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Fumare digitale: logica ed elettronica della e-cigAGOSTINO GIORGIO E MICHELE GUERRALaboratorio di Elettronica dei Sistemi e delle Applicazioni Digitali, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione, Politecnico di

Bari

tagli interessanti circa la composizione del liquido che viene evaporato, utilizzato nelle sigarette elettroniche. Infine viene anche proposta una breve panoramica dei principali modelli di sigaretta elettronica presenti sul mercato.

Nella sezione III si accenna ad aspetti più squisitamente medico-salutistici mettendo a confronto due linee di pensiero

sul fumo digitale.Nella sezione IV si studia la logica di controllo che ge-

stisce il funzionamento della sigaretta elettronica con una variante rispetto alla logica implementata nei modelli com-merciali di e-cig, ovvero il controllo di fine sigaretta. Tale variante è stata introdotta dagli autori e ha il vantaggio di consentire un controllo più fine ed efficace sulla quantità di nicotina assunta.

Infine, nella sezione V, vengono illustrati il modello logico circuitale utilizzato per simulare il funzionamento della e-cig e i risultati delle relative simulazioni eseguite, cui seguono considerazioni conclusive (sezione VI).

L’obiettivo di questo articolo è di proporre uno studio sul funzionamento della sigaretta elettronica da un punto di vista tecnico ed ingegneristico, accennando anche ad aspetti medi-ci tuttora controversi. Chiariti i principi di funzionamento, lo studio viene condotto tramite un modello logico e circuitale appositamente sviluppato dagli autori con l’introduzione di un metodo per il controllo fine della quantità di nicotina inalata. Il principio di funziona-mento viene adeguatamente simulato tramite questo modello con la possibilità, quindi, di ottimizzare in futuro il progetto e la realiz-zazione della e-cig in versioni più evolute di quelle attualmente in commercio.

1 . INTRODUZIONE

Il recente sviluppo del mercato del-la sigaretta elettronica, spesso nota come e-cig, come possibile, benché parziale, soluzione agli effetti colla-terali della dipendenza da nicotina,

effetti legati all’inalazione di sostanze alta-mente cancerogene, induce ad approfondi-menti sia medici (inerenti la reale innocuità della e-cig) sia tecnici, per lo sviluppo di pro-dotti sempre meno nocivi e sempre più efficaci per chi decide di adottare la e-cig come metodo alternativo alla sigaretta tradizionale per l’assunzione controllata di nicotina.

Pertanto in questo articolo viene descritto il funzionamen-to della sigaretta elettronica, con particolare riferimento alla logica di controllo implementata, tramite simulazioni esegui-te utilizzando un modello circuitale digitale opportunamente sviluppato dagli autori.

Allo scopo, nella sezione II vengono analizzati la strut-tura e i componenti della sigaretta elettronica e il principio di funzionamento, evidenziandone le differenze sostanziali rispetto alla sigaretta classica. Vengono anche proposti det-

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3. DANNI DA FUMO ELETTRONICO

Nella sigaretta tradizionale a causa della combustione l’u-tente inala più di 4.000 sostanze chimiche, di cui almeno 80 sono cancerogene come: monossido di carbonio, catrame, nicotina, ammoniaca, arsenico, polonio 210 e molte altre, se-condo l’International Agency for Research into Cancer [6].

Nella e-cig non c’è combustione ma viene prodotto vapore composto principalmente da sostanze apparentemente non nocive per la salute, che sono:

● Glicole Propilenico (PG): è un liquido incolore, insa-pore, umettante, igroscopico, ha proprietà batteriostatiche e si conserva per molti anni senza alterazioni. La proprietà del glicole propilenico è di esaltare l’hit della nicotina.

● Glicerina Vegetale (VG): è un liquido incolore, denso, viscoso, dolciastro, umettante, igroscopico. La glicerina ve-getale è la sostanza del liquido che conferisce la fumosità.

● Acqua: costituisce il 10% circa del liquido vaporizzato.● Nicotina: questa sostanza pur non necessaria per la cre-

azione del fumo, si rivela importante perché presente nelle sigarette, e crea un certo livello di dipendenza a basse con-centrazioni.

