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Laboratorio mobile

Il PC in valigia o Suitcase PC

L'idea di cimentarsi con il "case modding", la pratica di modificare il case di un computer, allo scopo di personalizzarne l'estetica, non è ne nuova ne originale. Già da anni si possono osservare in rete, foto di esemplari di case modificati o di oggetti vari, adattati allo scopo di accogliere la componentistica di un PC. Nel dicembre del 2006 mi sono cimentato nella realizzazione della prima versione della valigia PC, e lo scopo iniziale fu essenzialmente ludico, come quando si giocava con il plastico ferroviario.
Per la prima versione utilizzai materiale di recupero (scheda madre socket 462 e Athlon XP 1700+) e la cura per il dettaglio non fu una priorità.
Quello che consideravo alla stregua del "Questo l'ho fatto io" de "La settimana Enigmistica", ha manifestato da subito un inatteso risvolto lavorativo: la possibilità di poter agevolmente trasportare un PC dai costi contenuti, e dalle potenzialità non limitate come nel caso dei notebook.
Capita sovente che in alcuni interventi presso la sede del cliente, si avverta la mancanza del PC del laboratorio, vuoi per effettuare prove incrociate, vuoi per disporre di applicativi già installati o di maggior dotazione hardware.

Alcuni esempi:
  • Estrarre le email da un file dbx corrotto o avente dimensione prossima ai 2GB. Con la dotazione RAM del PC del cliente o anche di un buon portatile i tempi sarebbero molto lunghi.
  • Gestire l'infezione di un sistema in cui l'infezione stessa impedisce l'installazione dei tool di disinfezione. Una buona strada può esser rappresentata dalla rimozione dell'hard disk e dalla sua connessione ad un PC su cui sia già attivo e aggiornato un buon antivirus. Un adattatore USB non può competere con il collegamento diretto tramite cavo IDE o SATA.
Per questi ed altri motivi, con il passar del tempo, la componentistica hardware della valigia si è progressivamente evoluta dotandosi progressivamente
  • Scheda madre:
    • Asus P5N-E SLI
    • EVGA 680i
  • CPU:
    • Core2Duo E6320
    • Core2Quad Q8400
  • RAM:
    • Kit DDR2 Corsair Dominator 2x2GB
    • DDR2 Kingston 4x2GB
  • Sottosistema video:
    • ASUS V9999Ultra 256MB DDR3 (AGP)
    • GeForce 8600 GT 256MB x2 (SLI)
    • GeForce 9800 GT 512MB x2 (SLI)
    • GeForce 8600 GT 256MB @ Quadro FX 1700
    • XFX GTS 250 512MB x2 (SLI)
  • Hard disk:
    • WD Velociraptor WD3000HLFS
  • Alimentatore:
    • Coolermaster eXtreme PowerPlus 460W
    • AXP 750W
La scelta della valigia
L'aspetto vincolante nella scelta della valigia da modificare risiede nelle specifiche atx da un lato e da quanti componenti vogliamo alloggiare.
Supponiamo di aprire la valigia di fronte a noi.
Una disposizione "classica" della scheda madre nella valigia vede il lato con i connettori per la tastiera volto a sinistra.
Questo implica che la valigia, nel suo lato corto, deve avere una dimensione interna di almeno 305mm al fine di poter alloggiare una scheda madre in standard ATX.
Per quanto riguarda lo spessore della valigia abbiamo il vincolo costituito dalla alloggiabilità delle schede di espansione
Total dimensions:
  • Length = 7.0" / 17.7cm
  • Width = 4.25" / 10.7cm
  • Height = 2.25" / 5.7cm
Tenendo conto dell'ingombro della piastra su cui andranno avvitati i distanziali e l'altezza di questi ultimi, è bene che lo spessore della valigia non sia inferiore ai 15cm
Assolve lo scopo la comune valigia portautensili, reperibile presso i centri commerciali ed i negozi di fai da te.
Caratteristiche:
  • Dimensioni esterne: 465x335x165mm
  • Dimensioni interne: 450x320x155mm
Sempre dalle specifiche ATX 2.2, ulteriore aspetto critico è costituito dalla realizzazione dell'apertura del pannello posteriore della scheda madre.
Va dimensionato per alloggiare la "mascherina" fornita a corredo con la scheda madre, al fine di rendere la nostra valigia PC "compatibile" con lo standard ATX.
Dobbiamo quindi realizzare:
  • Alloggiamento per mascherina posteriore (fornita a corredo della scheda madre)
  • Aperture per periferiche di espansione (PCI, AGP, PCI-E …)
  • Fori (filettati) relativi al fissaggio della scheda madre (tramite distanziali)

