il monitoraggio. Per non far arrivare tutti i dati insieme e rischiare di saturare il server,

viene inviato un record ogni secondo.

In questo modo il monitoraggio continua anche se viene perso il segnale wifi.

Con la seconda modalità (offline) il dispositivo, dopo aver ricevuto le istruzioni per un nuovo pro-

getto, non contatterà più il server e non si metterà alla ricerca della rete wifi fino a progetto concluso.

I dati letti dai sensori verranno salvati nella memoria esterna. Questo permette un notevole risparmio

della batteria, ma non si potranno consultare i dati in tempo reale, che, in assenza dell’operatore,

possono essere utilizzati anche come indicatori del corretto funzionamento dei dispositivi. Infatti, i

dispositivi smettono di inviare i dati in quattro situazioni: interruzione dell’alimentazione, problemi

nell’accesso alla rete wifi, danneggiamento o furto.

Qualunque sia la modalità, se all’accensione il dispositivo rileva la presenza di dati nel file di back-

up, procederà a caricarli online. Se entro cinque minuti non trova una connessione si bloccherà e alla

prossima accensione proverà ancora a caricare i dati online. Se invece trova la rete wifi e il server,

caricherà tutti i dati su internet. Questo meccanismo permette di non perdere nessuno dei dati salvati,

ma causa anche il blocco del monitoraggio. Infatti, per riprendere il monitoraggio, il dispositivo dovrà

essere spento e riacceso, così potrà contattare l’applicativo web e continuare il monitoraggio. In ogni

caso, se c’è un problema con l’alimentazione, come una batteria esaurita, è necessario l’intervento

umano e quindi serve una presenza fisica accanto al dispositivo.

67

5 Caso studio

68

5 Caso studio

Per mostrare il funzionamento del sistema realizzato, si è effettuato il monitoraggio di un ambiente.

I dati raccolti vengono poi restituiti sotto forma grafica e commentati.

Dati del rilievo:

- Aula 1.1, facoltà in Ingegneria Edile, Ravenna;

- Giorno: martedì 6 marzo 2018;

- Orario della lezione: dalle 9:30 alle 13:30;

- Numero di persone: 20-22;

- Intervallo fra le letture: 1 minuto;

- Impianto di riscaldamento: termosifoni;

- Impianto di ventilazione: assente;

- Condizioni climatiche medie: temperatura 5°C e umidità 85%.

Figura 5-1 Impostazioni del monitoraggio sull’applicativo web

Descrizione:

L’ambiente scelto per il monitoraggio è un’aula durante l’orario di lezione. Il monitoraggio è partito

alle 10:00 a lezione già iniziata e viene eseguito un secondo monitoraggio più corto al termine della

lezione per verificare l’effetto del ricambio d’aria sull’ambiente.

Il dispositivo è stato montato sul momento sopra una breadboard ed è stato alimentato mediante un

trasformatore collegato alla corrente elettrica. Posizionato in un angolo dell’aula, sopra un banco e a

lato di una delle due finestre, il dispositivo ha potuto lavorare senza essere disturbato. Infatti, è ne-

cessario non spostare o coprire i sensori durante l’attività di lettura. Dalle 11:08 alle 11:27 gli studenti

sono usciti per la pausa e sono state aperte le finestre e la porta per permettere il ricambio dell’aria.

Il monitoraggio è proseguito fino al termine delle lezioni, avvenuta verso le 13:25, e sono state ria-

perte le finestre. Alle 14:10, dopo la pausa pranzo, è stato ripreso il monitoraggio fino alle 14:30,

sempre nella condizione di finestre e porta aperte.

69

Figura 5-2 Aula oggetto del monitoraggio

Viene adesso riportata la tabella con i dati rilevati col monitoraggio e i grafici per facilitarne la lettura.

Tempo Temperatura (°C) Umidità (%) CO2 (ppm) Intensità luminosa (lux)

