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Visita Guidata - Tecnologia portatile


1. Sistema per l'acquisizione dei dati

Con la definizione "tecnologia RTL portatile" intendiamo qui sistemi di acquisizione dati in tempo reale compatti e portatili che possono essere usati con calcolatrici grafiche o personal computers. Questi sistemi poco costosi, versatili e molto diffusi offrono la possibilita' di far eseguire in modo rapido ed efficiente semplici esperimenti a molti studenti in parallelo, che  lavorano controllando l'apparato in modo individuale (o condividendolo in piccoli gruppi), ma consentono anche all'insegnante di condurre efficaci dimostrazioni dalla cattedra.
L'accesso immediato agli strumenti matematici per l'elaborazione dei dati permette infine agli studenti di compiere analisi anche  sofisticate dei risultati delle misurazioni come naturale completamento dell'esperimento condotto.

sensore

data-logger
(interfaccia)

calcolatrice
grafica


Elementi del sistema:

  1. sensore - per interagire con l'ambiente.
  2. data-logger (interfaccia) - per e memorizzare l'informazione.
  3. calcolatrice grafica - per mostrare ed analizzare i dati raccolti.
  4. altro hardware e software - per controllare la raccolta, la trasmissione, la memorizzazione e l'analisi dei dati.

I sensori misurano le grandezze fisiche obbedendo ai comandi inviati dalla calcolatrice tramite l'interfaccia. Le misure possono essere di tensione, corrente, suono, campo magnetico, luce, distanza, forza e tante altre. Il valore misurato per ognuna di queste grandezze viene convertito in un segnale di tensione che viene registrato nell'interfaccia e ivi rielaborato se necessario (ad esempio possono venire calcolate le derivate temporali) e poi trasmesso dall'interfaccia alla calcolatrice quando richiesto. nella calcolatrice sono permanentemente memorizzati semplici programmi per il controllo dell'interfaccia che consentono allo studente di analizzare i dati raccolti e di tracciarne i grafici. In tal modo lo studente apprende con facilita' le sequenze caratteristiche utilizzate dai moderni sistemi digitali di acquisizione dati (calibrazione, scelta dei parametri di campionamento, intervallo di misura) e i piu' comuni metodi di analisi numerica (interpolazione, statistica, calcolo degli errori, rappresentazioni grafiche,...)


2. Procedura di acquisizione

  1. caricare nella calcolatrice grafica il software per acquisizione , ed lanciarlo.
  2. scegliere i sensori e connetterli alla interfaccia.
  3. scegliere i parametri per il campionamento .
  4. raccogliere e memorizzare i dati.

Prima di iniziare l'esperimento si deve trasferire da un PC alla calcolatrice grafica un programma per il controllo dell'interfaccia, usando il cavo GraphLink ed il software TI-Connect (o GraphLink). L'analisi dei dati puo' iniziare appena e' finita l'acquisizione, o puo' essere rimandata ad un momento successivo. La procedura di acquisizione e' la stessa per tutti gli esperimenti descritti in LEPLA .



Calcolatrici grafiche TI.
Le calcolatrici grafiche utilizzate in LEPLA sono di due tipi:

  1. TI84 o TI84 Plus, TI-83 Plus o TI-83SE, TI-83.
  2. TI-89 o TI-89 Titanium, Voyager2000, TI-92plus.

I due tipi hanno diversi Sistemi Operativi ed usano diversi software applicativi, ma le loro prestazioni e modo di operare sono assai simili.  Una guida dettagliata per l'uso delle calcolatrici grafiche TI e' inclusa in ogni modulo LEPLA.

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Altro hardware.
Ci sono modi diversi di connettere la calcolatrice con il PC per la trasmissione dati:

  1. cavo GraphLink argento – tramite porta USB.
  2. cavo GraphLink grigio – tramite porta seriale (per PC e MAC).
  3. cavo GraphLink nero – tramite porta seriale (solo per PC).
  4. cavo USB diretto, solo per le nuove calcolatrici TI84.

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Interfacce (CBL, CBL2, LabPro, CBR o CBR2).
L'interfaccia converte i segnali analogici in segnali digitali.  CBL, CBL2 e LabPro sono molto simili, ed intercambiabili nella maggior parte dei casi. Differiscono in costo e prestazioni.

  1. CBL (Caculator Based Laboratory) non piu'; commercializzato da Texas Instruments ma assai diffuso in laboratori didattici. Ha risoluzione di 10 bit, 3 ingressi analogici, 1 porta sonic ,visore LCD , 1 In/Out Digitale, non ha memoria FLASH.
  2. CBL2 sostituisce CBL1, prodotto da Texas Instruments. Ha risoluzione di 10 bit, 3 ingressi analogici, 1 porta sonic, 1 In/Out Digitale, memoria FLASH, non ha visore LCD .
  3. LabPro prodotto da Vernier Software. Ha risoluzione di 12 bit, 4 ingressi analogici, 2 porte sonic , 1 In/Out Digitale, memoria FLASH, non ha visore LCD .
  4. CBR2 sostituisce CBR (Calculator Based Ranger) e' una interfaccia inclusa in uno speciale sensore di distanza ad ultrasuoni.

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Sensori.
Tensione, corrente, suono, campo magnetico, posizione, velocita' accelerazione, pressione, forza, luce , temperatura  e molte altre grandezze fisiche possono essere registrate usando gli appositi sensori. Tutti i sensori sono pre-calibrati, ma possono essere ricalibrati dall'utente attraverso una semplice taratura a due punti.
La maggior parte dei sensori usati negli esperimenti dei moduli LEPLA sono sonde analogiche lineari .
Tutti i sensori prodotti da Vernier Software possono essere usati negli esperimenti LEPLA, ma si possono usare molti altri sensori analogici lineari (purche' venga fornita la calibrazione appropriata).
Alcuni sensori sono digitali, come il Sonar (sensore di distanza) e vanno collegati all'ingresso digitale (porta SONIC) di  CBL/LabPro.

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Software per calcolatrici grafiche o per PC
Sono disponibili tre tipi di software per acquisizione:

  1. Singole applicazioni dedicate ad un esperimento, scritte da utenti (gratuitamente reperibili in Internet).
  2. Applicativi universali (freeware): Vernier Physics, DataMate, Ranger, Science.
  3. Software commerciale: LoggerPro (per interfaccia LabPro utilizzata con PC).

I pacchetti di software di comunicazione per trasferire dati tra PC e calcolatrici TI sono vari: GraphLink, TI-Connect, TI-Interactive, Vernier Graphical Analysis, LoggerPro.

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