Tesina su Arduino Open Source

Istituto D'Istruzione Tecnica e Professionale

Di Orvieto Barbini Federico

Anno Scolastico 2012/2013

Arduino Open Source

2012/2013

Indice:

 Arduino

 Origini

 Funzionamento

 Programmazione di uno Sketch

 Applicazioni pratiche:

 Trasduttore di Temperatura

 Cubo Led

 LED

 Boom Economico

 Pier Paolo Pasolini

 Robot Origini

Arduino è stato costruito nel 2005 dal prof. Massimo Banzi e nel giro di pochi anni è

divenuto un dispositivo molto venduto: nel 2008 già 50'000 esemplari erano stati

venduti. Arduino è un hardware che permette la progettazione rapida e

l'apprendimento veloce dei principi fondamentali dell'elettronica e

della programmazione. La piattaforma Arduino viene venduta in versione pre-

assemblata, acquistabile da internet o in negozi specializzati.

La particolarità del progetto è che le informazioni sull'hardware e

soprattutto i progetti sono disponibili per chiunque: si tratta quindi

di un hardware open source. In questo modo, chi lo desideri può

legalmente auto-costruirsi un clone di Arduino o derivarne una

versione modificata, scaricando gratuitamente lo schema elettrico e

l'elenco dei componenti elettronici necessari. Questa possibilità ha

consentito lo sviluppo di prodotti Arduino compatibili da parte di piccole e medie

aziende in tutto il mondo, e infatti oggi è possibile scegliere tra un'enorme quantità

di schede Arduino compatibili. Grazie alla base software comune, ideata dai creatori

del progetto, per tutti gli utilizzatori è stato possibile sviluppare programmi per

connettere a questo hardware molti tipi di oggetti elettronici: computer, sensori,

display, motorini elettrici o attuatori e molto altro. Dopo anni di sperimentazione è

oggi possibile fruire di un database di informazioni vastissimo.

2

Arduino Open Source

2012/2013

Funzionamento

Arduino è un dispositivo elettronico che permette l’acquisizione di dati,

l’elaborazione di questi e ha la capacità di realizzare una funzione in base

all’elaborazione; questo processo è definito con il termine inglese, non traducibile in

italiano, “physical computing”. Arduino permette l'apprendimento veloce dei

principi fondamentali dell'elettronica, su cui è basato, e della programmazione. È

composto da una piattaforma hardware per il physical computing sviluppata presso

l'Interaction Design Institute, un istituto con sede a Ivrea, fondato da Olivetti e

Telecom Italia. Questa si basa su un circuito stampato essenzialmente composto di

un microcontrollore con PIN connessi alle porte Input/Output, un regolatore di

tensione, una connessione usb che permette la comunicazione con il computer ed

un connettore cilindrico con cui viene alimentato con una corrente continua a 9 volt.

A questo hardware è affiancato un ambiente di sviluppo integrato (IDE: Integrated

Development Environment) multipiattaforma (per Linux, Windows e Macintosh). Il

linguaggio è semplice e intuitivo derivato da C e C++ chiamato “Wiring”, la

programmazione avviene tramite “Sketch”, un programma open source, in altre

parole gratuito, reperibile su internet gratuitamente.

Breve teoria sulla programmazione di uno sketch:

setup()

La funzione setup () è chiamata una volta che il programma è avviato. Si usa per

inizializzare le modalità pin, o iniziare la comunicazione seriale.

Esempio:

void setup() // funzione di configurazione degli Input/Output

{

pinMode(pin, OUTPUT); // assegna il 'pin' come uscita (output)

} loop()

La funzione loop() fa esattamente quello che suggerisce il suo nome, in altre parole

esegue un ciclo infinito (loop), permettendo al programma di modificare, rispondere

e controllare la scheda Arduino.

Esempio:

void loop() // programma principale (main) --> ciclo infinito (loop)

{

digitalWrite(pin, HIGH); // forza il pin al livello ALTO = HIGH = ON = 1

delay(1000); // esegue una pausa di 1000 millisecondi = 1 secondo

digitalWrite(pin, LOW); // forza il pin a livello BASSO = LOW = OFF = 0

3

Arduino Open Source

2012/2013

delay(1000); // esegue una pausa di 1000 millisecondi = 1 secondo

} { } parentesi graffe

Definiscono l'inizio e la fine dei blocchi di funzione e di blocchi delle istruzioni Una

parentesi graffa aperta “{“ deve sempre essere seguita da una parentesi graffa di

chiusura “}”: in altre parole il numero delle parentesi graffe deve essere sempre pari

e il numero delle parentesi aperte è uguale al numero delle parentesi graffe chiuse.