10:01 24,70 33,10 635 244

10:02 24,80 33,20 703 253

10:03 24,80 33,20 684 271

10:04 24,80 33,40 688 272

10:05 24,80 33,50 679 265

10:06 24,80 33,50 679 240

10:07 24,80 33,70 684 251

10:08 24,80 33,80 688 271

10:09 24,80 33,80 684 266

10:10 24,80 34,00 688 257

10:11 24,80 34,10 / 274

10:12 24,80 34,20 / 256

10:13 24,90 34,40 698 244

10:14 24,90 34,60 703 253

10:15 24,90 34,60 713 245

10:16 24,90 34,70 713 272

10:17 24,90 34,70 713 257

10:18 24,90 34,90 718 240

10:19 24,90 34,90 723 242

10:20 24,90 35,10 728 241

10:21 24,90 35,20 728 232

10:22 25,00 35,30 732 237

10:23 25,00 35,30 / 230

10:24 25,00 35,50 / 256

10:25 25,00 35,50 / 239

10:26 25,00 36,20 757 228

10:27 25,00 35,70 757 240

10:28 25,00 35,70 767 266

10:31 25,10 36,10 771 256

10:32 25,10 36,40 771 257

10:33 25,10 35,90 771 234

70

10:34 25,10 36,20 776 237

10:35 25,00 36,40 776 270

10:36 25,10 36,40 / 245

10:37 25,10 36,50 / 245

10:38 25,10 36,60 791 249

10:39 25,10 37,40 796 273

10:40 25,10 36,70 801 248

10:41 25,10 36,90 801 275

10:42 25,10 36,90 806 263

10:43 25,10 37,00 806 260

10:44 25,10 37,00 811 257

10:45 25,20 37,10 820 288

10:46 25,20 37,20 815 282

10:47 25,20 37,30 820 320

10:48 25,20 37,40 / 318

10:49 25,20 37,50 / 316

10:50 25,20 37,50 835 306

10:51 25,20 37,50 835 355

10:52 25,20 38,20 840 361

10:53 25,20 37,60 845 366

10:54 25,20 37,70 845 324

10:55 25,20 37,80 845 332

10:56 25,30 37,80 850 361

10:57 25,20 37,90 854 357

10:58 25,30 38,00 854 348

10:59 25,30 38,00 / 345

11:00 25,30 38,10 / 323

11:01 25,30 38,20 / 301

11:02 25,30 38,30 859 293

11:03 25,30 38,30 859 311

11:04 25,30 38,40 864 319

11:05 25,30 38,50 874 288

11:06 25,30 38,60 869 304

11:07 25,30 38,70 879 311

11:08 25,30 38,80 884 293

11:09 25,30 39,20 879 283

11:10 25,30 38,40 869 282

11:11 25,20 37,00 / 286

11:15 24,90 32,60 698 272

11:16 24,90 32,60 684 276

11:17 24,80 33,20 679 301

11:18 24,80 33,30 664 301

11:19 24,70 32,00 640 325

11:20 24,60 31,90 625 305

11:21 24,60 31,60 610 346

11:22 24,50 32,10 605 331

11:23 24,30 31,30 / 331

11:24 24,20 32,00 / 353

11:25 24,10 32,50 / 348

11:26 24,10 32,80 596 312

11:27 24,00 32,60 591 289

11:28 23,90 32,80 591 265

11:29 23,90 33,00 596 279

11:30 23,90 33,90 610 271

71

11:31 23,90 34,70 610 281

11:32 24,00 34,30 625 291

11:33 24,10 34,20 635 303

11:34 24,20 33,90 635 281

11:35 24,30 33,80 640 290

11:36 24,30 33,70 / 264

11:37 24,40 33,70 / 273

11:38 24,40 33,70 654 265

11:39 24,50 33,90 664 261

11:44 24,60 34,40 679 271

11:45 24,60 34,10 684 262

11:46 24,60 34,40 684 280

11:47 24,60 34,50 684 249

11:48 24,70 34,60 / 253

11:49 24,70 34,70 / 293

11:50 24,70 34,80 698 263

11:51 24,70 35,00 703 270

11:52 24,70 35,00 708 247

11:53 24,80 35,10 713 296

11:54 24,80 35,10 713 301

11:55 24,80 35,20 718 272

11:56 24,80 35,30 718 293

11:57 24,80 35,40 723 301

11:58 24,80 35,50 728 261

11:59 24,80 35,60 732 299

12:00 24,80 35,70 / 268

12:01 24,80 35,80 / 296

12:02 24,80 35,80 737 258

12:03 24,80 35,90 742 302

12:04 24,80 36,00 757 293

12:05 24,90 36,10 757 308

12:06 24,90 36,10 752 263

12:07 24,90 36,20 757 306

12:08 24,90 36,40 762 305

12:09 24,90 36,40 762 267

12:10 24,90 36,50 767 278

12:11 24,90 36,60 771 299

12:12 24,90 36,60 / 281

12:13 25,00 36,70 / 269

12:14 25,00 36,80 / 268

12:15 24,90 36,90 786 285

12:16 24,90 37,00 791 263

12:17 24,90 37,00 791 308

12:19 24,90 37,20 801 302

12:20 25,00 37,30 806 290

12:21 25,00 37,30 806 264

12:22 25,00 37,40 811 281

12:23 25,00 38,10 811 291

12:24 25,00 37,50 / 309

12:25 25,00 37,60 / 311

12:26 25,00 37,60 / 316

12:27 25,00 37,70 825 299

12:28 25,00 37,80 830 281

12:29 25,10 37,80 830 313

72

12:30 25,00 37,90 830 317

12:31 25,00 38,00 830 318

12:32 25,10 38,10 840 281

12:33 25,10 38,20 840 332

12:34 25,10 38,20 850 299

12:35 25,10 38,30 854 357

12:36 25,10 39,00 854 320

12:37 25,10 38,40 / 357

12:38 25,10 38,50 / 331

12:39 25,10 38,40 859 387

12:40 25,10 38,50 859 379

12:41 25,10 38,60 869 357

12:42 25,20 38,70 869 345

12:43 25,20 38,80 869 340

12:44 25,20 38,80 879 346

12:45 25,20 38,90 889 323

12:46 25,20 38,90 884 309

12:47 25,20 38,90 884 350

12:48 25,20 39,00 / 303

12:49 25,20 39,10 / 330

12:50 25,20 39,20 / 299

12:51 25,20 39,30 898 323

12:52 25,20 39,30 898 317

12:55 25,20 39,60 913 322

12:56 25,20 39,70 918 323

12:57 25,20 39,70 918 318

12:58 25,20 39,70 923 295

12:59 25,20 39,80 923 319

13:00 25,20 39,80 / 306

13:01 25,20 39,90 / 300

13:02 25,20 40,00 933 289

13:03 25,20 40,10 938 330

13:04 25,20 40,10 942 286

13:05 25,20 40,20 942 322

13:06 25,30 40,30 952 332

13:07 25,30 40,40 952 362

13:08 25,30 40,40 962 373

13:09 25,30 40,50 957 322

13:10 25,30 40,50 957 362

13:11 25,30 40,60 967 332

13:12 25,30 40,70 / 325

13:13 25,30 40,60 / 373

13:14 25,30 40,70 972 372

13:15 25,30 40,80 977 332

13:16 25,30 40,90 981 376

13:17 25,30 40,90 981 372

13:18 25,30 41,00 981 373

13:19 25,30 41,10 981 374

13:20 25,40 41,20 986 372

13:21 25,30 41,20 986 383

13:22 25,30 41,20 996 384

13:23 25,30 41,40 / 376

13:24 25,30 41,40 / 357

13:25 25,40 41,50 / 381

73

13:26 25,40 41,50 1011 394

13:27 25,40 41,50 1011 406

14:10 22,6 34,7 542 315

14:11 22,7 33,9 547 316

14:12 22,7 33,9 542 355

14:13 22,7 33,8 542 352

14:14 22,7 34 / 349

14:15 22,8 34,3 / 352

14:16 22,8 34,3 562 297

14:17 22,7 33,9 562 294

14:18 22,7 33,9 557 312

14:19 22,7 34,2 557 263

14:20 22,7 35 557 306

14:21 22,7 34,2 557 306

14:22 22,7 34,2 562 302

14:23 22,6 33,9 557 256

14:24 22,6 33,7 552 289

14:25 22,6 34,1 552 270

14:26 22,6 34,2 552 311

14:27 22,6 34,2 / 278

14:28 22,6 34,9 / 289

14:29 22,6 34,9 / 317

14:30 22,5 35,3 566 275

Una volta terminato il monitoraggio e scaricati i dati, si è provveduto a ripulirli da tutte le anomalie

che non sono riconducibili alle variabili ambientali, come i picchi spuri della concentrazione di CO2,

riconducibili all’architettura del sensore. Alcuni record sono stati invece eliminati perché i valori della

temperatura e dell’umidità non sono stati riportati, probabilmente a causa di un collegamento elettrico

difettoso tra il sensore DHT22 e la board.

Di seguito viene riportato un grafico per mostrare l’andamento della temperatura e dell’umidità, uno

per l’andamento della concentrazione di CO2 in relazione alla temperatura, e un grafico per mostrare

la variazione dell’intensità luminosa. Tutti i grafici comprendono il monitoraggio effettuato durante

la lezione e quello effettuato dopo la pausa pranzo.

74

Figura 5-3 Grafico temperatura e umidità

Il primo grafico mostra chiaramente l’aumento costante della temperatura e dell’umidità durante lo

svolgimento della lezione provocato dall’attività metabolica umana e dall’impianto di riscaldamento.

Si può anche notare una variazione molto accentuata durante il periodo della pausa, dove l’apertura

delle finestre e della porta ha permesso un ricambio d’aria sufficiente a riportare la situazione ai valori

iniziali. Mediante il grafico possiamo dire, per questo ambiente, che 20 persone comportano un au-

mento di circa 1°C della temperatura in due ore, e un aumento dell’umidità di circa il 10%.