● Aromi: sono comuni aromi alimentari, usati nell’industria dolciaria e di cibi e servono per dare il sapore al liquido. Si aroma-tizza il liquido in genere nell’ordi-ne del 3-10%.

Sui danni provocati dal fumo digitale la comunità scientifica è divisa in due gruppi nettamente distinti.

C’è chi è favorevole al fumo elettronico, come l’oncologo Um-berto Veronesi direttore dell’Isti-tuto Europeo di Oncologia (IEO), che sostiene [7] che il liquido im-

2. LA SIGARETTA ELETTRONICA: GENERALITÀ

La diffusione delle sigarette elettroniche è un fenomeno molto recente anche se l’idea tecnica risale a diversi decenni addietro. Infatti già nel 1963 l’americano Herbert A. Gilbert deposita il primo brevetto [1]. Tuttavia il contributo alla na-scita della e-cig, così come la conosciamo oggi, si deve a Hon Lik che nel 2003 brevettò un modello di e-cig con tec-nologia ad ultrasuoni [2].

Attualmente la maggior parte delle sigarette elettroniche ha abbandonato questo sistema a favore di quello basato sull’uso del vaporizzatore. Il brevetto cinese è stato tuttavia d’impulso per lo sviluppo di dispositivi progettati e attual-mente in commercio per soddisfare tutte le esigenze dei fu-matori [3].

A differenza della sigaretta tradizionale, la sigaretta elet-tronica ha una struttura modulare composta da sette compo-nenti principali [4]: Beccuccio (Nozzle), Vaporizzatore, Ato-mizzatore o Riscaldatore (Atomizer), Cartuccia contenente il Liquido (e-Liquid Cartridge), Sensore di flusso d’aria (Pres-sure Sensor), Microcontrollore (Microcontroller), Batteria a Litio (Lithium Battery) e indicatore a LED (LED Indicator) come si può vedere in figura 1.

La differenza principale tra la sigaretta tradizionale e quel-la elettronica risiede nel fatto che in quest’ultima non c’è combustione.

Infatti il principio di funzionamento su cui si basa la si-garetta elettronica è quello di riscaldare il liquido contenuto nella cartuccia per la produzione di vapore quando l’utente inala. Il vaporizzatore è la parte del dispositivo preposta alla vaporizzazione del liquido che viene reso così inalabile. Il funzionamento del vaporizzatore richiede una sorgente di alimentazione per riscaldare il liquido fino al punto di eva-porazione e per questo è necessario l’utilizzo di una batteria nel corpo della e-cig.

Le sigarette elettroniche presenti sul mercato possono es-sere classificate in tre categorie principali secondo il tipo di batteria e/o la loro forma, schematizzate in tabella 1.

Fig. 1 - Componenti della sigaretta elettronica

Tabella 1: Caratteristiche principali e-cig per ogni categoria

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a sua volta, invia un segnale che va a pilotare un interruttore elettronico che chiudendosi permette alla batteria di erogare energia alla resistenza situata nel vaporizzatore e, contem-poraneamente, va ad attivare l’indicatore a LED. In questo caso, la sigaretta elettronica si trova in modalità “on” [9].

Il segnale in uscita dal sensore di temperatura viene inviato all’unità di controllo che, nel caso di temperature troppo ele-vate, apre l’interruttore elettronico in modo tale da interrom-pere la corrente che scorre nella resistenza (cut-off).

La logica di controllo presente nella sigaretta elettronica che è implementata dall’unità di controllo può essere sche-

piegato nella sigaretta elettronica è costituito da sostanze non nocive per la salute e da nicotina che è responsabile della dipendenza psicologica e fi sica ma non è cancerogena e man-tenere piccole dosi può servire per evitare le crisi di astinenza nel forte fumatore e impedire il ritorno al tabacco.

Dunque, la sigaretta elettronica appare come una forma in-telligente di riduzione dei danni da tabagismo perché simula il fumo ma non contiene tabacco: i fumatori trovano il pia-cere gestuale ed i benefi ci di una graduale riduzione della di-pendenza da nicotina, senza correre rischi letali per la salute.

