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Lezione 1




Facoltà di Ingegneria

Corso di Elettronica per l'Ambiente

Macera Antonio (797107)

 

Lezione 1 (24-04-2007)

Con il termine "Sistema Elettronico per l'ambiente" si definisce, a livello internazionale, un "Sistema Complesso". Il Sistema Complesso è l'insieme degli apparecchi elettronici progettati per:GestioneProtezionecontrollo dei processi che riguardano il sistema ambiente. Tali sistemi assumono un'importanza crescente nell'economia di un paese come l'Italia. Negli ultimi anni, in seguito al processo di globalizzazione a livello mondiale (manodopera e merci possono circolare liberamente), il lavoro si è diviso a livello internazionale: Alcuni Paesi hanno investito molte risorse umane nella ricerca al fine di sviluppare tecnologie avanzate puntando sul "valore aggiunto" costituito da: informazionebrevetti conoscenza (es. produzione di chip per computer)ottenendo grandi vantaggi nel settore e garantendo produzioni molto redditizie.Altri paesi, principalmente quelli in via di sviluppo, in cui il costo del lavoro è basso e le normative sulla tutela dei lavoratori sono carenti, sono diventati una sorta di attrattiva per i capitali provenienti dai paesi industrializzati, divenendo i centri per la produzione industriale, su larga scala, di sistemi elettronici con basso livello tecnologico (tecnologie ormai standardizzate).In questo contesto di profonda divisione dei compiti relativi alla produzione, a livello mondiale, l'Italia si colloca esattamente nel mezzo: il nostro paese è rimasto indietro nella ricerca di sistemi elettronici ad alto livello tecnologico (altri paesi hanno investito molto di più in questo settore); mentre per quanto riguarda il costo del lavoro, questo non è paragonabile a quello dei paesi in via di sviluppo, come la China, dove si concentrano le produzioni elettroniche a livello industriale. Si può quindi affermare che l'Italia si colloca in una terza classe di Paesi i quali portano la loro attenzione sulla gestione di sistemi ad alto livello tecnologico. Tale scelta, va sottolineato, porta ad un valore aggiunto neutro: non consente lo sviluppo del paese né per quanto riguarda la ricerca tecnologica e né per la produzione.Tuttavia, per realizzare "valore aggiunto", l'Italia potrebbe adottare una strategia mirata allo sviluppo della "progettazione" di sistemi complessi, i quali siano unici nel loro genere. Un esempio di tale settore può essere la realizzazione di una rete di distribuzione del segnale televisivo in Italia, la quale, non può essere riprodotta in milioni di copie centralizzando così la produzione per via dell'unicità del problema, imposta dalle condizioni al contorno e dal sistema territoriale.Parola chiave di quanto detto è l'UNICITA' del prodotto che l'Italia è riuscita già a valorizzare in alcuni settori strategici dell'economia come l'abbigliamento. Per quanto riguarda l'elettronica si può sfruttare lo stesso concetto definito come COMPLESSITA' del sistema: in un sistema elettronico per l'ambiente, per la creazione di un valore aggiunto, sono le condizioni al contorno date dal territorio e dalle caratteristiche ambientali che definiscono l'unicità di del sistema.Un sistema elettronico può essere pensato come una rete di telecomunicazioni il cui scopo principale è il funzionamento.Nel corso della loro storia, i sistemi elettronici, sono stati visti nello stesso modo.Fino agli anni ottanta, con il termine sistema elettronico, si definiva una rete radiale con centri a stella i quali potevano essere connessi tra loro. Al centro delle reti radiali, venivano collocati i nodi intelligenti il cui scopo era quello di interagire e comandare gli altri elementi della rete collegati mediante linee fisiche (un valido esempio è la rete telefonica degli anni sessanta in cui i segnali erano commutati fisicamente nelle porte dei nodi).

Negli anni ottanta alcune delle tecnologie, che limitavano lo sviluppo di queste strutture, sono state superate. Con tecniche di realizzazione a basso costo dei nodi, si sono creati i presupposti per lo sviluppo degli attuali sistemi elettronici. Ora si pensa ad una rete di comunicazione realizzata con qualsiasi tecnologia e geometria a maglia, formata da tutti nodi intelligenti. Proprio il fatto che tutti i nodi siano intelligenti costituisce la proprietà principale che caratterizza le reti a maglia. In queste reti, la commutazione tra nodi, non è più fisica, ovvero, non è necessario creare un collegamento fisico dedicato per la comunicazione punto-punto. Si utilizza il concetto di "indirizzamento", che ha portato alla nascita di reti che possono essere espandibili nelle loro dimensioni, creando la possibilità dello sviluppo di internet a livello di massa.

la figura rappresenta una rete con nodi e rami rappresentati da un cerchietto e da una retta intera 

La comunicazione punto-punto giovato dell'introduzione della struttura a maglia, inoltre, il fatto che ogni nodo sia intelligente e la conoscenza del carico e degli indirizzi della rete, ha aperto prospettive impensabili prima. Poiché ogni nodo intelligente, mediante l'utilizzo di opportuni software e algoritmi di ottimizzazione a supporto della conoscenza del carico dei rami, è possibile calcolare il percorso migliore per l'indirizzamento di pacchetti associando ai vari rami un fattore peso. Ciò è possibile considerando come beneficio l'ottimizzazione dell'utilizzazione massima della rete. Da queste applicazioni scaturiscono svariate applicazioni pratiche che spaziano da internet al calcolo del percorso da parte di un sistema di navigazione satellitare.

L'architettura a maglia di un sistema elettronico prescinde dalle dimensioni fisiche del sistema stesso. Si usano schemi a maglia per la progettazione di apparati con dimensioni molto diverse come, per esempio, la piastra di un computer (con la comunicazione tra i vari hardware), un singolo chip, oppure, la rete di diffusione del segnale televisivo su vasta area.

Un esempio di sistema elettronico complesso per l'ambiente è costituito dai SEED SENSORS (sensori seme). Questi sensori sono utilizzati per il controllo di una vasta area naturale in termini di incendi, temperatura, inquinamento. I sensori sono distribuiti su tutto il territorio da controllare e consentano di rilevare grandezze di interesse da cui, mediante un'opportuna interpretazione ed elaborazione, è possibile prendere decisioni adeguate per fronteggiare determinati fenomeni in esame. Tale tecnica è utilizzata dove nascono problemi tecnici nella realizzazione di sistemi di controllo centralizzato.I Seed Sensors hanno grandi potenzialità. Per esempio, possono essere diffusi a milioni, da un aereo, sull'area da controllare consentendo così un monitoraggio ambientale con grande risoluzione spaziale. Fisicamente, sono dei chip, costituiti per lo più da silicio (Si e SiO2), quindi non inquinanti, su cui sono integrati: una cella solare, una riserva di energia sotto forma di grosso condensatore, un trasmettitore, transistors e sensori. Il sensore trasmette i dati ad una stazione (satellite), relevati alla grandezza da osservare, quando viene superata una certa soglia reimpostata. I dati a questo punto vengono elaborati da un centro che gli ri-invia ad opportuni nodi adibiti all'interazione con l'ambiente (es. protezione civile nel caso di incendi). Sia i sensori, sia i nodi di ricezione, sia i nodi di interazione esterna fanno parte di una rete a maglie che sta alla base degli attuali sistemi elettronici.

 

 

 

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