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00

20,00

21,00

22,00

23,00

24,00

25,00

26,00

10

:01

10

:08

10

:15

10

:22

10

:31

10

:38

10

:45

10

:52

10

:59

11

:06

11

:16

11

:23

11

:30

11

:37

11

:48

11

:55

12

:02

12

:09

12

:16

12

:24

12

:31

12

:38

12

:45

12

:52

13

:01

13

:08

13

:15

13

:22

14

:10

14

:17

14

:24

Um

idit

à (%

)

Tem

per

atu

ra (

°C)

Tempo

Temperatura e umidità

Temperatura (°C) Umidita' (%)

75

Figura 5-4 Grafico concentrazione CO2 e temperatura

Il secondo grafico, concentrazione di CO2 e temperatura, conferma le ipotesi del primo. Infatti, eli-

minando i picchi anomali di CO2, l’andamento delle due curve è coerente. Avremo quindi un aumento

costante durante le ore di lezione e una variazione repentina durante la pausa. Inoltre, possiamo dire

che, nell’arco di due ore in quell’ambiente, 20 persone comportano un aumento di circa 300ppm di

CO2. Entrambi i grafici ci dimostrano che l’abitudine di aprire le finestre durante le pause, è suffi-

ciente per riportare i parametri ambientali ai valori iniziali, cioè annullare gli effetti del metabolismo

umano sull’ambiente.

20,00

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23,00

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°C)

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ne

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2 (

pp

m)

Tempo

Temperatura e CO2

CO2 (ppm) Temperatura (°C)

76

Figura 5-5 Grafico intensità luminosa

Il terzo grafico riguarda la variazione nel tempo dell’intensità luminosa, espressa in lux.

Il valore medio misurato dell’illuminamento vale circa 300 lux, un valore un po' basso per il tipo di

attività svolta che, secondo la tabella 2.5 –1, dovrebbe rientrare tra i 300 e i 750 lux.

Il grafico mostra un andamento vario e confuso, che non permette di capire lo stato di illuminamento

dell’ambiente. Si può solo supporre che la vicinanza ad una delle due finestre e le condizioni clima-

tiche di quel giorno, abbiano influenzato le letture.

0

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14

:30

Inte

nsi

tà lu

min

osa

(lu

x)

Tempo

Intensità luminosa

77

Si è deciso di effettuare un secondo rilievo, sullo stesso ambiente, per verificare le ipotesi fatte me-

diante la consultazione delle curve.

Dati del rilievo:

- Aula 1.1, facoltà in Ingegneria Edile, Ravenna;

- Giorno: giovedì 8 marzo 2018;

- Orario della lezione: dalle 9:30 alle 12:30;

- Numero di persone: 24;

- Intervallo fra le letture: 1 minuto;

- Impianto di riscaldamento: termosifoni;

- Impianto di ventilazione: assente;

- Condizioni climatiche medie: temperatura 12°C e umidità 60%.

Descrizione:

Il monitoraggio è partito alle 10:00 a lezione già iniziata e le finestre sono state chiuse da circa 10

minuti. Il dispositivo è stato montato sul momento sopra una breadboard ed è stato alimentato me-

diante un powerbank, così da non venir spostato in caso di urto con il cavo di alimentazione. Posizio-

nato in un angolo dell’aula, nel lato opposto rispetto al primo rilievo, sopra un banco e a lato della

porta, il dispositivo ha potuto lavorare senza essere disturbato. Dalle 11:16 alle 11:36 gli studenti sono

usciti per la pausa e sono state aperte le finestre e la porta per permettere il ricambio dell’aria. Il

monitoraggio è proseguito fino al termine delle lezioni, avvenuta verso le 12:20, e sono state riaperte

le finestre.

78

Figura 5-6 Grafico temperatura e umidità

I valori della temperatura e dell’umidità crescono costantemente nella prima ora, con una variazione

di temperatura di oltre un grado e un aumento dell’umidità intorno al 5%. L’apertura delle finestre

durante la pausa causa una brusca diminuzione dei parametri ambientali ma si può assistere, nell’ora

successiva, ad un rapido aumento di temperatura, che varia circa di 2°C, il doppio rispetto alla prima

ora di monitoraggio e quattro volte la variazione avuta durante il precedente monitoraggio. Mentre

l’umidità rimane su una variazione di circa il 5% in un’ora, valore che conferma l’andamento visto

nel precedente monitoraggio.

30,00

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40,00

45,00

50,00

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Um

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à (%

)

Tem

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°C)

Tempo

Temperatura e umidità

Temperatura (°C) Umidità (%)

79

Figura 5-7 Grafico concentrazione di CO2 e temperatura

Anche in questo caso, è possibile notare un aumento costante della concentrazione di CO2, che nella

prima ora è quantificabile in una variazione di 300 ppm, un valore doppio rispetto a quello rilevato

nel primo monitoraggio.

20,0

21,0

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°C)

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CO

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pp

m)

Tempo

Concentrazione di CO2 e temperatura

CO2 (ppm) Temperatura (°C)

80

Conclusioni

Il benessere ambientale deve essere, per il progettista, un argomento da tenere sempre in

considerazione. Oggi la tecnologia ci permette di ottenere quel controllo sull’ambiente che può fare

la differenza tra il vivere e lo stare bene. Il monitoraggio degli ambienti è quindi un ambito di ricerca

da perseguire e incentivare. Analogamente, la possibilità di realizzare un sistema di monitoraggio

“home made” è un’opportunità che vale la pena sviluppare e approfondire.

Il lavoro di tesi ha avuto proprio come scopo quello di indagare e valutare la fattibilità di un sistema

di acquisizione dei parametri ambientali caratteristici del comfort all’interno di un ambiente chiuso.

Sono stati affrontati tutti gli aspetti tipici della realizzazione di un prototipo per la misura della

temperatura, dell’umidità, della CO2 e dell’illuminazione.

La progettazione del sistema di monitoraggio ha richiesto comunque alcuni compromessi. Infatti, per

motivi di budget o limiti tecnici/tecnologici non è stato possibile implementare tutti i sensori che

avrebbero potuto rendere il progetto ancora più completo. Infatti, la possibilità di analizzare anche il

rumore indoor avrebbe richiesto una capacità di calcolo decisamente superiore a quella disponibile

su di una board NodeMCU, da qui l’idea di abbandonare l’acquisizione di questo parametro

ambientale. Analogamente la possibilità di usare reti wifi con protocolli di sicurezza aziendali,

avrebbe richiesto degli shield wifi appositi, che avrebbero fatto lievitare troppo i costi del prototipo.

Le scelte effettuate comunque non pregiudicano il funzionamento del sistema e che questo possa

essere arricchito nel tempo con nuove funzionalità.

Il prototipo permette di rilevare dati ambientali scelti dall’utente, adattare con rapidità le curve di

taratura a diverse tipologie di sensori, montare i dispositivi secondo i propri criteri. La libertà è quindi

la caratteristica più rilevante del sistema. Avere a disposizione il codice sorgente e poter intervenire

direttamente e a piacimento sulla realizzazione, permette di creare un prodotto su misura per

l’acquisizione dei dati.