C’è chi, invece, per il fumo elettronico è assolutamente contrario, come Silvio Garattini, direttore dell’Istituto di ri-cerche farmacologiche Mario Negri. Egli afferma che [8] in primo luogo non esistono dati controllati con test scientifi ci adeguati che permettano di stabilire se la sigaretta elettronica sia in grado, in quale misura e per quanto tempo, di disintos-sicare dall’abuso del tabacco. In secondo luogo non esistono dati per i vari tipi di sigaretta elettronica. In alcuni casi, infat-ti, queste sigarette liberano nicotina; ma in altri casi si utiliz-zano sostanze chimiche (aromi) che danno la sensazione di aspirare menta, vaniglia, fragola o altro. In terzo luogo, non vi sono studi che attestino la sicurezza dei prodotti impiegati, incluso lo studio di eventuali danni a lungo termine.

In conclusione il dibattito medico sulla sicurezza delle si-garette elettroniche è tutt’altro che concluso. Come si è visto in precedenza risultati parziali, dati non conclusivi e studi ancora in corso dovranno stabilire se la sigaretta elettronica si può usare con assoluta tranquillità e se è la candidata ide-ale per chi vuole smettere di fumare le sigarette tradizionali. Va comunque riconosciuto alla sigaretta elettronica il merito di far rifl ettere milioni di tabagisti sui pericoli che si corrono con le sigarette tradizionali.

Anche se gli esperti non sono unanimi sulla innocuità della e-cig, è certo che la sigaretta tradizionale è dannosa per la salute per via delle numerose sostanze cancerogene risultan-ti dalla combustione, mentre nella e-cig vi sono comunque poche sostanze chimiche che vengono inalate dal fumatore.

4. STUDIO E PROGETTO DELLA E-CIG

Entrando nel dettaglio tecnico-ingegneristico e facendo ri-ferimento allo schema a blocchi in Figura 2 viene di seguito descritto il funzionamento della e-cig.

La batteria alimenta il sensore di fl usso d’aria, l’unità di controllo e il vaporizzatore. I segnali che sono gestiti dall’u-nità di controllo sono evidenziati attraverso frecce tratteggia-te mentre il sensore di temperatura è alimentato dall’unità di controllo.

Quando l’utente non inala, il sensore di fl usso d’aria non rileva alcuna variazione di pressione e pertanto non è pro-dotto alcun segnale all’uscita del sensore. In tal caso l’unità di controllo non attiva né il vaporizzatore né il LED, in altre parole la sigaretta elettronica si trova in modalità “standby”.

Viceversa, quando l’utente inala, il sensore di fl usso d’a-ria rileva una differenza di pressione e conseguentemente invia un segnale all’unità di controllo. L’unità di controllo,

Fig. 2 - Schema a blocchi funzionale della e-cig

Fig. 3 - Flow chart del funzionamento logico della e-cig

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Una delle incognite nell’utilizzo della sigaretta elettronica è capire a quanti tiri corrisponde una sigaretta classica in ter-mini di quantità di nicotina assunta.

Senza questo tipo di controllo può accadere che l’utente fumando digitale si ritrovi ad assumere più nicotina rispetto alla sigaretta classica. Chiaramente questo rischio dipende innanzitutto dalla concentrazione di nicotina che si trova nel liquido presente all’interno della cartuccia o nel serbatoio della e-cig che può essere di 24 mg, 18 mg, 16 mg, 12 mg, 8 mg, e 4 mg, ma dipende anche dalla quantità di liquido consumato in una sessione di fumo digitale, e questo non è attualmente controllabile in modo fine; c’è una notifica solo quando il liquido si è esaurito.

Occorre, quindi, effettuare delle stime statistiche sul con-sumo di nicotina ed implementare un meccanismo di con-trollo fine che dia segnali di avvertimento all’utente.

Si può ragionevolmente stimare che in media il numero tiri corrispondenti ad una sigaretta normale va da 5 a 10 a seconda della concentrazione di nicotina.

Quando si ricarica una cartuccia, poi, bisogna sapere quan-ta nicotina c’è nel liquido per capire a quante sigarette tradi-zionali corrisponde una data quantità di liquido consumato. Dal rapporto dell’Istituto Superiore di Sanità si evince che in un flacone commerciale di liquido per e-cig da 10 ml, da 24 mg di nicotina, sono contenuti 240 mg di nicotina.

