STUDIO E REALIZZAZIONE DI UN NODO SENSORE PER LA MISURAZIONE DI PESO PER L’ANALISI DEL TRASPORTO DEI SEDIMENTI SULLE DUNE COSTIERE

The objective of the thesis work is to design and realize a sensor for the measurement of the weight, with a high level of precision, necessary for the analysis of sediment transport on coastal dunes. The monitoring is carried out thanks to a “sand trap”, a structure already realized by Earth Science Department of Pisa. This object is a cylinder partly open that allows to continuously collect inside it the transported sand, through a weather vane on his top that guides the opening depending on the wind direction. To determine the amount of material inside it, the weight is measured through the sensor. For the acquisition of the parameters, the microcontroller used is the ATtiny84, programmable with the Arduino platform. A load cell is used to measure the force applied on the bottom plate of the trap: this is a transducer that exploits the mechanical deformation that the weight exerts on the component to return an electrical voltage to the output. Finally, a LoRaWAN communication system for data transmission is integrated. Since the differential electrical signal produced by the load cell is in the order of mV, a signal amplification system will be needed. The thesis work starts from the choice of the load cell and the design of the amplification system considered most suitable, in order to minimize the error and maximize its accuracy. Then the microcontroller will be programmed and the sensor mode in the trap physically implemented. We will proceed last with the test measurements, to verify the precision of the device realized.

Il lavoro di tesi si pone l’obiettivo di progettare e realizzare un sensore per la misurazione del peso, con elevato livello di precisione, necessario per il monitoraggio del fenomeno di erosione delle dune costiere. Lo studio del trasporto dei sedimenti avviene grazie ad una “trappola per la sabbia”, una struttura già realizzata dal Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa. Questo oggetto è un cilindro semiaperto che permette di raccogliere continuativamente al suo interno la sabbia trasportata, grazie ad una banderuola sulla sua sommità che orienta l’apertura in funzione della direzione del vento. Per stabilire la quantità di materiale al suo interno, viene misurato il peso tramite il sensore. Per l’acquisizione dei parametri il microcontrollore utilizzato è l’ATtiny84, programmabile tramite piattaforma Arduino. Viene utilizzata una cella di carico per misurare la forza applicata sul piatto inferiore della trappola: questa è un trasduttore che sfrutta la deformazione meccanica che il peso esercita sul componente per restituire in uscita una tensione elettrica. Infine, viene integrato un sistema di comunicazione LoRaWAN per la trasmissione dei dati. Poiché il segnale elettrico differenziale prodotto dalla cella è nell’ordine dei mV, sarà necessario un sistema di amplificazione del segnale. Il lavoro di tesi parte dalla scelta della cella di carico e dalla progettazione del sistema di amplificazione ritenuti più adatti, in modo da ridurre al minimo l’errore e massimizzarne la precisione. Successivamente verrà programmato il microcontrollore e implementato fisicamente il nodo sensore nella trappola. Si procederà da ultimo con le misurazioni di prova, per verificare l’efficacia e la precisione del dispositivo realizzato.