L'ambiente di compilazione di Arduino include una comoda funzione per controllare

il bilanciamento di parentesi graffe. Basta selezionare una parentesi, o anche

scegliere il punto d’inserimento immediatamente dopo una parentesi graffa, e la sua

compagna logica sarà evidenziata.

; punto e virgola

Un punto e virgola deve essere utilizzato per terminare un’istruzione e separare gli

elementi o istruzioni del programma.

commento su più righe: /*… */

linea di commento// Variabili (definizione, dichiarazione)

int calcolo; // indica che la variabile che si chiama calcolo è un numero intero.

int calcolo=3; // indica che la variabile che si chiama calcolo è un numero intero e

a quel punto del programma vale 3.

Costanti HIGH e LOW

Costanti che definiscono il livello di un pin: HIGH e LOW

Un tipico esempio di programma per iniziare a far pratica è quello che permette

l'accensione ripetuta di un LED. Nell'ambiente di sviluppo di Arduino, l'utilizzatore

potrebbe farlo con un programmino come il seguente:

#define LED_PIN 13

void setup () {

pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // abilita il pin 13 per l'output

}

void loop () {

digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // accende il LED

delay (1000); // aspetta 1 secondo (1000 millisecondi)

digitalWrite (LED_PIN, LOW); // spegne il LED

delay (1000); // aspetta un secondo

} 4

Arduino Open Source

2012/2013

1° Applicazione: Trasduttore di Temperatura LM35

Classificazione del trasduttore:

- Analogico, la tensione in uscita varia

con continuità;

-Di tensione, genere direttamente

una tensione in uscita;

-Diretto, non ha bisogno di alcun

circuito di condizionamento.

-Passivo, ha bisogno di

un'alimentazione esterna.

Un trasduttore è un componente elettronico che serve per trasformare una

grandezza fisica (umidità, velocità, pressione, temperatura ecc...) in un segnale

elettrico. Lo scopo di questa applicazione è di far acquisire la temperatura al

trasduttore per poi riportarla su un display. Il trasduttore di temperatura, in questo

caso un LM35, ha un campo di impiego che va da -55°C a +150°C con una scala di

10mV/°C e un’alimentazione compresa tra 5 e 20 V.

2°Applicazione: Cubo di Led

Occorrente:

- 27 led;

- 9 Resistori da 270Ω;

- 3 Resistori da 10Ω;

- 3 Transistor NPN 2N2222;

Tramite lo "sketch" si riesce a

programmare la scheda Arduino in modo

da creare effetti di luce personalizzati in

base al programma scritto. I led sono

collegati in 3 righe orizzontali, con il

catodo in comune, e in 9 colonne verticali

con anodo in comune in modo da avere

delle coordinate per accendere ciascun

led. Le uscite della scheda che vanno da 0

a 8 sono collegate alle colonne del cubo tramite una resistenza per limitare la

corrente sui led; le uscite 9, 10 e 11 vanno a 3 transistor che pilotano ciascuna delle

3 righe; infine sono collegati a massa gli emettitori dei 3 transistor.

5

Arduino Open Source

2012/2013

Diodi LED

Un diodo ad emissione luminosa o LED (Light Emitting

Diode) è un dispositivo che sfrutta le proprietà ottiche di

alcuni materiali semiconduttori per produrre fotoni

attraverso il fenomeno dell'emissione spontanea. Il

primo LED è stato sviluppato nel 1962. I primi LED erano

disponibili solo nel colore rosso. Venivano utilizzati come

indicatori nei circuiti elettronici e nei display a sette segmenti.