Ad esempio, una sigaretta Marlboro Red contiene ap-prossimativamente 1,2 mg di nicotina e di conseguenza un pacchetto intero 24 mg. A un millilitro di liquido per e-cig equivalgono circa 20 gocce; usando un flacone da 24 mg di nicotina, ci sarebbero 1,2 mg di nicotina per goccia. In sostanza bisogna dividere la concentrazione di nicotina per 20 gocce: tre gocce nella cartuccia o direttamente nel vapo-rizzatore corrispondono ad un consumo medio di 3,6 mg di nicotina, quanto tre Marlboro Red. Quindi, in conclusione, facendo riferimento all’esempio sopra citato, con una ricari-ca da 24 mg, ovvero il tenore di una Marlboro Rossa con 1,2 mg di nicotina per ogni sigaretta, si ha che:

● Una goccia di liquido equivale a una sigaretta tradizionale.

● La tacca a un millilitro equivale a circa 7 siga-rette tradizionali.

● Tre millilitri di ricarica corrispondono a circa un pacchetto di sigarette tradizionali.

Queste proporzioni teoricamente consentirebbe-ro di controllare la quantità di nicotina inalata, ma solo dopo aver esaurito la cartuccia: non vi è modo di quantificare con esattezza la quantità di liquido sva-porato prima che si esaurisca.

Inoltre, bisogna tener conto che l’assorbimento di nicotina non è totale e dipende da vari fattori quali: il sistema di vaporizzazione della sigaretta elettronica, la frequenza e la durata con cui si fuma e quanto pro-fondamente si inala [10].

Sulla base delle considerazioni esposte, è stato im-plementato dagli autori il controllo di fine sigaretta nella logica di controllo della e-cig [11], ovvero la

matizzata attraverso il diagramma di flusso di Figura 3.Quando l’unità di controllo rileva un livello di carica del-

la batteria basso, solitamente sotto il 10% rispetto a quello nominale, invia un segnale che va a pilotare il segnalatore a LED facendolo lampeggiare in modo da avvisare l’utente che la batteria è scarica e che deve essere ricaricata.

Viceversa, se il livello di carica della batteria è alto, l’unità di controllo attende che l’utente inali per attivare il normale funzionamento della e-cig (vaporizzazione del liquido pre-sente nella cartuccia). In questo caso la sigaretta elettronica si trova in modalità standby.

Nell’ipotesi che il livello di carica della batteria sia alto e che l’utente aspiri (inali), la condizione “Inhalation” è vera e, di conseguenza, l’unità di controllo compie una seconda verifica sulla temperatura attraverso il sensore presente nel vaporizzatore.

Se la temperatura rilevata è pari a quella limite di rottura indicata con TBreak, oltre la quale si potrebbe compromette-re in maniera irreversibile l’elemento riscaldante, l’unità di controllo provvede ad aprire l’interruttore elettronico se è chiuso oppure lo mantiene aperto (Switch off) e nello stesso istante invia un segnale al LED di notifica in modo da avvisa-re l’utente attraverso una serie di lampeggi della interruzione del funzionamento della e-cig per temperatura troppo elevata al vaporizzatore. Il controllo termico viene ripetuto ciclica-mente. Questa operazione risulta essere importante per pre-venire la rottura dell’elemento riscaldante, fondamentale per il funzionamento della e-cig stessa.

Quando la temperatura rilevata è minore di quella di rottu-ra TBreak e l’utente aspira, l’unità di controllo chiude l’inter-ruttore elettronico (Switch on) per attivare sia la resistenza (coil) presente nel vaporizzatore, che si occupa di riscaldare il liquido che deve essere inalato dall’utente, sia il LED di notifica, per simulare con un effetto luminoso la combustio-ne che avviene in una sigaretta tradizionale. In questo caso la sigaretta elettronica passa dalla modalità “standby” alla modalità “on”.

Tabella II – Tabella della verità della e-cig

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Le variabili d’ingresso e di uscita sono messe in relazione attraverso la tabella della verità della e-cig (Tabella II) in modo da ottenere le funzioni boolea-ne che formalizzano il funzionamento della e-cig. La sintesi di queste funzioni ci consente di ottenere il corrispondente modello circuitale.

Per implementare il controllo di fine sigaretta sono stati utilizzati degli elementi di memoria in modo da eseguire il conteggio del numero di tiri e del tempo di funzionamento.