La precisione richiesta per tale realizzazione fa preferire una strada alternativa: cannibalizzare da un case da dismettere sia il pannello su cui vengono avvitati i distanziali, sia la maschera posteriore su cui viene montato il back panel della "connector area"
Quest'ultima risulta talvolta difficoltosa da rimuovere in quanto fissata tramite punti di elettrosaldatura, o rivettata.
La soluzione più rapida consiste nell'utilizzo di trapano e una buona punta da metallo con diametro pari o leggermente superiore al punto di saldatura.
Ecco il risultato ottenuto nel mio caso.
Per quanto riguarda l'alloggiamento degli hard disk, la soluzione inziale vedeva l'adozione di piastre forate, angoli e bulloneria (stile Meccano). Questa soluzione
presenta alcuni inconvenienti: i bulloni tendono a svitarsi, lo spessore delle piastine è tale che le viti 6-32 o M3 hanno pochi filetti in presa, il peso degli elementi non è trascurabile, le combinazioni di fori sono limitate (tra floppy disk e hard disk). Per superare queste limitazioni ho studiato la soluzione adottata in alcuni case e l'ho adattata alle mie esigenze.
L'alloggiamento originale è realizzato a partire da lamiera di acciaio, forata e piegata.
Per la mia versione ho deciso di utilizzare lamiera di alluminio dello spessore di 0,5mm acquistata presso un punto vendita di una catena di grande distribuzione nel settore del bricolage.
Ho deciso di lasciare un po di spazio tra le varie periferiche di memorizzazione per evitare surriscaldamenti.
Attualmente mi sto dedicando alla nuova versione della valigia PC con l'intenzione di curarne anche l'estetica e la cura delle finiture.

Laboratorio mobile

Valigia-Monitor autocostruita

Scheda tecnica

  • Monitor LCD 17" 16:9
  • Interfaccia VGA
  • Raffreddato con 2 ventole alimentate via USB

Dotazione a corredo

  • 2 cavi alimentazione
  • 1 cavo VGA
  • 1 presa multipla filtrata
  • Mouse USB
  • Tastiera USB Slim

Selfmade Hardware

La costruzione di antenne Wi-Fi

A partire dal 2003, grazie anche all'introduzione della piattaforma Centrino, si è sempre più diffusa e affermata la tecnologia Wi-Fi. Dagli iniziali 11 Mb/s dello standard b, si è passati ai 54Mb/s del protocollo g e, da ultimo, ai 108 Mb/s del protocollo n.
A prescindere dalle velocità massime teoriche dei vari standard, quando si ha a che fare con questo tipo di onde radio, basta qualche muro per indebolire e attenuare l'intensità del segnale, compromettendo funzionalità e prestazioni.
Vediamo ora di comprendere meglio il funzionamento delle antenne in particolare quelle adatte ad operare alla frequenza del Wi-Fi ovvero 2.4 Ghz

L'antenna ha il compito di trasformare (trasdurre) il segnale elettrico proveniente dalla scheda di rete Wi-Fi in campo elettromagnetico (onde radio) e viceversa consentendo sia la ricezione che la trasmissione delle informazioni (i bit della nostra trasmissione)

Il termine "Antenna", originariamente, indicava una lunga pertica trasversa all'albero delle navi che reggeva la vela principale. Nel corso dei sui esperimenti con i segnali radio, Guglielmo Marconi utilizzo una struttura di forma simile ed utilizzo il termine marinaresco che oggi è maggiormente noto per il nuovo significato legato alle telecomunicazioni.
Le antenne, in quanto sorgente di energia elettromagnetica, possono venire classificate in tre grandi categorie: isotropa, omnidirezionale e direttiva.

