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Come costruire un sismografo con Arduino

Utilizzando Arduino, con una spesa di poche decine di euro, possiamo divertirci a costruire della strumentazione geologica. In questo post, ad esempio, vedremo come costruire un sismografo.

Tuttavia si tratta di un prototipo perciò i risultati ottenuti con esso vanno presi con senso critico.

sismografo-arduino
Sismografo costruito con Arduino

Che cosa è Arduino

Arduino é, come viene detto nel sito ufficiale: “una piattaforma elettronica open source basata su hardware e software facili da usare”. Le schede elettroniche Arduino sono molto piccole ed economiche, ma estremamente versatili.

Si possono usare per controllare le luci di casa, far funzionare un robot, lanciare un razzo amatoriale, realizzare complessi strumenti scientifici e mille altre cose. Essenzialmente una scheda Arduino è un elaboratore che legge un input e restituisce un output; ognuno di noi può programmarlo usano l’Arduino Programing Language e l’Arduino Software (IDE).

La piattaforma Arduino è stata ideata e sviluppata in data 2003 da alcuni membri dell’Interaction Design Institute di Ivrea (il nome della piattaforma deriva da quello del bar di Ivrea frequentato dai fondatori del progetto, nome che richiama a sua volta quello di Arduino d’Ivrea, Re d’Italia nel 1002.).

Col passare degli anni migliaia di persone in tutto il mondo hanno scelto Arduino per realizzare i propri progetti. Questi ultimi hanno trovato posto nella casa di hobbisti, negli studi di professionisti e in molte scuole, dove Arduino può diventare una grande risorsa didattica.

Sia il software che gli schemi hardware di Arduino sono distribuiti con licenza copyleft, anche se il nome e il logo sono registrati, quindi terzi ne possono usufruire gratuitamente per creare prodotti propri.

Accelerometro MPU-6050 (GY-521)

Il cuore del nostro sismografo è il modulo GY-521 monta il sensore MPU-6050 che contiene un giroscopio e un accelerometro.

Fornisce misurazioni precise in quanto ha un convertitore digitale a 16 bit per ciascun canale e cattura allo stesso tempo x, y e z. Il sensore usa un bus I2C per comunicare con Arduino.

Accelerometro MPU-6050 (GY-521)
Accelerometro MPU-6050 (GY-521)

Costruzione del sismografo: gli strumenti necessari

Gli elementi necessari per assemblare il sismografo sono:

  • Accelerometro MPU-6050 (GY-521)
  • Scheda ELEGOO Uno R3
  • Cavetti jumper per eseguire i collegamenti
  • Breadboard
  • Chip principale: MPU-6050
  • Modalità di comunicazione: protocollo di comunicazione IIC standard
  • Convertitore AD 16 bit integrato con chip, uscita dati a 16 bit
  • Gamma di giroscopi: +/- 250 500 1000 2000 gradi / sec
  • Intervallo di accelerazione: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g
  • NUOVO MIGLIORAMENTO: Stampa più chiara sui connettori femmina, il che li rende più precisi e più facili da usare.
  • Ora ELEGOO R3 Scheda utilizza il chip aggiornato invece dell’ ATMega8U2. E’ quindi più veloce nel trasferimento e ha più memoria.
  • È compatibile al 100% con la versione ufficiale di Arduino.
  • È il tuo aiutante a godersi la creazione pratica.
  • Noi abbiamo sempre cura dell’esperienza dei nostri clienti per migliorare i dettagli delle caratteristiche dei nostri prodotti.
  • Sono imballati in una sacchetto di busta.
  • I cavetti possono essere collegati fra loro per ottenere la lunghezza che serve.
  • Materiale: alluminio rivestito di rame. Lunghezza di ogni dupont wire: circa 20cm /8-inch.
  • Noi abbiamo sempre cura dell’esperienza dei nostri clienti per migliorare i dettagli delle caratteristiche dei nostri prodotti.
  • Sono inclusi nella confezione: 1x 40-pin cavetti jumper da maschio a femmina, 1x 40-pin cavetti jumper da maschio a maschio, 1x40-pin cavetti jumper da femmina a femmina.
  • ✅ Una potente mini breadboard, per tutte le esigenze di prototipazione in cui gli ambienti siano ristretti, e si voglia creare delle strutture risparmiando anche spazio.
  • ✅ Le nostre basette di prototipazione sono costruite in maniera accurata, i cavetti jumper sono facili da inserire e resistono a lungo senza perdere il contatto.
  • ✅ Una basetta di prototipazione con 830 contatti per la creazione rapida ed affidabile di circuiti elettronici.
  • ✅ Il prodotto ideale per qualsiasi esigenza in termini di prove, test, prototipi; il kit ideale da usare in laboratorio, nell'industria, all'università, a scuola, come pure per i vostri pogetti di hobbistica e modellismo.
  • ✅ Questo prodotto include un E-Book che fornisce informazioni utili su come avviare il vostro progetto. Permette un'installazione rapida e fa risparmiare tempo durante il processo di configurazione. Include una serie di esempi di applicazioni, guide complete per l'installazione e librerie.

