electronics lab [with arduino] | day 1

ELECTRONICS LAB [WITH ARDUINO]

Daniele Costarella

Teatro Carlo Gesualdo / Casina Del Principe – Avellino – 28 > 31 agosto 2013

Salvatore Carotenuto

Rights to copy

Electronics LAB [with Arduino]28 > 31 agosto 2013 2

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Filosofia del corso

MAKE! MAKE! MAKE!

Il programma di oggi

Mattina• Presentazione del corso• Microcontrollori e introduzione ad Arduino• Elementi di programmazione

Pomeriggio• Cenni di elettronica• Primi passi con Arduino

Di cosa parleremo?

In questo corso impareremo a costruire semplici oggetti elettronici in grado di interagire con gli esseri umani usando

sensori e attuatori controllati da dispositivi elettronici.

Cos'è Arduino?

Il mondo Arduino, fondamentalmente,si compone di 3 componenti essenziali

Cos'è Arduino?

1. Una scheda elettronica

Cos'è Arduino?

1. Una scheda elettronica2. Un ambiente di sviluppo

semplificato

Cos'è Arduino?

1. Una scheda elettronica2. Un ambiente di sviluppo

semplificato3. Una filosofia e una

comunità enorme

A cosa serve?

Con Arduino è possibile creare circuiti per molte applicazioni nel campo della robotica, dell'automazione,

e nella realizzazione di effetti luminosi e sonori

E' inoltre un prodotto ideale per la protipazione rapida e per l'apprendimento delle basi dell'elettronica

e della programmazione

Perché Arduino?

Electronics LAB [with Arduino]

• Artisti e designer

• Progettisti elettronici

• Open source hardware● Open Source Physical Computing Platform

• Open source● Aperto a modifiche, schemi sempre disponibili

• Community● Wiki, forum, tutorial

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Physical Computing?!

Electronics LAB [with Arduino]

“Physical Computing is about prototyping with electronics, turning sensors, actuators and microcontrollers into materials for designers and artists.”

“It involves the design of interactive objects that can communicate with humans using sensors and actuators controlled by a behaviour

implemented as software running inside a microcontroller.”

Massimo Banzi, Arduino Co-Founder

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CENNI DI ELETTRONICA

Segnali analogici e digitali

Parleremo di “tensione” per indicare la differenza tra il potenziale elettrico di due punti dello spazio.

Una semplice analogia:• Acqua ↔ Carica• Pressione ↔ Tensione• Flusso ↔ Corrente

Corrente, tensione e resistenza

Possiamo pensare all’ammontare di acqua che fluisce attraverso la condotta come la “corrente” che scorre in cavo elettrico

Il nostro modello:• Acqua ↔ Carica [Coulomb]• Pressione ↔ Tensione [Volt]• Flusso ↔ Corrente [Ampere]• Ampiezza tubo ↔ Resistenza [Ohm]

La “resistenza elettrica” è una grandezza fisica che misura la tendenza di un corpo ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica, quando sottoposto a una tensione elettrica.

Il nostro modello:• Acqua ↔ Carica [Coulomb]• Pressione ↔ Tensione [Volt]• Flusso ↔ Corrente [Ampere]• Ampiezza tubo ↔ Resistenza [Ohm]

Riconoscere i componenti

28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino]

Resistori

Cenni di elettronicaResistori: codice colori

28 > 31 agosto 2013 Electronics LAB [with Arduino] 19

Cenni di elettronica

Condensatori

LED (Light Emitting Diode)

Switch

Uso della breadboard ?!?

Uso della breadboard

Una breadboard (o anche detta basetta sperimentale) è uno strumento utilizzato per creare prototipi di circuiti elettrici.

Non richiede saldature ed è completamente riusabile (è perciò utilizzata soprattutto per circuiti temporanei).