La sorgente isotropa è una sorgente ideale in grado di trasmettere in tutte le direzioni, che non ha corrispettivo nelle antenne reali. Un esempio, nell'ambito dell'emissione di luce, è rappresentato dal Sole (o da una lampadina a bulbo) che irradia energia in maniera uniforme lungo tutte le direzioni

L'antenna omnidirezionale invece, irradia energia prevalentemente lungo un piano ortogonale al suo asse. Un esempio nell'ambito dell'emissione di luce, è rappresentato dal un tubo al neon rettilineo, che illumina in tutte le direzioni perpendicolari al suo asse.

Un'antenna direttiva o direzionale irradia lungo una direzione preferenziale

Come trasformare un'antenna omnidirezionale in un'antenna direttiva

Nei fanali dei veicoli, la lampadina viene posta nel fuoco di un paraboloide cromato. In questo modo tutta la radiazione luminosa videne riflessa verso un'unica direzione. Si ha pertanto una ridistribuzione dell'energia, che anziché disperdersi in tutte le direzioni verrà "convogliata" solo dove serve.
Lo stesso effetto lo si può ottenere inserendo l'antenna stilo dei nostri dispositivi Wi-Fi nel fuoco di un riflettore parabolico rivestito di materiale riflettente.

Basta stampare su cartoncino lo schema qui a fianco e ritagliare le due sezioni. Oltre a ritagliare lungo i profili, occorre praticare delle incisioni (indicate con il colore rosso). Le sei linguette della parte superiore andranno ad inserirsi poi nelle sei incisioni praticate nella parte inferiore. A quest'ultima andrà incollato su di un lato un foglio di alluminio. Ciò rappresenterà l'elemento riflettente a cui è deputato il compito di reindirizzare l'energia irradiata verso un'unica direzione.
Le due incisioni a croce invece consentiranno un agevole inserimento dell'antenna a stilo nel riflettore, come nell'immagine qui sotto.

Il riflettore parabolico ci da un'idea qualitativa di come ottenere un beneficio in una direzione in termini di intensità energetica. Per misurare questo beneficio occorre introdurre il concetto di "guadagno". Il guadagno di un'antenna è definito come il rapporto frala potenza irradiata dall'antenna nella direzione in esame e la potenza che irradierebbe un'antenna isotropa nella stessa direzione (se fosse alimentata con la stessa potenza). L'unità di misura del guadagno è adimensionale e viene espressa in decibel (dB)
L'antenna isotropa viene usata come antenna di riferimento per indicare il guadagno delle varie antenne in commercio. Per dare un esempio, la normale antenna a stilo fornita a corredo con le schede di rete Wi-Fi PCI ha un guadagno di 2.15dBi, dove la "i" indica il guadagno rispetto a quella isotropa.
L'aumento di guadagno di un'antenna in una direzione consente ad esempio, di poter stabilire una connessione stabile anche da una distanza maggiore.
Per l'equazione di Friis, la distanza massima tra le due antenne è proporzionale alla radice quadrata del prodotto dei guadagni delle due antenne. Nella pratica vale la relazione secondo cui all'aumento di guadagno di 6dB di un'antenna si ottiene un raddoppio del raggio del ponte radio.
Consideriamo ora, con un esempio, un altro aspetto legato alla velocità di trasmissione. Supponiamo di essere in un luogo affollato, se a causa del rumore di fondo, sono costretto ad alzare la voce, per continuare a farmi comprendere, devo parlare più lentamente. Per cui man mano che mi allontano il segnale si indebolisce ed anche la velocità di trasmissione si riduce di conseguenza.
L'adozione di antenne con guadagno superiore ha quindi un duplice scopo: aumentare la portata del ponte radio oppure consentire (a parità di distanza) velocità di trasmissione più elevate.
In commercio ci sono ottime antenne WLAN con guadagno elevato. Tuttavia il prezzo di queste antenne non le rende alla portata di tutti. Vediamo ora come autocostruirsi divesi tipi di antenne dal costo contenuto ma dal guadagno elevato.

