Mezzi trasmissivi domotica

Viviamo in un mondo costantemente interconnesso, dove tutto tende ad essere più efficiente grazie al costante scambio di informazioni tra persone, strutture, macchinari, mezzi di trasporto ed il resto del mondo.
Per quanto riguarda i sistemi di Home Automation, esistono molte soluzioni che possono differenziarsi tra loro principalmente per filosofia aziendale, versatilità, funzionalità ed estetica, ma quello che li contraddistingue alla base, è il modo in cui è stato progettato il loro sistema di comunicazione, con diversi protocolli di comunicazione e mezzi trasmissivi.
Lo scopo di questa mini serie di articoli è quella di trattare i principali mezzi trasmissivi e protocolli di comunicazione, applicati al campo dell’Home Automation.
hom automation
Nell’articolo ‘Home Automation: Vivi meglio, fallo per Mario’, è stato introdotto il concetto di Home Automation, ed abbiamo visto un possibile scenario di applicazione prendendo come esempio un frangente della vita di Mario.
In sintesi, un sistema di domotica può essere composto da diversi moduli, ognuno dei quali deve poter comunicare con gli altri moduli e/o con il sistema centrale, che a sua volta deve essere capace di comunicare con il mondo esterno.

Lo scopo del mezzo trasmissivo è quello di trasportare le informazioni da un host all’altro, permettendo così l’instaurazione di un canale di comunicazione.
Negli anni sono stati messi a punto molte varianti di mezzi trasmissivi, che possono essere suddivisi principalmente in due gruppi:

  1. Mezzi trasmissivi guidati, in cui le informazioni passano attraverso un mezzo fisico di trasmissione (Es. cavo di rame, fibra ottica, etc.)
  2. Mezzi trasmissivi non guidati, in cui le informazioni vengono trasferite senza un mezzo fisico di trasmissione (Es. onde radio, laser, etc.)

In questo articolo vedremo quali sono i principali mezzi trasmissivi guidati, descrivendone le principali caratteristiche.

Alcuni dei mezzi trasmissivi che elencheremo qui di seguito, nonostante ad un primo approccio potrebbero sembrare simili ad altri, presentano delle sostanziali differenze che in base al campo di applicazione e ad eventuali limiti progettuali, rendono quello che potrebbe essere considerato come un mezzo trasmissivo sottovalutato, un’ottima scelta.

Mezzi Guidati

Twisted pairs

Immagine 1 - Twisted Pairs
Immagine 1 – Twisted Pairs

Si tratta del più semplice dei mezzi trasmissivi guidati, che utilizza generalmente una coppia di cavi in rame ritorti, utilizzati per la trasmissione di informazioni su un canale di comunicazione.
Le coppie di cavi vengono intrecciati tra loro attraverso un processo di binatura, procedura necessaria per far si che eventuali interferenze elettromagnetiche esterne, possano interferire sui conduttori allo stesso modo.
Il doppino può essere composto da una singola coppia, oppure da una treccia composta da un determinato numero di coppie.
Questa categoria di cavi intrecciati, sono noti come Unshielded Twisted Pair (UTP) e vengono generalmente utilizzati per il cablaggio di reti LAN aziendali.
In una treccia formata da coppie multiple, ogni coppia presenta un passo di binatura diverso, in modo da ridurre il più possibile il fenomeno di diafonia tra le coppie vicine.
Esistono alcuni cavi schermati, dove tra la guaina e la treccia, è presente un nastro metallico che avvolge i doppini, dando la possibilità di essere collegato a massa.
Molti sistemi di domotica utilizzano questa tipologia di cavi per la creazione di una rete a bus, utilizzata dalle periferiche per la comunicazione.
Esistono diversi standard di cavi bus, che possono variare in base alla casa produttrice e al campo di utilizzo.
Pro:

  1. Molto versatile, trova largo impiego in molti campi;
  2. Costo di installazione e manutenzione relativamente basso.

Contro:

  1. Sensibile alle interferenze elettromagnetiche, il che può essere problematico nel caso in cui durante la fase di installazione non si dovesse tenere conto di alcune variabili.

Cavo coassiale

Immagine 2 - Cavo coassiale
Immagine 2 – Cavo coassiale

Il cavo coassiale è uno dei mezzi trasmissivi fisici più utilizzati per la trasmissione di segnali digitali e analogici, soprattutto nell’ambito dell’automazione industriale.
Il cavo coassiale è composto da un cavo conduttore in rame, circondato da un materiale isolante, che a sua volta è contenuto all’interno di una calza di materiale conduttore, protetto da una guaina in gomma.
Questo particolare cavo, pemette di avere sia una buona larghezza di banda che un’ottima schermatura da eventuali disturbi ed interferenze elettromagnetiche.
In commercio è possibile trovare diverse tipologie di cavi coassiali, ognuna progettata con determinati parametri che lo rendono ottimale per un’applicazione specifica.
Nella scelta di un cavo coassiale, tra i parametri da considerare assolutamente c’è quello della perdita del segnale lungo il percorso, dipendente dalla composizione del cavo stesso, cioè: dal materiale e la sezione del conduttore e dal tipo di materiale del dielettrico utilizzato.
Pro:

  1. Trova largo impiego in molti campi;
  2. Non richiede particolari procedure di installazione;
  3. La calza di materiale conduttore rende ottimale la schermatura.