Uso della breadboard: struttura

Tutte le breadboard hanno, generalmente, una struttura simile composta da linee di trasmissione (strips) che consistono in collegamenti elettrici tra i fori. Come in figura, si possono notare le linee di alimentazione, poste generalmente ai lati e collegate lungo tutto l’asse, e le linee dedicate ai componenti, collegate in posizione perpendicolare alle linee di alimentazione.

Uso della breadboard !!!

Arduino: “Studiamo” l'hardware

LEDRX/TX

LED Test (pin 13)

Alimentazione esterna

ATmega328

Pin di in/out digitaliPulsante direset

Power LED

Alimentazioni e massa Input analogici

Caratteristiche tecniche

Giffoni HackLAB 2013

Parametro Valore

Microcontrollore ATmega328

Tensione operativa 5 V

Tensione di ingresso (raccomandata) 7-12 V

Tensione di ingresso (Limiti) 6-20 V

Pin di I/O digitali 14 (di cui 6 PWM)

Pin di ingresso analogici 6

Corrente DC per i pin di I/O 40 mA

Corrente DC per i pin a 3.3V 50 mA

Memoria Flash 32 kB (ATmega328) di cui 0.5 usata per il bootloader

SRAM 2 kB (ATmega 328)

EEPROM 1 kB (ATmega328)

Velocità del Clock 16 MHz

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Qualche termine strano

Giffoni HackLAB 2013

sketchIl programma che scrivete e fate girare sulla scheda Arduino

pinI connettori di input e output

digitalVuol dire che può assumere solo due valori: ALTO o BASSO, ON o OFF oppure 0 o 1

analogQuando i valori utili che rappresentano i segnali sono continui (infiniti)

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Hardware Arduino

Arduino Leonardo

Hardware Arduino

Arduino Due

Hardware Arduino

Arduino YUN

Hardware Arduino

Arduino Robot

Hardware Arduino

Arduino Esplora

Hardware Arduino

Arduino ADK

Hardware Arduino

Arduino Ethernet

Hardware Arduino

Arduino Mega 2560

Hardware Arduino

Arduino Micro

Hardware Arduino

LillyPad Arduino USB LillyPad Arduino Simple

Hardware Arduino

LillyPad Arduino SimpleSnap

LillyPad Arduino

Hardware Arduino

Arduino Pro Arduino Fio

Arduino: gli Shield

Shield

Arduino GSM Shield

Shield

Arduino Ethernet Shield

Shield

Arduino WiFi Shield

Shield

Arduino SD Shield

Shield

Arduino Motor Shield

PRIMI PASSI CON ARDUINO

Primi passi con Arduino

Installazione dell’ambiente di sviluppo

1. Scaricare l’IDE di Arduino dal sito web del progetto: arduino.cc

2. Collegare la board Arduino tramite il cavo USB

3. Installare i driver necessari

4. Riavviare il computer

5. Avviare il software di Arduino

Installazione dell’ambiente di sviluppo

● Collegarsi al sito web del progetto: arduino.cc

● Nella sezione Getting Started scegliere il sistema operativo in uso: Windows, Mac OS X, Linux

● Scaricare il software di Arduino

Installazione driver chip FTDI

● Collegarsi al sito web del progetto: www.ftdichip.com

● Download dei driver adatti alla propria piattaforma

● Installare i driver● Riavviare il sistema

Collegare la board

● Collega Arduino al computer con un cavo USB

● Un LED di colore verde (PWR) si accede quando la scheda è alimentata correttamente

Avvio dell'ambiente di sviluppo

Impostazione dell’ambiente di lavoro: Tools > Board

Impostazione dell’ambiente di lavoro: Tools > Serial Port

La semplice interfaccia

Verifica Carica Nuovo Apri Salva Monitor Seriale

Il “ciclo” di sviluppo

Elementi di programmazione

Esaminiamo, innanzitutto, un po’ di sintassi utile:

Simbolo Spiegazione

// Commento su una rigaEs. // questo è un commento

/* Inizio di un commento su più righe

*/ Chiusura di un commento su più righe

void Dichiarazione di una funzione senza nessun valore di ritorno: la funzione esegue tutte le istruzioni senza restituire alcun valore.