Antenna a guida d'onda - guadagno 8-12dBi a seconda della qualità della realizzazione

Una delle più popolari e più semplici antenne da costruire è la cantenna (da "can", lattina in inglese) che sfrutta il principio della guida d'onda. sostanzialmente è costituita da un tubo chiuso ad un estremità in cui si inserisce ad opportuna distanza dal fondo un monopolo di opportuna dimensione
La più comune realizzazione vede l'utilizzo di un tubo di Pringles. La riflessione delle onde elettromagnetiche è ottenuta grazie allo strato di alluminio interno, tuttavia il diametro del tubo Pringles non risulta ottimale per operare nel campo di frequenze del Wi-Fi (2.4 GHz). Nel video a fianco sono descritte le fasi per realizzare una cantenna partendo da una lattina di birra in acciaio, da un litro.

Antenna Biquad - guadagno 11-12dBi

Un altro tipo di antenna molto diffusa e di cui si trovano innumerevoli guide online è la Biquad. Concettualmente è ottenuta deformando e raddoppiando un dipolo ripiegato sino a fargli assumere una forma quadrata. L'aggiunta di una superfice metallica da un lato raddoppia il guadagno nella direzione "libera". Dal punto di vista pratico richiede solo un paio di saldature in più rispetto alla semplice Cantenna. Personalmente preferisco la versione che riutilizza una "campana" da 10 CD. È una soluzione robusta che con un giro di colla a caldo, consente di poter utilizzare l'antenna anche all'esterno. In questa antenna si ha una diretta corrispondenza tra la sua dimensione e l'onda elettromagnetica su cui è sintonizzata: il perimetro di ciascun quadrato è pari alla lunghezza d'onda (12-13cm circa)

Antenna Yagi-Uda - guadagno 6-20dB a seconda del numero di elementi

Qualora si desideri ottenere un guadagno ed una direttività maggiori ci si può cimentare nella costruzione di una antenna Yagi-Uda. È un'antenna utilizzata diffusamente per la ricezione dei segnali televisivi UHF, che può anche venire dimensionata per operare nella banda di frequenze del Wi-Fi (2.4 GHz). E costituita da più elementi (di solito da 3 a 20). Nella configurazione standard abbiamo un riflettore, il dipolo (unico elemento alimentato) e uno o più direttori (elementi parassiti).
Il riflettore ha una lunghezza leggermente superiore a quella di mezza lunghezza d'onda ed ha lo scopo di impedire l'irraggiamento verso quel lato del dipolo ripiegato, dirottando l'energia verso la direzione opposta. I direttori opportunamente spaziati e dimensionati, grazie al fenomeno della mutua induzione, agiscono come una serie di diapason accordati e convogliano l'energia in un lobo di emissione molto lungo e stretto. Ogni elemento parassita, investito dal campo elettromagnetico generato dall'elemento precedente, reagisce per induzione e produce un campo elettrico variabile che a sua volta riemette energia sotto forma di onda elettromagnetica. Il campo elettrico è nullo al centro dell'elemento parassita, per cui l'asta di sostegno può anche essere di materiale conduttore senza richiedere l'isolamento elettrico dall'elemento parassita. Tanto più numerosi sono gli elementi tanto più l'energia sarà ridistribuita lungo la direzione dell'asta principale, "attratta" dai vari elementi parassiti.
Con una ventina di elementi si possono ottenere valori di guadagno pari a 18-20dB
Nel video a fianco sono mostrate le fasi di realizzazione di una antenna Yagi-Uda con 23 elementi, per le frequenze del Wi-Fi.

Antenna a parabola - guadagno 20-35dB in funzione del diametro

Per ottenere valori di guadagno maggiori è necessario ricorrere ad una antenna a parabola, in cui un grande piatto riflettente è in grado di concentrare il segnale sul fuoco. Nella tabella a lato, si può osservare l'incremento nel valore del guadagno in funzione del diametro della parabola. Per "convertire" una parabola satellitare alle frequenze del Wi-Fi è sufficiente sostituire l'illuminatore della parabola con una cantenna o una biquad.

N.B. La ricerca di un valore di guadagno sempre superiore deve però rispettare i limiti vigenti in termini di emissione EIRP.

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Morris Mazzoni - Tecnico e docente informatico in Bologna