Un possibile sviluppo futuro del sistema di monitoraggio potrebbe essere dato dalla combinazione di

un Arduino Uno con un chip wifi. Anche se la board NodeMCU utilizzata è autonoma come capacità

di elaborazione, il collegamento di tanti componenti esterni può essere gestito con maggior praticità

se affidato ad un altro microcontrollore, avendo così una scheda dedicata alla raccolta dei dati e

un’altra che si occupa della comunicazione.

81

Lo sviluppo di prototipi, mediante Arduino, permette sicuramente una certa autonomia nella

progettazione. Anche con modeste basi in elettronica, è possibile creare semplici sistemi per la

raccolta e la gestione dei dati. Discorso diverso va fatto nel caso in cui si voglia aggiungere nei propri

progetti una connessione a internet. Ottenere una connessione dati stabile non è scontato e richiede

tutta una serie di competenze informatiche che vanno dalla progettazione di database

all’implementazione della comunicazione http. Gli ambiti di studio richiesti sono svariati e i sistemi

hardware che contemplano l’aggiunta di connessione a internet comportano un aumento della

complessità del sistema.

Nel lavoro svolto durante la tesi, si è potuto sviluppare un sistema per il monitoraggio ambientale

economico, compatto, di facile utilizzo, gestibile da remoto e che permette il collegamento di un

numero praticamente infinito di datalogger.

82

Bibliografia

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Risorse web

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https://www.w3schools.com/

1

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA

SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA

Corso di laurea in Ingegneria Edile

Tesi di laurea in Fisica Tecnica e Impianti

SMART DEVICE PER IL MONITORAGGIO

AMBIENTALE

Allegato I°

Manuale di istruzioni

Tutor accademico Presentata da

Luca Barbaresi Daniele Focchi

Sessione Anno Accademico 2016-2017

2

Indice

1- Introduzione all'utilizzo pag. 3

2- Dati tecnici pag. 4

2.1- Datasheet dei sensori pag. 4

2.2- Altri componenti hardware pag. 5

3- Guida all'utilizzo dell'applicativo web pag. 7

3.1- Registrazione pag. 7

3.2- Panoramica delle attività pag. 8

3.3- Procedura per creare un nuovo progetto pag. 13

3.4- Procedura per aggiungere un nuovo dispositivo pag. 15

3.5- Procedura per attivare un Hotspot mobile pag. 16

4- Guida alla realizzazione di un dispositivo pag. 17

4.1- Introduzione all'utilizzo dell'IDE di Arduino pag. 17

4.2- Montaggio hardware pag. 20

4.3- Procedure di debugging pag. 22

5- Avvisi di errore e raccomandazioni pag. 24

5.1- Segnalazioni visive e di errore pag. 24

5.2- Raccomandazioni finali pag. 25

3

1 Introduzione all'utilizzo

Questo manuale riguarda l'utilizzo del sistema di monitoraggio ambientale, di proprietà dell'Alma

Mater Studiorum, realizzato dallo studente Focchi Daniele per la tesi di laurea "Smart device per il

monitoraggio ambientale".

Il sistema, composto da un applicativo web e dispositivi hardware comprensivi di sensori per le letture

ambientali, permette una facile raccolta e visualizzazione di dati ambientali per un utilizzo rapido e

autonomo da parte del docente o dello studente. Il sistema di lettura è automatizzato e configurabile

mediante pratico applicativo web. Permette inoltre la gestione di più dispositivi di lettura

contemporaneamente e di più utenti simultanei.

I dispositivi comprendono:

- un sensore DHT22 per la lettura di temperatura e umidità relativa;

- un sensore MH – z14A per la lettura della concentrazione di CO2;

- una fotoresistenza per la lettura dell'intensità luminosa.

I dispositivi sono comandati da una board NodeMCU Amica, basata su un chip wifi EPS8266 che si

occupa dell'esecuzione delle letture e della comunicazione col server. Vengono alimentati mediante

powerbank o altra fonte di energia che permetta un’erogazione di 5V e 1A. Presentano anche un

lettore di microSD per il backup delle letture dei sensori in assenza di segnale wifi.

Il principio che sta alla base di questo sistema per il monitoraggio ambientale è quello di dare a tutti

gli utenti abilitati la possibilità di realizzare i propri dispositivi di lettura, e di raccogliere i dati

mediante un apposito applicativo web. Per tale motivo, viene fornito liberamente il codice dei

dispositivi e il seguente manuale, che guiderà gli utenti durante il loro primo progetto.

http://unibosmartdevice.altervista.org/

4

2 Dati tecnici

2.1 Datasheet dei sensori

Di seguito sono riportati i dati principali presi dai datasheet dei sensori. I datasheet completi possono

essere scaricati dalla pagina "download" dell'applicativo web.

Sensore DHT 22

Power supply 3.3 – 6V DC

Output signal Digital signal

Operating range temperature -40 ⁓ 80 °C

Operating range humidity 0 ⁓ 100 % RH

Accuraty temperature < +/- 0,5 °C

Accuraty humidity +/- 2% RH

Sensitivity temperature 0,1 °C

Sensitivity humidity 0,1% RH

Sensing period ⁓2s

Dimensions 22*28*5 mm (max)

Fig. 2.1-1 Sensore DHT22

Sensore MH – z14A

Power supply 4,5 ⁓ 5,5V DC

Output signal PWM / UART / 0,4-2V DC

Measuring range 0 ⁓ 2000 ppm / 0 ⁓ 5000 ppm

Accuraty carbon dioxide +/- 50 ppm

Working temperature 0 ⁓ 50 °C

Working humidity 0 ⁓ 95 % RH

Measuring range 0 ⁓ 5% VOL optional

Average current < 85 mA

Dimensions 57,5*34,7*16 mm

Fig. 2.1-2 Sensore MH - Z14A

Fotoresistenza

Max voltage 150V

Light resistance 5-10 kΩ

Dark resistance 0,5 MΩ

Response time 30 ms

Environmental temperature -30 ⁓ +70 °C

Spectrum peak value 540 nm

Dimensions ᴓ5 mm

Fig. 2.1-3 Fotoresistenza

5

2.2 Altri componenti hardware

Board NodeMCU Amica

Fig. 2.2-1 Board NodeMCU e pins map

Microcontroller ESP-12E

Operating voltage 3,3V

Input voltage 5 - 12V

Digital I/O pins 10 (GPIO)

Analogic input pins ADC (10 bit - 1V)

Communication protocols SPI / I2C / UART

Communication wifi IEEE 802.11 b/g/n

Dimensions 49*24.5*13 mm

Lettore microSD

Componente che dialoga con la board mediante comunicazione SPI. Necessita di una microSD,

formattata in modalità FAT32. Voltaggio di ingresso 5V.

