SIA e IOT 2

Questo libro è quello intermedio del percorso di Sistemi Automatici e permette di sfruttare le conoscenze di programmazione apprese e sviluppare con esse piccoli sistemi remotizzabili, tramite i quali si può comunicare via rete. Questi aspetti di programmazione sono richiesti sul lavoro ad un progettista elettronico, che sa interfacciarsi ai sensori e ai driver fisici, ma che deve anche saper inviare i dati online affinché siano disponibili la lettura, il comando remoto e la comunicazione automatica tra gli stessi dispositivi (ovvero proprio “Le cose che comunicano tra loro tramite internet”: Internet Of Things)

Per una panoramica completa vengono anche affrontati gli aspetti chiave delle reti informatiche, ovvero i suoi dispositivi e il modello ISO/OSI, soffermandosi sull’indirizzamento tramite IP e sul subnetting.

Non manca certo la parte più teorica, classica e affascinante relativa ai sistemi analogici, dove vengono affrontati gli aspetti fondanti della teoria dei segnali, il trasporto degli stessi nel dominio di Laplace, la relazione tra spettro di frequenze e andamento nel tempo, e i diagrammi di Bode. Questa sezione richiede parecchie abilità matematiche e di astrazione mentale, oltre che una grande volontà per essere padroneggiata. Il libro guida alle competenze fondamentali tramite descrizioni accurate e immagini esplicative, ma è lo studente che deve metterci il suo. Per via della complessità, è molto consigliata a chi vuole affrontare un percorso universitario STEM.

È presente anche un’appendice sui microcontrollori, senza teoria, che guida lo studente allo studio delle vecchie tecnologie che hanno portato allo sviluppo dei microcontrollori.

Rispetto alle linee guida ministeriali non sono presenti i PLC (che sono di ambito più industriale e meno di dispositivo) e i diagrammi di Nyquist, argomenti altrettanto complesso che i diagrammi di Bode, ai quali si è preferito lasciare spazio. È presente invece tutta la parte di reti e IoT che è molto richiesta dal territorio e dall’epoca, visto l’inarrestabile sviluppo dell’industria 4.0 e dell’intelligenza artificiale.

Nello specifico gli argomenti affrontati divisi per capitolo sono:

1. Struttura fisica e logica di una rete
   • Vengono visti i dispositivi di rete, le connessioni, il protocollo TCP/IP e l’indirizzamento IP a con un approfondimento discreto
   • Viene utilizzato il software Cisco Packet Tracer per l’implementazione e il test delle reti realizzate
2. Subnetting
   • Viene affrontato il tema della creazione di sottoreti e la gestione delle subnet mask a livello di discreta complessità
   • Viene utilizzato il software Cisco Packet Tracer per testare quanto proposto e progettato
3. Smart Home
   • Viene proposta la realizzazione di semplici tutorial di Smart Home tramite l’implementazione su Cisco Packet Tracer
4. Particle console e comandi IoT
   • Viene utilizzato il microcontrollore Photon dell’azienda Particle per implementare i quattro comandi principali di comunicazione online
   • Viene implementato sia il protocollo CoAP (trasparente e immediato) sia il MQTT (richiede l’installazione di una libreria e ne viene guidato l’uso)
5. Particle Webhook
   • Viene proposto un esempio per l’esportazione dei dati fuori dal mondo Particle, in particolare viene mostrato come storicizzare i dati di un sensore su un foglio Google
6. Appendice sull’utilizzo di un foglio di calcolo per l’analisi di dato
   • Viene proposta un’analisi di dati open source tramite filtri e tabelle pivot, in modo che anche il mondo dell’elaborazione dati non sia del tutto oscuro
7. Appendice su PC e microcontrollori: hardware, registri, ATMega

• Vengono proposti esercizi per comprendere come sono costruiti i vecchi microcontrollori e come elaborano le informazioni. Purtroppo i microcontrollori odierni basati su tecnologia ARM (come il Particle Photon) sono decisamente più complessi e non sono affrontati

11. Segnali canonici e loro parametri
    • La sezione di analisi analogica parte con la conoscenza dei segnali in uso: impulso, gradino, esponenziale, sinusoide
12. Numeri complessi

• I numeri complessi, con la loro natura bidimensionale, sono fondamentali per il proseguimento dell’analisi teorica

13. Trasformata di Laplace
    • Introduzione al dominio di Laplace e alla relazione tra frequenza e tempo
    • Antitrasformazione eseguita tramite software online di intelligenza artificiale Wolfram Alpha
14. Funzioni di trasferimento
    • Conoscenza matematica specifica dei poli, degli zeri e del guadagno statico
15. Risposta in frequenza
    • L’aspetto portante dell’analisi dei sistemi e il motivo per il quale si affronta la trasformata di Laplace
16. Diagrammi di Bode
    • La vecchia modalità manuale di calcolo dei parametri delle funzioni di trasferimento. Oggi superato dalle moderne tecniche di calcolo numerico, rimane utile agli studenti come strumento grafico di consapevolezza e visualizzazione di quanto succede in un circuito
17. Filtri
    • Analisi e progetto di filtri attivi e passivi a singolo polo, visti come applicazione pratica dei diagrammi di Bode e dell’analisi di segnale