La Figura 5 mostra lo schema logico della e-cig con il controllo combinato sia sul numero di tiri rea-lizzati da parte dell’utente che nel tempo:

Il modello circuitale oggetto delle simulazioni è costituito da un dip switch S1, un demultiplexer, due timer 555, un interruttore pilotato in tensione S2, due SR Latch, un Decoder BCD, un display a 7 segmenti, tre contatori asincroni modulo 16 U1 e U2, un LED bicolore rosso-verde e infine da alcune porte logiche e componenti analogici.

Il dip switch S1 è costituito da tre interruttori incapsulati in un singolo contenitore, ed è utilizzato per generare le com-binazioni delle variabili di ingresso relative allo stato della batteria, all’esecuzione o meno della inalazione e alla tem-peratura del vaporizzatore rispetto alla soglia critica.

Il circuito logico è composto da quattro blocchi funzionali che racchiudono al loro interno dei circuiti più complessi:

● Demux_2TO4● 555 Astabile_1● 555 Astabile_2● Decoder BCD

Il blocco Demux_2TO4 si occupa di gestire i warning del-la sigaretta elettronica attraverso il LED, inerenti alla batteria scarica e alla temperatura del riscaldatore, quando maggiore rispetto a quella di rottura.

I blocchi 555 Astabile_1 e 555 Astable_2 sono utilizza-ti per generare delle onde quadre che sono utilizzate per le segnalazioni attraverso il LED di funzionamento, ed infine il blocco Decoder BCD si occupa di gestire il display a 7 segmenti.

Il conteggio del tempo di on (accensione) della e-cig par-te dalla prima inalazione effettuata dall’utente ed è affidata ad un contatore asincrono modulo 16 di tipo up, attraverso un’associazione del conteggio nel tempo con il conteggio de-gli impulsi che sono forniti dal generatore di clock V2, come mostrato in Fig. 5.

Il periodo dell’onda quadra di V2 viene dimensionato in modo tale che in corrispondenza del sedicesimo impulso di clock sia trascorso un tempo pari a quello che occorre per fumare una sigaretta classica. Nel nostro caso, è stato dimen-sionato il periodo del generatore di clock V2 in modo che al sedicesimo impulso di clock sia trascorso un intervallo di tempo pari a 3 minuti:

f = 88mHz →T = 1/0.088Hz = 11,36 sec. ⇒ T × 16 ≈ 180 sec.

possibilità di comunicare all’utente quando ha assunto una quantità di nicotina all’incirca pari a quella che avrebbe as-sunto con una sigaretta tradizionale. L’importanza di questo contributo è nel consentire un controllo fine sulla quantità di nicotina assunta, una delle questioni più importanti da af-frontare se si vuol utilizzare l’e-cig al fine di ridurre la dipen-denza ed il danno da tabacco [12].

I criteri adottati per implementare il controllo di fine e-cig sono:

● Controllo del numeri di tiri effettuati dall’utente● Controllo del tempo trascorso dalla prima inalazioneEntrambi i criteri sono stati implementati sia singolarmen-

te sia in forma correlata.

5 . MODELLO E RISULTATO DELLE SIMULAZIONI DEL FUNZIONAMENTO LOGICO DELLA E-CIG

Il metodo di controllo di fine e-cig introdotto dagli autori è stato implementato in un modello logico e successivamen-te in un modello circuitale digitale, con l’obiettivo di verifi-carne il corretto funzionamento con l’ausilio di simulazioni circuitali.

Le azioni gestite dalla logica di controllo si possono così schematizzare:

● Durante l’inalazione è attivata l’alimentazione e il LED di segnalazione (verde)

● Se la batteria è scarica vengono emessi 5 lampeggi da parte del LED di segnalazione (verde)

● Se T > TBreak viene interrotta l’alimentazione e attivato il LED di segnalazione (rosso)

● Se sono effettuati dieci tiri, oppure trascorrono tre mi-nuti dalla prima inalazione, viene interrotta l’alimentazione e sono emessi tre lampeggi da parte del LED di segnalazione (verde)

Sulla base di queste specifiche sono state definite le varia-bili di ingresso e uscita del modello, come si vede in Figura 4.