CD4051

Multiplex analogico che mette a disposizione 8 pin ADC. Necessità di 3 pin digitali per impostare il

pin ADC da leggere e di un pin analogico. Il voltaggio e l'alimentazione sono gli stessi del pin

analogico della board a cui è collegato.

https://nodemcu.readthedocs.io/en/master

6

Modulo per l'alimentazione

Il sistema richiede in ingresso 5V ed almeno 1A. Sarà necessario alimentare sia la board NodeMCU

che gli altri componenti. Nel caso in cui l'alimentazione eroghi già 5V, sarà sufficiente introdurre un

interruttore per consentire l'accensione del dispositivo. Altrimenti bisognerà dotarsi di un regolatore

di tensione 7805, opportunatamente dimensionato. Per evitare ulteriori saldature o dimensionamenti

errati del circuito di alimentazione, si consiglia l'utilizzo di shield denominate power supply. Esse

normalmente dispongono una porta USB, un ingresso per un trasformatore, un tasto di accensione e

la possibilità di scegliere la corrente in uscita tra i 3 e i 5V. Inoltre, sono compatibili con le breadboard.

Fig.2.2-3 Power supply Fig.2.2-4 Regolatore di tensione

Nota:

Nel caso di problemi con la lettura dei sensori o nell'accesso alla microSD, controllare mediante

multimetro il voltaggio e l'amperaggio del circuito elettrico.

Nella sezione "download" sono presenti i datasheet completi e gli sketch di esempio per testare il

funzionamento dei singoli componenti.

Prestare attenzione nel caso in cui si voglia collegare il dispositivo alla presa di corrente.

7

3 Guida all'utilizzo dell'applicativo web

I dispositivi per il monitoraggio ambientale sono gestiti mediante applicativo web, il quale si occupa

anche della gestione dei dati raccolti. La documentazione è accessibile liberamente a tutti nella

sezione Download, ma per l'utilizzo dell'applicativo sarà necessario prima registrarsi.

3.1 Registrazione

Dalla Home page, spostare il puntatore del mouse in alto

a destra sopra il simbolo

Alla comparsa del menù, cliccare sulla voce "login".

La pagina adibita al login permette anche la registrazione dei

nuovi utenti.

Inserire quindi un'e-mail valida, necessaria per essere contattati

e per contattare gli amministratori in caso di problemi. Scegliere

una password e inserirla una seconda volta per controllare che

non ci siano errori.

Fig. 3.1-1 Schermata login applicativo web

Nota:

Il sito non dispone di un sistema per il recupero delle password.

Il sito non utilizzerà le informazioni per fini commerciali.

Il sito e le password non sono protetti mediante crittografia.

La funzione di logout è raggiungibile posizionando il puntatore del mouse in alto a destra sul

simbolo . Alla comparsa del menù, cliccare sulla voce "logout". Verrà quindi caricata la pagina

per il login.

8

3.2 Panoramica delle attività

Una volta effettuato il login, si accederà alla pagina utente, che comprende:

- lo storico dei progetti;

- i progetti in corso;

- l'inizio di nuovi progetti;

- grafici e tabelle.

Lo storico dei progetti elencherà tutti i vecchi progetti, indicandone: il nome, la data di inizio e fine,

i dispositivi utilizzati e l'intervallo delle letture. Sarà possibile: visualizzare la tabella con le letture,

esportare la tabella in formato xls per il caricamento dei dati su excel, o infine cancellare il progetto

con tutti i suoi dati.

La sezione dei progetti in corso mostra tutti i progetti non ancora terminati. I dati mostrati e le opzioni

sono gli stessi della sezione dello storico dei progetti, a differenza dell'opzione di cancellazione, che

qui è sostituita con l'opzione "interrompi" e causa solo l'interruzione del progetto, il quale sarà poi

considerato concluso e visualizzabile nello storico dei progetti.

Fig. 3.2-1 Tabella progetti in corso

Nota:

L'interruzione di un progetto non causerà il blocco dei dispositivi. Essi infatti continueranno la loro

funzione di monitoraggio finchè non raggiungeranno l'ora di fine progetto originale. Sarà dunque

necessario spegnere i dispositivi manualmente.

Ricorda:

Una volta interrotto un progetto o raggiunta l'ora di fine del progetto bisogna ricordarsi di spegnere i

dispositivi manualmente.

9

La sezione adibita ai nuovi progetti permette la scelta dei parametri fondamentali per il

funzionamento dei dispositivi. Il nome del progetto serve per identificare rapidamente il

monitoraggio, ma deve essere privo di spazi e senza caratteri speciali. La lunghezza massima

consentita è di 18 caratteri. Per inserire una descrizione più dettagliata del progetto sarà necessario

utilizzare il campo di testo messo a disposizione. L'intervallo delle letture è il tempo che passerà tra

una lettura e l'altra dei sensori. Si potrà selezionare un valore tra quelli presenti nell'elenco a tendina.

Bisognerà indicare l'ora d'inizio e di fine del nuovo progetto. Sarà possibile ritardare l'inizio del nuovo

test per 48 ore massimo. Inoltre, la durata del progetto, cioè la durata del monitoraggio, non potrà

superare le 48 ore.

La scelta dei dispositivi permetterà di decidere quanti e quali dispositivi dovranno partecipare al

nuovo progetto. Non saranno mostrati i dispositivi presenti in progetti in corso di un qualsiasi utente.

La spunta per la modalità offline permette di attivare o disattivare la modalità offline.

Nota:

Tutti i campi, tranne quello di testo, sono obbligatori per

l'inizio di un nuovo test.

Nell'elenco dei dispositivi utilizzabili saranno presenti

tutti i dispositivi a prescindere dal proprietario. Questo

permetterà di verificare quali dispositivi sono

disponibili e sarà poi possibile, in caso di necessità,

contattare il proprietario per poterli chiedere in prestito.

Se non si vede un certo dispositivo fra quelli disponibili,

provare a ricaricare la pagina.

Fig. 3.2-2 Aggiunta di un nuovo progetto

La sezione "grafici e tabelle" mostra tutti i dati ricevuti dai dispositivi. In ogni record vengono

mostrati: il dispositivo, l'orario della lettura, il valore della temperatura, dell'umidità, della

concentrazione di CO2 e dell'intensità luminosa.

Per visualizzare i dati è necessario cliccare sull'icona di un progetto. Saranno indicati per ogni

dispositivo anche dei valori riassuntivi, attraverso l'indicazione dei valori minimi, massimi e le medie

della temperatura, dell'umidità, della concentrazione di CO2 e dell'intensità luminosa del progetto

selezionato.

10

La pagina per la gestione dei dispositivi è raggiungibile posizionandosi col puntatore del

mouse sull'icona : attivato il menu a tendina, sarà possibile selezionare la voce "device".

La pagina per la gestione dei dispositivi comprende due sezioni:

- aggiungi un nuovo dispositivo;

- elenco dei dispositivi.

Fig. 3.2-3 Procedura per l'aggiunta di un nuovo dispositivo

La sezione per l'aggiunta di un nuovo dispositivo fornisce un nome univoco da assegnare al

dispositivo: ad esso ci si dovrà riferire per dialogare con l'applicativo web al fine di generare il file di

configurazione necessario al suo funzionamento.