Successivamente vennero sviluppati LED che emettevano luce

gialla e luce verde e vennero

sviluppati anche LED bicolore,

generalmente rosso e verde

nello stesso contenitore

permettendo di visualizzare 4 stati:

Spento / Verde / Rosso / Verde+Rosso=Giallo. Negli

anni '90 vennero realizzati LED di più colori diversi fino

a quando con la realizzazione di LED a luce blu fu

possibile realizzare dispositivi che, integrando tre LED, uno rosso, uno verde e uno

blu, potevano generare qualsiasi colore. Ad oggi sono stati inventati LED che

integrano il rosso, il verde e il blu in un unico contenitore (LED RGB - Red/ Green/

Blu). Il colore della luce che emettono questi diodi varia dai materiali con cui sono

costruiti. Questi diodi vengono principalmente usati in applicazioni in cui serve:

 Elevata affidabilità;

 Lunga durata;

 Elevata efficienza;

 Basso consumo energetico.

Alcuni utilizzi principali:

 Telecomandi ad infrarossi;

 Indicatori di stato;

 Retroilluminazione nei display LCD (Liquid Cristal Display);

 Semafori stradali;

 Nei dispositivi obbligatori di autovetture e motocicli;

 Cartelloni a messaggio variabile;

 Illuminazione. 6

Arduino Open Source

2012/2013

Al giorno d'oggi i LED vengono sempre più usati nell'illuminazione domestica in

sostituzione delle lampadine a filamento di tungsteno perché più economiche, più

durature e a basso consumo, infatti se li paragoniamo alle normali lampadine il

consumo con la stessa emissione luminosa è di 3 a 1 e hanno una bassissima

dissipazione di calore. I principali vantaggi sono infatti:

 Altissima durata di funzionamento (da 10'000 fino a 50'000 ore);

 Bassissimi costi di manutenzione;

 Elevato rendimento;

 Funzionamento in sicurezza perché a bassissima tensione (Normalmente tra 3 e

24 Vdc);

 Durata non influenzata dal numero di accensioni/spegnimenti.

Come ogni cosa ci sono anche alcuni svantaggi:

 Alti costi;

 Tonalità di colore molto spesso sballata per LED economici;

 Difficoltà nell'ottenere illuminazione diffusa.

Boom Economico

Nel frattempo che veniva sviluppato il primo Led, in Italia si formò un processo di

cambiamento chiamato «miracolo economico» Italiano. Nel periodo che va dal 1953

al 1963 un impetuoso e veloce sviluppo industriale trasformò in Italia il modo di

vivere, le abitudini della popolazione, l'aspetto delle città e il paesaggio.

Si parlò allora di un «miracolo» perché nessuno aveva previsto uno sviluppo simile,

nonostante le indubbie capacità di ripresa mostrate dall'economia italiana negli anni

del dopoguerra.

Questa fase viene chiamata anche boom, termine inglese che indica appunto, nel

linguaggio giornalistico, un momento di rapida espansione economica.

Nel 1950 la produzione industriale aveva superato, per la prima volta dopo la

guerra, i livelli raggiunti nel 1938.

La ripresa era quindi confermata dai dati, ma l'Italia era ancora un Paese in cui

l'agricoltura assorbiva il 44% degli occupati, l'industria il 29% ed il terziario il 27%.

Nel 1958 avvenne il sorpasso da parte dell'industria e già nel 1960 il terziario era il

settore che contava la maggior percentuale degli occupati. È evidente, perciò, che

nel giro di pochi anni l'Italia assunse la struttura delle società più avanzate.

Molteplici fattori furono alla base del «miracolo economico»:

 Una ampia disponibilità di manodopera: infatti era elevato sia il numero di

disoccupati sia il numero di emigrati dal Sud che potevano essere assorbiti

dall'industria; 7

Arduino Open Source

2012/2013

 I salari relativamente bassi, che perciò incidevano poco sul costo del prodotto

finito;

 I prezzi bassi delle materie prime di cui l'Italia, basata su un'industria di

trasformazione, aveva bisogno;

 L'adozione di tecniche avanzate «copiate» da altri Paesi che le avevano per primi

elaborate e sperimentate, sostenendo quindi il costo della ricerca.

Occorre poi aggiungere la spinta data allo sviluppo dal desiderio di tante persone,

appartenenti a tutti i livelli sociali, di raggiungere il benessere, lasciando alle spalle

gli anni difficili e bui della guerra.

I settori più dinamici furono quelli che avevano ricevuto aiuti consistenti negli anni

della ricostruzione: il settore metallurgico, quello meccanico e quello chimico.

I prodotti di queste industrie, di buona qualità ed a prezzi competitivi vennero

esportati in misura massiccia.

A giudizio di molti storici ed economisti la crescita delle esportazioni fu soprattutto