Contro:

  1. Ogni applicazione necessita di un cavo coassiale che rispecchi determinati parametri;
  2. Costo maggiore rispetto al doppino ritorto.

Fibra Ottica

Immagine 3 - Fibra ottica
Immagine 3

La fibra ottica è un mezzo trasmissivo particolare, che nonostante sia nato molti anni fa, sta riuscendo a rivoluzionare il mondo delle comunicazioni soltanto negli ultimi anni, prendendo il sopravvento sugli altri sistemi.
Sostanzialmente si tratta di un sistema che permette il trasferimento di dati attraverso dei segnali luminosi.
Le fibre ottiche sono progettate in maniera analoga a quella dei cavi coassiali, infatti sono composte da un nucleo in fibra di vetro, ricoperto da un rivestimento secondario sempre in vetro e da una pellicola protettiva in plastica.

Gli elementi principali di un sistema di comunicazione ottica sono:

  1. Un trasmettitore
  2. Un mezzo di propagazione
  3. Un ricevitore

Il trasmettitore traduce in impulsi luminosi le informazioni da inviare al ricevitore, che si propagano attraverso una fibra di vetro collegata fino al ricevitore
Il ricevitore provvederà a decifrare ogni impulso ottico ricevuto in un impulso elettrico, ricostruendo così l’informazione inizialmente inviata dal trasmettitore.
A differenza del collegamento su doppino che è di tipo bidirezionale, quello su fibra ottica è di tipo monodirezionale. Di conseguenza per ottenere una comunicazione ottica di tipo bidirezionale, è indispensabile affiancare due fibre, oppure separare le comunicazioni in banda su una sola fibra.
Come è possibile immaginare, la fibra ottica ha una larghezza di banda nettamente maggiore rispetto ad altri mezzi trasmissivi operanti su materiali conduttori.
Grazie al basso livello di attenuazione del segnale, è possibile distanziare maggiormente gli eventuali ripetitori e/o amplificatori rispetto ad esempio ad un doppino ritorto (50 Km VS 5 Km).
Pro:

  1. Trattandosi di un mezzo trasmissivo di tipo ottico, la fibra non ha problemi di interferenze elettromagnetiche o di mancanza di alimentazione;
  2. Altissima velocità di trasferimento delle informazioni;
  3. Alto grado di versatilità.

Contro:

  1. Costo di installazione non indifferente, dato anche dall’alto costo degli strumenti necessari all’installazione della fibra.

Potete trovare informazioni tecniche ed esempi di impiego della fibra ottica, su questo numero speciale di Fare Elettronica.
https://farelettronica.it/web/fibre-ottiche/

Onde convogliate [Power line]

Immagine 4 - Power line
Immagine 4 – Power line

Consiste in un sistema di comunicazione che come mezzo trasmissivo sfrutta i cavi conduttori in rame già presenti in una rete di alimentazione elettrica, evitando in questo modo il cablaggio di una linea dedicata per lo scambio di informazioni.
Il funzionamento si basa sulla sovrapposizione al trasporto di corrente elettrica a bassa frequenza in una determinata rete di alimentazione, con un segnale con una frequenza più alta e modulato dall’informazione da trasmettere.
Tramite un sistema dedicato al filtraggio e separazione degli intervalli di frequenze utilizzate, è possibile ottenere la separazione dei due tipi di corrente.
I comandi vengono inviati sulla rete elettrica e raccolti dalle utenze interessate attraverso un codice di indirizzamento univoco.
Questa tecnologia trasmissiva trova largo impiego in molti campi, come ad esempio nella fornitura di corrente elettrica per comunicare da remoto con i contatori, ma anche per lo scambio di informazioni con i treni in marcia e l’instaurazione di una rete WAN in alcune zone non facilmente raggiungibili tramite altri mezzi.
Negli anni sono nate anche delle soluzioni modulari di Home Automation, che non necessitano di nessun cablaggio, se non quello della rete di alimentazione stessa.
Si tratta di sistemi installabili con una semplicità disarmante, dato che le utenze da gestire sono collegate in parallelo sulla stessa linea di comunicazione/alimentazione.
Pro:

  1. Installazione semplificata, che non richiede un cablaggio dedicato, ottimizzando costi e tempo di installazione;
  2. Tecnologia ottimale per molti campi.

Contro:

  1. Molto sensibile alle interferenze elettromagnetiche, il che rende indispensabile l’installazione di un filtro di linea.
  2. Velocità di trasmissione relativamente bassa rispetto ad altri mezzi, il che comporta l’esclusione dal sistema di alcune periferiche che necessiterebbero di una determinata tipologia di connessione.

Nel prossimo articolo vedremo quali sono i mezzi trasmissivi non guidati, tra cui troveremo anche il Li-Fi, una tecnologia all’avanguardia capace di far sognare.

Bibliografia immagini:
Immagine 1: https://it.wikipedia.org/wiki/Unshielded_Twisted_Pair
Immagine 3: https://www.thinglink.com/scene/697716674928836609
Immagine 4: https://edgetalk.net/932-2/
Ivan Scordato