La procedura permette l'inserimento di una descrizione che favorisca il riconoscimento del

dispositivo, indicandone ad esempio le particolarità. Vanno impostati il nome e la password della rete

wifi a cui si intende collegare il dispositivo. Va poi indicata la versione del dispositivo: nel caso il

dispositivo sia stato realizzato seguendo le indicazioni della seguente guida e siano presenti tutti i

sensori previsti, il dispositivo rientrerà nella "versione 1.0". Altrimenti sarà necessario togliere la

spunta per indicare che il dispositivo da aggiungere presenta caratteristiche differenti. Tali differenze

potranno essere indicate nel box testo precedentemente segnalato.

Nota:

Il nome e la password della rete wifi potranno essere modificati successivamente, per poter così

adeguare i dispositivi alle situazioni future.

I dispositivi potranno collegarsi soltanto a reti wifi di tipo WPA2. Non è possibile quindi collegarsi a

reti con crittografia WEP o di tipo WPA2 Enterprise.

Alcune reti wifi WPA2 potrebbero impedire il collegamento dei dispositivi a causa di firewall o altri

sistemi di sicurezza interni alla rete. Si consiglia quindi l'utilizzo della modalità hotspot dei cellulari

per la generazione di una rete wifi.

11

L'elenco dei dispositivi mostra i dati di configurazione per ogni dispositivo, sotto forma di tabella.

Sono indicati: il nome del dispositivo, lo stato del dispositivo legato alla sua presenza a un progetto,

la versione del dispositivo e il nome dell'utente che ha aggiunto il dispositivo. È disponibile anche

una funzione per la cancellazione del dispositivo. Sarà possibile inoltre modificare le impostazioni

della rete wifi.

Nota:

I dispositivi con stato "non disponibile" non

possono essere cancellati finché non tornano

disponibili, quindi al termine del progetto in cui

sono coinvolti.

Fig. 3.2-4 Tabella dispositivo DP25

L'area "curve dei sensori" permette la gestione dei sensori del dispositivo. I dati letti dal dispositivo,

prima di essere caricati sul database ed essere mostrati all'utente, vengono modificati seguendo le

curve di calibrazione del dispositivo.

Il sensore DHT22, mediante la porta digitale, fornisce già il valore della temperatura in °C e

dell'umidità in %. Le curve scelte per descrivere la temperatura e l'umidità sono delle rette, con in

ascissa il valore letto dal sensore e in ordinata il valore da registrare nel database. Nel caso i valori

della temperatura letti superino i 99°C o scendano sotto i -5°C, il valore riportato nel database sarà

rispettivamente di 99°C e -5°C. Nel caso i valori dell'umidità letti superino il 99% o scendano sotto

l'1%, il valore riportato nel database sarà rispettivamente del 99% e del 1%.

12

La fotoresistenza e il sensore MH-Z14A sono collegati alla porta analogica a 10bit della board

NodeMCU, la quale restituirà un valore in bit che va da 0 a 1024.

La calibrazione della fotoresitenza, effettuata mediante associazione del valore in bit restituito con i

valori letti da un luxmetro, permette di ottenere una curva di tipo esponenziale. In ascissa si avranno

i valori in bit e in ordinata i valori in lux da inserire nel database.

Il sensore MH-Z14A presenta una calibrazione di fabbrica. Restituisce il valore in ppm della CO2

mediante una tensione con un range di 0,4-2V. Tale range è ridotto a 0,2-1V mediante un partitore di

tensione per adeguarsi al range di tensione leggibile dall'ingresso analogico della board NodeMCU.

Sono necessarie quindi due curve: la prima permette di ottenere dal valore in bit il valore in volt e la

seconda permette di passare dai volt ai ppm. I parametri su cui l'utente può intervenire sono quelli

che caratterizzano il tipo di sensore: il voltaggio in ingresso minimo, quello massimo e il livello

massimo di ppm letti dal sensore.

13

3.3 Procedura per creare un nuovo progetto

Modalità online

Permette di impostare un progetto in modo che i dispositivi, una volta ricevuti i dati di progetto,

carichino in tempo reale i dati sull'applicativo web. Questa modalità necessita di una connessione wifi

attiva per tutta la durata del progetto. Nell'eventualità in cui si perda la connessione per un periodo

più o meno lungo, ad ogni lettura dei sensori i dispositivi proveranno a collegarsi alla rete wifi, e nel

caso di fallimento le letture saranno salvate in locale sulla microSD. Appena i dispositivi ritroveranno

la connessione, verranno caricati sull'applicativo web i dati salvati in locale.

Procedura per la modalità online:

- Impostare i dati per il progetto;

- Lasciare la modalità offline disattiva e cliccare su Start;

- Accendere i dispositivi e attivare una connessione wifi a cui essi possano agganciarsi;

- I dispositivi setteranno i dati di progetto e inizieranno le letture all'ora stabilita;

- Ad ogni intervallo di lettura dei sensori, i dispositivi si collegheranno alla rete wifi per

raggiungere l'applicativo web e caricare i dati;

- Sull'applicativo web cliccare su mostra progetto per visualizzare i dati di quel progetto;

- All'ora di fine del progetto spegnere i dispositivi. Se non tutti i dati sono stati salvati online,

alla prossima accensione dei dispositivi i dati salvati in locale saranno caricati in

automatico sull'applicativo web.

Nota:

La procedura di caricamento online dei dati salvati in locale, in base ai tempi necessari, potrebbe

causare un ritardo della successiva lettura e la perdità dell'ultimo record.

14

Modalità offline:

Permette di impostare il progetto in modo che i dispositivi, una volta ricevuti i dati di progetto, non

cerchino più la connessione wifi per collegarsi all'applicativo e passare i dati. Tutti i dati saranno

salvati in locale sulla microSD e saranno caricati alla riaccensione del dispositivo.

Procedura per la modalità offline:

- Impostare i dati per il progetto;

- Selezionare la modalità offline e cliccare su Start;

- Accendere i dispositivi e attivare una connessione wifi a cui essi possano agganciarsi;

- Aspettare due minuti in modo che tutti i dispositivi si colleghino a internet e impostino

correttamente i dati di progetto;

- Ora sarà possibile disattivare la connessione wifi: i dispositivi lavoreranno in completa

autonomia fino all'ora di fine del progetto.

- All'ora di fine spegnere i dispositivi, riattivare la connessione wifi e accendere un

dispositivo alla volta per il caricamento dei dati. Tempi di attesa da lasciare tra

un'accensione di un dispositivo e l'altro: 30 secondi per ogni ora di lettura.

Nota:

Nella situazione in cui venga spento il dispositivo o termini la batteria, alla prossima accensione il

dispositivo cercherà come prima cosa di trasmettere i dati salvati sulla memoria interna. Se la

connessione wifi non sarà disponibile, il programma non proseguirà con il progetto in corso. Una

volta salvati i dati, spegnere e riaccendere il dispositivo per continuare il monitoraggio.