setup() E’ la funzione (obbligatoria in Arduino) dedicata alle impostazioni iniziali

Esaminiamo, innanzitutto, un po’ di sintassi utile:

Simbolo Spiegazione

loop() Funzione obbligatoria in Arduino: costituisce il loop principale del programma

int Usato per dichiarare una variabile di tipo integer (intero)

pinMode(pin, mode) Configurazione dei pin di Arduino (INPUT o OUTPUT)

digitalWrite(pin, level) Comando di scrittura su un pin digitale

delay(seconds) Funzione che introduce un’attesa (espresso in millesimi di secondo)

Un listato di esempio:

/* FLUSSI 2013 day 1 Esempio: lampeggio di un LED collegato al pin 13*/ int ledPin = 13; // LED connesso al pin 13 void setup(){ pinMode(ledPin, OUTPUT); // configura il pin come output} void loop(){ digitalWrite(ledPin, HIGH); // accende il LED delay(1000); // attende un secondo (ossia 1000 millisecondi) digitalWrite(ledPin, LOW); // spegne il LED delay(1000); // attende un secondo prima di ripartire}

Input / Output di segnali digitali: LED blinking

Input / Output di segnali digitali: lettura di un pulsante

Il costrutto if e if/else

Simbolo Spiegazione

if (condizione) { // esegue questo codice // se la condizione è vera }

Esecuzione condizionata: esegue un blocco di codice se e solo se la condizione espressa è verificata

if (condizione) { // esegue questo codice // se la condizione è vera }else { // esegue questo codice // se la condizione è falsa }

Se la condizione è vera esegue un blocco di codice; se la condizione non è vera viene eseguito il codice del blocco else

Input / Output di segnali digitali

Il costrutto if

/* FLUSSI 2013 day 1: Accendiamo il LED con un pulsante*/

int led_pin = 13;int button_pin = 8;

int state = 0;int value = 0;

void setup() { pinMode(led_pin, OUTPUT); pinMode(button_pin, INPUT); }

[ Continua … ]

Input / Output di segnali digitali

void loop() { value = digitalRead(button_pin); if (value == HIGH) { state = 1; } else { state = 0; } if (state == 1) { digitalWrite(led_pin, HIGH); } else { digitalWrite(led_pin, LOW); } }

Lettura di segnali analogici

Il componente LDR (Light Dependent Resistor)

La funzione analogRead

Simbolo Spiegazione

int analogRead(pin)Legge la tensione applicata al pin di input analogico e restituisce un numero compreso tra 0 e 1023 che rappresenta una tensione tra 0 e 5V

val = analogRead(0)Esempio: legge l'analog input 0 e memorizza il risultato nella variabile val

Il componente LDR (Light Dependent Resistor)

/* FLUSSI 2013 day 1: Lettura di un segnale analogico: LDR*/

const int SENSOR = 0;

int val = 0;

void setup() { Serial.begin(9600); }

void loop() { val = analogRead(SENSOR); Serial.println(val); delay(100); }

Il componente LDR

/* FLUSSI 2013 day 1: Lettura di un segnale analogico: LDR*/

const int SENSOR = 0;

int val = 0;

void setup() { Serial.begin(9600); }

void loop() { val = analogRead(SENSOR); Serial.println(val); delay(100); }

Il componente LDR

Lettura di segnali analogici: aggiungiamo un LED

/* FLUSSI 2013 day 1: Regoliamo il lampeggio in base al valore analogico letto */

# define LED 13 // pin usato per il LED

int val = 0; // variabile usata per il// valore letto dall'LDR

void setup() { pinMode(LED, OUTPUT); }

void loop() { val = analogRead(0);

digitalWrite(13, HIGH); // accendi il LED delay(val); // attendi digitalWrite(13, LOW); // spegni il LED delay(val); // attendi }

Il componente LDR

FINE... PER OGGI

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