Ai fini di questo progetto, io ho usato l’Elegoo Starter Kit Advanced, al cui interno – oltre agli strumenti sopra elencati (tranne l’accelerometro, che va comprato separatamente) – si possono trovare led, resistenze, un piccolo monitor ( e tanto altro) che saranno utili per le modifiche future al nostro sismografo.

  • Starter Kit con PDF tutorial in Italiano Gratis (più di 22 lezioni)
  • Il modo più economico di iniziare a Programmare per tutti I principianti che sono interessati.
  • LCD1602 modulo con connettori (Non c’è bisogno di saldarli).
  • I kit di avviamento inclusi: 5V Relay, modulo di alimentazione, servomotore, batteria 9V con DC, scheda di espansione prototipo ecc ...

Infine, uno strumento molto importate è il saldatore a stagno che ci permetterà di saldare i pin del pettine all’accelerometro.

  • Un kit di saldatura per molte applicazioni: contiene tutti gli strumenti necessari per progetti di saldatura, fai da te, riparazioni di elettrodomestici, saldature di circuiti stampati, creazione di gioielli e molte altre applicazioni
  • Componenti di alta qualità con sicurezza – Saldatore di alta qualità, supporto e tutti gli altri accessori; saldatore con regolazione di temperatura (200 ℃ – 450 ℃), 5 punte intercambiabili, tappo per punta resistente al calore e impugnatura ergonomica per la massima protezione.
  • Accessori inclusi: il kit contiene più di 15 accessori come pompa dissaldante/aspirapolvere, filo di stagno in tubo, pinzette, mini spelafili, mini cacciaviti, mini PCB per prototipazione rapida, guaine termoretraibili e molto altro ancora.
  • Custodia resistente e comoda per il trasporto: i vari strumenti vengono forniti in una custodia resistente in poliuretano, facile da trasportare e da portare ovunque con voi.
  • Soddisfazione garantita - Ogni acquisto è assicurato dalla garanzia di 30 giorni di rimborso o sostituzione del costruttore e dall'assistenza a vita, per garantire la massima soddisfazione dei nostri clienti.

I collegamenti del nostro sismografo

Una volta saldati i pin al sensore, non ci resta che collegare quest’ultimo alla scheda:

AccelerometroArduino
VCC3.3V
GNDGND
SCLA5
SDAA4
sismografo-arduino
Schema grafico dei collegamenti

Il software del nostro sismografo

Una volta eseguiti i collegamenti, passiamo al lato programmazione.

Innanzitutto scarichiamo ed installiamo il seguente software:

Carichiamo le librerie i2cdevlib.h e MGU6050.h all’interno della cartella delle librerie di Arduino che troviamo nel nostro disco rigido.