15

3.4 Procedura per aggiungere un nuovo dispositivo

Una volta assemblato un nuovo dispositivo, seguire i seguenti passaggi:

- Collegare, mediante cavo USB, la board NodeMCU al computer su cui è stato

installato l'IDE di Arduino;

- Caricare lo sketch "sketch_tesi_Focchi_Daniele", scaricabile dalla sezione download

dell'applicativo web, mediante il menù "File" alla voce "Apri...";

- Avviare la compilazione dal menù "Sketch" alla voce "Carica". Al termine, scollegare il

dispositivo dal computer.

- Andare alla pagina "device" dopo aver effettuato il login e iniziare la procedura per

aggiungere un nuovo dispositivo;

- Compilare i campi inserendo la descrizione del dispositivo e i dati della rete wifi, e

verificare la versione del dispositivo;

- Premere il tasto "aggiungi" per visualizzare il nome del dispositivo creato;

- Nella tabella del nuovo dispositivo, cliccare sul nome, per aprire una nuova pagina

contenente una stringa di testo;

- Creare sul computer un file di testo: tasto destro sul Desktop -> Nuovo -> Documento di

testo;

- Nominarlo "config.txt" e inserire la stringa di testo visualizzata in precedenza;

- Inserite il file "config.txt" in una microSD e inserire la microSD nel lettore del

nuovo dispositivo;

- Il dispositivo è ora pronto per il monitoraggio.

Fig. 3.4-1 Etichetta identificativa dispositivo Nota:

Si consiglia l'utilizzo di un'etichetta adesiva per segnare il nome del dispositivo e facilitarne

l'individuazione. È possibile stampare e utilizzare come etichetta il file "etichetta_device" presente

nella sezione "download".

16

3.5 Procedura per attivare un Hotspot mobile

I dispositivi possono essere collegati con facilità alla rete dati dei cellulari mediante la modalità

Hotspot. Tale modalità permette di trasformare il proprio cellulare in un router, generando una rete

wifi privata, di cui si può decidere: SSID, password e tipologia di crittografia (WEP, WPA, WPA2).

Per i dispositivi Android, la modalità Hotspot è attivabile dalle "Impostazioni", sotto la voce "Altro"

del menu "Wireless e reti". Per i dispositivi Apple, la modalità Hotspot è attivabile dalle

"Impostazioni", sotto la voce "Cellulare".

Infine, è possibile utilizzare anche "saponette" o altri apparati muniti di SIM, quali tablet.

Fig. 3.5-1 Attivazione modalità Hotspot su dispositivi Android

Nota:

Alcuni operatori bloccano la funzione Hotspot: nel caso di problemi informarsi dal proprio operatore

telefonico. I consumi di banda dei dispositivi sono minimi e non è necessaria una connessione veloce

o di ultima generazione per il funzionamento dei dispositivi.

L'area coperta dalla rete Hotspot dipende da molti fattori: si va dai 5m fino ai 10m.

Ricorda:

L'utilizzo di una rete wifi tradizionale, cioè generata da un ruoter, potrebbe impedire il corretto

funzionamento dei dispositivi a causa di firewall o altri meccanismi di sicurezza.

17

4 Guida alla realizzazione di un dispositivo

4.1 Introduzione all'utilizzo dell'IDE di Arduino

Per l'inserimento del codice nel dispositivo e la sua modifica, è necessario l'utilizzo di un compilatore.

Per questo progetto è stato utilizzato l'IDE (ambiente di sviluppo) di Arduino.

Scaricato l'IDE di Arduino, installarlo sul proprio computer e far partire il programma.

Procedere con l'installazione delle librerie della board NodeMCU.

Nel menù "File", cliccare la voce "Impostazioni" e posizionarsi sulla voce "URL aggiuntive per il

Gestore schede". Inserire il seguente link:

http://arduino.esp8266.com/versions/2.3.0/package_esp8266com_index.json

Premere "ok" e andare al menù "Strumenti", alla voce "Scheda" e cliccare su "Gestore schede".

Scorrere fino in fondo e cliccare sulla voce "eps8266". Installare la libreria. Al termine sarà possibile

utilizzare l'IDE di Arduino per la programmazione del dispositivo.

Glossario Arduino:

board = schede elettroniche con microcontrollore e ingressi/uscite (NodeMCU)

shield = schede generiche con vari componenti saldati su di esse

sketch = programma per Arduino

compilazione = traduzione in codice macchina del programma

check = controllo della sintassi del programma

Nota:

L'IDE di Arduino è compatibile anche con i sistemi Linux e Mac, ma la guida fa riferimento al sistema

Microsoft Windows 10.

Se nel "Gestore dispositivi" non compare la voce "eps8266", cercare su internet la versione del link

più recente.

La versione della libreria "eps8266" con cui è stato provato il programma è la 2.3.0.

https://www.arduino.cc/en/Main/Software



18

Ricorda:

Per qualsiasi problema nell'installazione e utilizzo

dell'IDE di Arduino o della scheda NodeMCU, si

può fare affidamento alla grande comunità online.

Fig. 4.1-1 Schermata IDE Arduino

Installare le librerie necessarie al funzionamento del programma. Nella sezione "dowload"

dell'applicativo web scaricare il file "libreries.zip" e scompattarlo.

Inserire il contenuto in: Documenti -> Arduino -> libreries

Collegare la board NodeMCU al computer mediante cavo USB. Dal tasto Start di Windows, cercare

il "Gestione dispositivi" e posizionarsi sulla voce "Porte (COM e LPT)". Controllare la porta COM

con cui il computer dialoga con la board, indicata con la dicitura USB CP210 o simile.

19

Fig. 4.1-2 Gestione dispositivi Windows

Nota:

Sarà necessario installare il driver USB nel caso in cui il sistema operativo non lo riconosca.

Sempre con il dispositivo collegato al computer, andare sull'IDE di Arduino, menù "Strumenti"

sezione "Scheda", e cercare la voce "NodeMCU 1.0" per indicare al programma quale dispositivo

leggere. Posizionarsi sulla sezione "Porta" e selezionare la voce corrispondente alla porta COM

individuata prima sul "Gestore dispositivi" di Windows.

Ora sarà possibile caricare e modificare il programma per il funzionamento dei dispositivi.

Nota:

Il caricamento dello sketch può impiegare molto tempo. Attendere il completamento dell'operazione.

20

4.2 Montaggio hardware

Il collegamento fra i vari componenti elettronici può essere effato mediante saldature su millefori o

mediante l'utilizzo di una breadboard. È consuetudine incominciare un progetto utilizzando una

breadboard e, finito il periodo di test, saldare tutti i componenti su una millefori per aumentare la

tenuta dei collegamenti.