Fig. 4 - Variabili di ingresso e uscita del modello della e-cig

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le funzionamento della e-cig. In tal caso, l’interruttore S2 si chiude e attiva il LED verde

per tutta la durata del tiro e, nello stesso istante, il contatore asincrono U1 conta il primo impulso di clock con il display che si porta da 0 a 1, e viene attivato il contatore asincrono U3, in quanto sull’ingresso S del SR Latch1 arriva un livel-lo logico alto che porta l’uscita Q ad un valore alto, mentre l’uscita Q’ viene portata da un livello alto al livello basso. Quando l’utente effettua il decimo tiro e il tempo trascorso dalla prima inalazione è minore di tre minuti, l’uscita della porta AND3 si porta ad un livello logico alto e di conseguen-za anche l’uscita della porta OR si porta ad un livello logico alto che viene sfruttata sia per resettare il contatore asincro-no U1 che si occupa del conteggio dei tiri, che per resettare il contatore asincrono U3 che si occupa del conteggio del tempo attraverso l’SR Latch1, in quanto il valore logico alto sull’ingresso R produce un’uscita Q’ a valore logico alto. Inoltre, dato che il livello logico alto proveniente dalla porta OR ha una durata molto breve, viene utilizzato un SR Latch2 che si occupa di memorizzare il livello dell’uscita: in tal caso l’uscita Q del SR Latch2 passa da un valore logico basso ad uno alto e viene utilizzata sia per alimentare il blocco 555 Astabile_2, che si occupa della notifica attraverso il LED verde, sia di attivare il contatore asincrono U4 in quanto in questa situazione l’uscita della porta NOT viene a trovarsi ad un livello logico basso.

Dopo in intervallo di tempo pari a 32 secondi, durante il quale avviene la segnalazione relativa al controllo di fine sigaretta, l’uscita dalla porta AND5 si porta un livello lo-gico alto che viene mandato sull’ingresso R del SR Latch2

Avviata la simulazione, quando gli interruttori del dip switch S1 che simulano le variabili di ingresso relative a bat-teria, inalazione e temperatura sono aperti, la e-cig si trova in modalità standby.

In questo caso il contatore asincrono U3, che si occupa del conteggio del tempo trascorso dalla prima inalazione da par-te dell’utente, e il contatore asincrono U4, che si occupa di mantenere attivo il warning di fine sigaretta, sono disabilitati. Infatti, come si vede in Figura 5, l’uscita Q’ del SR Latch1 che si trova al livello alto, viene collegata agli ingressi di reset del contatore U3 in modo che esso risulti disabilitato.

In modo analogo, anche U4 risulta essere disabilitato quando l’uscita della porta OR che si trova ad un livello lo-gico basso viene collegata all’ingresso S del SR Latch2, per cui la sua uscita Q, che si trova a livello logico basso, viene collegata in ingresso alla porta NOT e l’uscita corrisponden-te, che si trova ad un livello logico alto, viene collegata sugli ingressi di reset del contatore asincrono U4.

Quando l’interruttore relativo alla variabile della batteria è chiuso, si ottengono da parte del LED verde una serie di cinque lampeggi per la notifica di batteria scarica e questo avviene indipendentemente dallo stato delle altre variabili.

Quando l’interruttore relativo alla batteria è aperto mentre gli interruttori relativi a inalazione e temperatura sono chiusi, si accende il LED rosso allo scopo di notificare all’utente che la temperatura ha raggiunto il limite di rottura del riscalda-tore.

Quando, invece, gli interruttori del dip switch S1 relativi alle variabili batteria e temperatura sono aperti, mentre quel-lo dell’inalazione è chiuso, si ottiene la condizione di norma-

Fig. 5 - Modello circuitale della e-cig con controllo combinato sul numero di tiri e sul tempo di on della e-cig

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anche il contatore U1, che si occupa del conteggio dei tiri. In Fig. 7 si può osservare che in corrispondenza del deci-

mo tiro l’uscita Q del SR Latch2 si porta dal valore logico basso ad alto, che consente di attivare il contatore asincrono U4 che mantiene attiva la segnalazione (warning) di fine si-garetta per circa trenta secondi, durante cui si hanno varie serie di tre lampeggi da parte dell’indicatore a LED.