A questo punto testiamo se i collegamenti sono stati fatti in maniera corretta; carichiamo il file scanner.ino (che possiamo trovare qui) e nella finestra del monitor seriale dovremmo leggere questo messaggio:

Se uscirà questo messaggio:

I2C Scanner
Scanning…
I2C device found at address 0x68 !
done

è tutto OK! Mentre se uscirà questo messaggio:

Scanning…
No I2C device found

Il codice, per rilevare e visualizzare le tracce X- Y- Z e che va caricato nella scheda, è scaricabile da qui.

Per verificare la bontà di un file .ino dobbiamo cliccare sul segno di spunta posto sotto il menù file, mentre per caricarlo nella scheda dobbiamo cliccare sulla freccia destra posta accanto al segno di spunta.

schermata-arduino
Schermata dell’IDE Arduino

Per vedere in real-time le tracce mentre vengono rilevate, apriamo il Plotter Seriale che si trova nel menù Strumenti del’IDE ( o lo richiamiamo con la combinazione di tasti CTRL+Maiusc+L).

Tracce rilevate con il nostro sismografo.

Aggiornamenti del sismografo

In questo paragrafo vengono riportati tutti gli aggiornamenti che verranno fatti, nel corso del tempo, al sismografo. E’ un paragrafo molto importante, quindi tienilo d’occhio! 🙂

Primo aggiornamento
Secondo aggiornamento

37 Comments

  1. eugenio ha detto:

    Ciao Antonio
    Ho creato il mio sismografo e funziona molto bene. volevo sapere se fosse possibile registrare il dato per poi analizzare i dati
    grazie mille
    Eugenio

    • Antonio Nirta ha detto:

      Ciao Eugenio! Bene, mi fa piacere che il sismografo funzioni!
      Si, possiamo registrare i dati rilevati dal sismografo. Sto cercando di inserire un modulo reader/writer per carte SD, in modo da registrare i dati su file e quindi successivamente elaborarli.
      Ovviamente posterò tutti i risultati che otterrò in modo da tenervi aggiornati.

      Antonio

      • Daniele ha detto:

        Ciao Antonio.
        Secondo te, tenendo ovviamente conto della magnitudo, fino a che distanza (più o meno…) si possono rilevare i terremoti con questo sismografo??

        • Antonio Nirta ha detto:

          Ciao Daniele. Il sensore non è abbastanza sensibile per rilevare terremoti a distanze molto elevate (extra-continentali); bensì rileva molto bene i sismi a distanze medio-alte.

          • Daniele ha detto:

            Ciao Antonio e grazie mille per avermi risposto!! Dunque diciamo, rileverebbe terremoti a livello “italiano-europeo”…giusto?? 🙂

          • Antonio Nirta ha detto:

            Esattamente

          • Daniele ha detto:

            Dimenticavo: nella confezione dell’Elegoo Advanced Starter Kit, non sembra ci sia l’accellerometro…o almeno io non lo vedo proprio. Comunque fa nulla…lo comprerò a parte e poi tanto ha un costo irrisorio… 😀

          • Antonio Nirta ha detto:

            No, l’accellerometro non si trova nella confezione di Elegoo Advanced Starter Kit. Infatti si deve acquistare separatamente. Nel post trovi il link, sotto forma di anteprima, per acquistarlo su Amazon: costa veramente poco!
            Ricordati di munirti, se ne sei sprovvisto, del saldatore (anche di questo trovi il link amazon all’interno del post) per saldare a stagno i contatti dell’accelerometro.

            Antonio

    • Raffaele ha detto:

      Ciao, mi chiedevo se fosse possibile fare in modo di emettere un segnale nel caso si verifichi un terremoto, e come distinguere un terremoto da una qualsiasi altro tipo di vibrazione. Grazie.

      • Antonio Nirta ha detto:

        Ciao Raffaele! Si può emettere un segnale sia con LED che con Buzzer. Io sto lavorando alla soluzione con Buzzer, oltre che aggiungere un lettore per SD card per poter registrare i segnali.