Fig. 4.2-1 Breadboard

Verranno riportati di seguito i collegamenti dei singoli componenti del dispositivo:

- HC4051: multiplex analogico

Vcc – 5V (Power supply)

E – GND (Power supply)

GND – GND (Power supply)

Z – A0 (NodeMCU)

S0 – D0 (NodeMCU)

S1 – D1 (NodeMCU)

S2 – D2 (NodeMCU)

Y2 – R10k – 4 (MH-Z14A)

Y1 – Fotoresistenza

Fig. 4.2-2 Schema HC4051 Fig. 4.2-3 Partitore di tensione

- MH-Z14A: sensore CO2

1 – 5V (Power supply)

2 – GND (Power supply)

4 – R10k – Y2 (HC4051) – R10k – GND(Power supply)

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Le due resistenze servono per realizzare un partitore di tensione che riduca il range del voltaggio del

pin 4 da 0,4–2V a 0,2–1V e poter così essere letto correttamente dalla board NodeMCU.

- DHT22: sensore temperatura umidità



SIG – D3 (NodeMCU)

- Fotoresistenza:

lato 1 – 5V (Power supply)

lato 2 – Y1 (HC4051) – R10k – GND (Power supply)

La resistenza da utilizzare dipenderà dalla tipologia di fotoresistenza acquistata.

- Lettore microSD:



MISO – D6 (NodeMCU)

MOSI – D7 (NodeMCU)

SCK – D5 (NodeMCU)

CS – D8 (NodeMCU)

- Power supply: o altri sistemi di alimentazione

Vcc – 5V

GND – GND

Vcc e GND in questo caso corrisponderanno alla fonte esterna di alimentazione (cavo USB,

batteria, alimentatore).

- NodeMCU:



A0 – Z (HC4051)

D0 – S0 (HC4051)

D1 – S1 (HC4051)

D2 – S2 (HC4051)

D3 – SIG (DHT22)

D5 – SCK (microSD)

D6 – MISO (microSD)

D7 – MOSI (microSD)

D8 – CS (microSD)

Posizionare tutti i componenti in una scatola che li possa proteggere e valutare eventuali fori per

l'alimentazione esterna. Posizionare correttamente i sensori in modo che le letture non vengano falsate

dall'ambiente interno della scatola, il quale può risultare notevolmente diverso dall'ambiente esterno.

Nota: R10K = resistenza da 10 000 ohm

22

4.3 Procedure di debugging

Nel caso in cui il dispositivo montato non funzioni correttamente, sarà necessario effettuare dei test

per determinare l'origine del problema. Collegando la board NodeMCU ad una porta USB di un

computer su cui è stato installato l'IDE di Arduino (paragrafo 4.1), sarà possibile ricevere un input

visivo del funzionamento del dispositivo e poter così effettuare un debugging del sistema.

All'interno del codice, in punti strategici, sono state posizionate infatti delle stampe a video.

Tali stampe, realizzate col comando Serial.println ('nostra_stringa'), possono essere modificate e

aggiunte dall'utente a piacimento perché non intaccano il corretto funzionamento del programma.

Attivazione della porta seriale: dall'IDE di Arduino andare nel menù "Strumenti" e cliccare sulla voce

"Monitor seriale".

Una volta collegato il NodeMCU al computer e attivato il monitor seriale, seguire il percorso del

programma fino alla situazione di errore. Prestare particolare attenzione alla stringa dei dati che verrà

inviata al server e che è responsabile del buon caricamento dei dati sul database.

Nota:

Se nella colonna della temperatura e dell'umidità di un vostro progetto compaiono

contemporaneamente 99°C e 99%, allora si deve imputare la causa ad un problema del collegamento

del sensore DHT22.

Se l'errore è da imputare alla memoria microSD, sarà necessario: controllare lo stato dei collegamenti,

effettuare una nuova formattazione della microSD o provare altri modelli di memorie.

Ad ogni modifica del codice, effettuare un controllo ortografico prima della compilazione attraverso

menù "Sketch", alla voce "Verifica".

23

Tra il materiale presente nella sezione "download" dell'applicativo web, sono disponibili degli sketch

per il test dei singoli sensori, da aggiungere agli sketch di esempio già presenti nel menù "File" alla

voce "Esempi" dell'IDE di Arduino.

Collegando la board NodeMCU al computer tramite cavo USB e compilando dall'IDE di Arduino i

singoli sketch, sarà possibile visualizzare sul monitor seriale il comportamento del singolo

componente.

Elenco sketch per il debugging disponibili:

- Sketch_fotoresistenza: per la lettura della sola intensità luminosa;

- Sketch_MH-Z14A: per la lettura della concentrazione di CO2 su pin analogico;

- Sketch_DHT22: per la lettura della temperatura e dell'umidità;

Nota:

Le letture dei sensori sono accompagnate dalla loro unità di misura. Se si conoscono le curve di

calibrazione dei propri sensori è possibile implementarle anche negli sketch per il debugging e

ottenere valori legati al proprio componente.

24

5 Avvisi di errore e raccomandazioni

5.1 Segnalazioni visive e di errore

Sono state previste delle segnalazioni luminose per permettere all'utilizzatore di ricevere un feedback

sullo stato del dispositivo.

Elenco delle segnalazioni previste:

- Led rosso: (lampeggio)

Problema nella lettura della memoria microSD o raggiungimento del tempo massimo per la

ricerca di una rete wifi. Il programma verrà bloccato. Controllare la presenza della microSD,

lo stato delle connessioni, la presenza e correttezza del file config.txt sulla microSD del

dispositivo e la correttezza dei dati della rete wifi a cui ci si vuole collegare.

Risolta la situazione, spegnere e riaccendere il dispositivo per continuare.

- Led blu: (lampeggio veloce)

Il dispositivo è alla ricerca della rete wifi.

Attesa massima di 5 minuti la prima volta e di 15 secondi le successive.

- Led blu: (lampeggio lento)

Il dispositivo sta segnalando la fine del progetto assegnatoli.

Spegnere il dispositivo.

Nota:

In caso di problema e ripetizione ricorrente di un errore, leggere il paragrafo 4.3 del manuale.

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5.2 Raccomandazioni finali

L'applicativo web e la progettazione dei dispositivi fanno parte del materiale dalla tesi: "Smart device

per il monitoraggio ambientale" di Daniele Focchi. Sono liberamente utilizzabili per scopi didattici

da parte degli organi universitari. Non è ammessa la manipolazione totale o in parte del codice di

programmazione dell'applicativo web, la sua analisi o l'accesso non autorizzato alle informazioni

riportate nel database. Tutte il materiale condivisibile e modificabile è riportato nella pagina

"download" dell'applicativo web.

In caso i problemi o domande, contattare il Laboratorio di Fisaca Tecnica del dipartimento DIENCA

dell'univertà Alma Mater Studiorum.

SMART DEVICE PER IL MONITORAGGIO AMBIENTALEAllegato III° , parte prima

Studente: Focchi Daniele Tutor accademico: Barbaresi Luca

SMART DEVICE PER IL MONITORAGGIO AMBIENTALEAllegato III° , parte seconda

Studente: Focchi Daniele Tutor accademico: Barbaresi Luca

SMART DEVICE PER IL MONITORAGGIO AMBIENTALE · Tesi di laurea in Fisica Tecnica e Impianti ......

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