Alla stessa maniera delle simulazioni fin qui descritte, sono state eseguite con il modello sviluppatp anche le simu-lazioni relative al funzionamento della e-cig assumendo che il warning di fine sigaretta si produca quando il computo del tempo di accensione raggiunge una soglia prefissata, benchè si siano conteggiati un numero di tiri minore di dieci.

Anche in queste simulazioni si è verificato un comporta-mento della e-cig corrispondente alle attese, a validazione del modello implementato.

6. CONCLUSIONI

In questo articolo sono stati presentati gli aspetti tecnico-ingegneristici caratterizzanti il funzionamento della sigaretta elettronica. Sono stati anche accennati aspetti strettamente medici del fumo digitale, inerenti i rischi per la salute da par-

in modo da portare l’uscita Q dal livello alto a basso e di conseguenza disabilitare sia il contatore asincrono U4 che il blocco 555 Asta-bile_2 in modo da riportarsi nuovamente in standby.

Viceversa, se l’utente effettua un numero di tiri minore di dieci e il tempo trascorso dalla prima ina-lazione risulta essere mag-giore di tre minuti, in uscita dalla porta AND4 si produ-ce un livello logico alto. Di conseguenza, anche l’uscita della porta OR è alta e viene sfruttata per resettare en-trambi i contatori asincroni U1 e U3 che si occupano del conteggio del numero di tiri e del tempo, rispettiva-mente.

L’uscita della OR viene memorizzata dal SR Latch2 e in tal caso la sua uscita Q si trova ad un valore logico alto e viene utilizzata sia per alimentare il blocco 555 Astabile_2, che si occupa della notifica attraverso il LED verde, sia di attivare il contatore asincrono U4 in quanto in questa situazione l’uscita della porta NOT viene a trovarsi ad un livello logico basso. Dopo un intervallo di tempo pari a 32 secondi, durante il quale avviene la segna-lazione relativa al controllo di fine sigaretta, l’uscita della porta AND5 si porta un livello logico alto che viene mandato sull’ingresso R del SR Latch2 in modo da portare l’uscita Q dal livello alto a basso e, di conseguenza, disabilitare sia il contatore asincrono U4 che il blocco 555 Astabile_2 in modo da riportarsi nuovamente in standby.

In Figura 6 e 7 sono mostrate le forme d’onda associate al warning notificato all’utente quando vengono effettuate dieci inalazioni in meno di tre minuti.

Quando l’utente inala per la prima volta, sull’ingresso S del SR Latch1 arriva un livello logico alto che porta l’uscita Q’ da un livello alto ad un livello basso come si vede in Fig. 6, in modo da attivare il contatore asincrono U3 che si occu-pa del conteggio del tempo trascorso dalla prima inalazione da parte dell’utente. Successivamente vengono effettuati ul-teriori tiri, e quando viene effettuato il decimo in meno di tre minuti, viene attivato il controllo di fine sigaretta legato al numero di tiri: in tal caso si può osservare che l’uscita Q’ del SR Latch1 si riporta ad un livello logico alto in modo da re-settare il contatore U3 e nello stesso momento viene resettato

Fig. 6 - Forme d’onda risultanti dalla simulazione durante il controllo di fine sigaretta derivante dal conteggio del numero di tiri

Fig. 7 - Forme d’onda risultanti dalla simulazione durante il controllo di fine sigaretta derivante dal conteggio tempo di on e numero di tiri

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te dei consumatori di e-cig.E’ stato quindi proposto un modello circuitale digitale utile

alla simulazione della e-cig ovvero al suo progetto, includen-do anche una novità introdotta dagli autori ovvero il control-lo di fine sigaretta, correlando i criteri di controllo del tempo di “on” della e-cig e del numero di tiri (inalazioni da parte dell’utente) nella logica di controllo che gestisce le opera-zioni nella sigaretta elettronica, basandoci sia sul numeri di tiri che in media occorre effettuare per assumere un livello di nicotina analogo a quello che si potrebbe assumere fumando una sigaretta tradizionale, sia sulle statistiche dei tempi di combustione di una sigaretta tradizionale.

L’esito delle simulazioni ha consentito di validare il mo-dello sviluppato, che potrà essere utile in futuro per perfezio-nare la tecnologia del fumo digitale.

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