  2. michele ha detto:

    su amazon ho trovato diversi tipi di Elegoo Starter Kit Advanced quale mi consigli ?
    grazie

    • Antonio Nirta ha detto:

      Ciao Michele! Si, esistono diversi Starter Kit di Elegoo: il link Amazon del kit che ho usato io lo trovi già dentro il post; basta che ci clicchi su e procedi con l’acquisto! Ti allego comunque un’immagine per essere più chiaro possibile.
      PS: L’accelerometro non è compreso nello Starter Kit, quindi lo devi acquistare separatamente. Anche per questo trovi il link Amazon dentro il post, quindi per acquistarlo vale lo stesso procedimento.

  3. michele ha detto:

    susa antonio non trovo il link per l’accelerometro.
    grazie

    • Antonio Nirta ha detto:

      Il link dell’accelerometro, che è sotto forma di anteprima prodotto, lo trovi appena sotto la lista dei strumenti necessari. Ti allego schermata.
      null

  4. roberto finocchi ha detto:

    Ciao
    ho acquistato il sensore Accelerometro MPU-6050 (GY-521) e questo fine settimana provo a montare il tutto e vedere come funziona. La mia domanda è questa: secondo te è possibile costruire un tromino per misure di H/V oppure uno strumento per fare delle prove masw?
    grazie della risposta
    roberto

  5. Federico ha detto:

    Ciao,ottimo progetto.Gradirei sapere,un arduino comune lo si puo’ usare normalmente?Poi chi avverte le scosse l’accellerometro MP6050.Grazie.

  6. david ha detto:

    salve. non riesco nè a scaricare le librerie necessarie nè a caricarle..una piccola guida?? grazie in anticipo

  7. aldo ha detto:

    Buongiorno. Vedo che l’articolo è di un anno fa. Quindi è stato possibile rilevare gli ultimi fenomeni italiani con questo strumento? Tanti anni fa NuovaElettronica aveva pubblicato un sismografo e consigliava di confrontare le sue letture con quelle pubblicate da fonti governative.

  8. Francesco Bennati ha detto:

    Salve, avrei bisogno di sapere se al posto dell’accelerometro fosse possibile collegare direttamente una bobina di mia fabbricazione, se si in quali porte? grazie in anticipo

    • Antonio Nirta ha detto:

      Ciao! Che caratteristiche ha la bobina?

      • Francesco Bennati ha detto:

        Ciao! La bobina fa parte della testina di scrittura dell’hard disk, si muove sopra un magnete al neodimio, che lavora con un pendolo con massa inerziale. L’idea era fabbricarne una migliore dato che questa emette una tensione molto bassa. In questi giorni lho collegata ad un amplificatore stereo, per musica, collegando l’uscita cuffie al pc. Utilizzo seismowin poiche permette di acquisire dati dalla scheda audio del pc. Così facendo però ottengo rumore di fondo che oscura scosse di magnitudo inferiore a 2.5 sopra i 100 km di distanza, e sono limitato a un solo canale/asse di acquisizione. Come potrei migliorare il progetto? Arduino è la prima cosa che mi è venuta in mente data la sua versatilità alle varie applicazioni. grazie

  9. girolamo ha detto:

    Ciao, avevo già in mente questo progetto ed ho trovato molto utile il tuo contributo, sono poco pratico di codice e sto approfittando in questo lockdown covid per imparare qualcosina, ho montato la gy521 su breadboard, e mi funziona bene, vorrei passare dal dato grezzo ai valori di g, potresti darmi qualche dritta?
    grazie

  10. Giuseppe Silipigni ha detto:

    Buongiorno, desideravo sapere se tra la scheda arduino e l’accelerometro si possono usare dei cavi di lunghezza X o se i quattro fili devono essere il più corti possibile?.
    Grazie.
    Giuseppe.

  11. andrea ha detto:

    Ciao Antonio, si può usare una scheda UNO Rev3 CH340?

  12. Pietro ha detto:

    Ciao, avevo una domanda … la sensibilità del accelerometro è abbastanza per captare dei piccoli sismi?
    Se no, la sensibilità può essere cambiata?
    Perché ho visto le caratteristiche tecniche e c’era scritto che ha diverse sensibilità, sia del giroscopio che del accelerometro.
    Grazie mille in anticipo

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