Obiettivo: Realizzazione di un semplice segnalatore acustico (basato su un buzzer attivo).

Componenti elettronici:

• Arduino UNO
• Breadboard
• 1 Buzzer Attivo

Teoria: Il Buzzer (cicalino) è uno dispositivo elettronico che permette di emettere un suono (bzzz) se correttamente alimentato.
I buzzer si suddividono in:

• Buzzer Attivi: alimentati con una tensione opportuna riproducono un tono ad una frequenza pre-impostata.
• Buzzer Passivi: non emettono alcun suono pre-impostato, ma necessitano di una forma d’onda specifica per fare vibrare la membrana interna. Possono produrre toni differenti in funzione del segnale di alimentazione utilizzato.

Collegamento Circuitale:

Codice:

[crayon-67677acfa7362597668124/]

Personalizzazioni: E’ possibile modificare il comportamento del circuito in questione intervenendo sul valore della variabile buzzerTime. Modificando il suo valore infatti cambia la pausa generata tra un tono del buzzer ed il successivo.

Obiettivo: Realizzazione di un LED con dissolvenza (fading).

Componenti elettronici:

• Arduino UNO
• Breadboard
• 1 Led
• 1 Resistenza (100 Ohm)

Teoria: L’utilizzo dell’istruzione digitalWrite non permette di modulare/regolare la luminosità di un LED. Attraverso l’utilizzo di questa istruzione digitale infatti il LED può trovarsi solamente in due stati logici LOW (spento) o HIGH (acceso).
Per raggiungere lo scopo prefissato è pertanto necessario l’utilizzo di una differente funzione denominata: analogWrite. Questa funzione permette infatti di modulare l’intensità luminosa del LED fornendo 256 differenti livelli di luminosità.
L’istruzione analogWrite permette infatti di emulare un finto segnale analogico attraverso l’impiego della tecnica PWM (Pulse Width Modulation). Solamente sei PIN (quelli contrassegnati dal simbolo tilde ~) possono essere utilizzati per fornire un segnale “analogico”.
A titolo di esempio, volendo alimentare un dispositivo con una tensione analogica pari a 3V il valore da utilizzare come parametro della funzione analogWrite può essere così calcolato:

valore = 3/5*255 = 153

dove:

• Il valore analogico che si vuole produrre è pari a 3V
• La tensione massima in uscita ad Arduino è pari a 5V
• Il valore massimo utilizzabile dalla funzione analogWrite è pari a 255

Collegamento Circuitale:

Codice:

[crayon-67677acfaaa97846966758/]

Obiettivo: Realizzazione della barra LED utilizzata nella serie TV Knight Rider.

Prerequisiti:

Barra LED (Knight Rider)

Fading led

Componenti elettronici:

• Arduino UNO
• Breadboard
• 6 Led
• 6 Resistenze (100 Ohm)

Teoria: Al fine di realizzare una barra LED (Light Emitting Diode), 6 diodi ad Emettitore di Luce sono stati utilizzati e collegati a differenti PIN digitali di Arduino. Come nelle lezioni precedenti ad ogni LED è associata una resistenza al fine di limitare il passaggio di corrente.
A differenza della barra led riportata nei prerequisiti, dove un solo led era acceso, in questa attività più led sono accesi in contemporanea. Nello specifico attraverso l’istruzione analogWrite l’intensità luminosa viene modulata in quattro differenti livelli.

Collegamento Circuitale:

Codice:

Personalizzazioni: E’ possibile modificare il comportamento del circuito in questione intervenendo sul valore della variabile ledTime. Modificando il suo valore infatti cambia la velocità di lampeggiamento della barra LED.

Obiettivo: Realizzazione di una barra LED.

Componenti elettronici:

• Arduino UNO
• Breadboard
• 5 Led
• 5 Resistenze (100 Ohm)

Teoria: Al fine di realizzare una barra LED (Light Emitting Diode), 5 diodi ad Emettitore di Luce sono stati utilizzati e collegati a differenti PIN digitali di Arduino. Come nelle lezioni precedenti ad ogni LED è associata una resistenza al fine di limitare il passaggio di corrente.

Collegamento Circuitale:

Codice:

[crayon-67677acfaad57424451749/]

Tinkercad:

Personalizzazioni: E’ possibile modificare il comportamento del circuito in questione intervenendo sul valore della variabile ledTime. Modificando il suo valore infatti cambia la velocità di lampeggiamento della barra LED.
E’ inoltre possibile aggiungere ulteriori LED cambiando rispettivamente l’hardware ed il software presentato.

Obiettivo: Realizzazione di un semplice semaforo utilizzando Arduino.

Componenti elettronici:

• Arduino UNO
• Breadboard
• 3 Led (verde giallo e rosso)
• 3 Resistenze (100 Ohm)

Teoria: Al fine di realizzare una semaforo a LED (Light Emitting Diode), 3 diodi ad Emettitore di Luce (1 verde, 1 giallo ed 1 rosso) sono stati utilizzati e collegati a differenti PIN digitali di Arduino. Come nelle lezioni precedenti ad ogni LED è associata una resistenza al fine di limitare il passaggio di corrente.

Collegamento Circuitale:

Codice:

Personalizzazioni: E’ possibile modificare il comportamento del circuito in questione intervenendo sul valore delle variabili greenTime,.yellowTime, redTime. Modificando i valori infatti cambia la velocità di funzionamento del semaforo.
E’ inoltre possibile aggiungere ulteriori LED per simulare un semaforo doppio o un incrocio.

Obiettivo: Realizzazione, mediante breadboard, di un led che lampeggi ad una frequenza specifica (e.g., 1Hz) su un PIN differente dal 13.

Componenti elettronici:

• Arduino UNO
• Breadboard
• Led
• Resistenza (100 Ohm)

Teoria: Al fine di garantire il corretto funzionamento del LED su un pin differente dal 13, è indispensabile l’utilizzo di una resistenza in serie al dispositivo. La resistenza permette di regolare fissare i corretti valori di tensione e corrente necessari ad alimentare il LED.
Ad esempio, considerando una tensione sul pin di Arduino pari a 5V ed i seguenti parametri caratteristici del LED:

• ILed = 20 mA
• VLed = 1,5 V

Data la legge di Ohm V=RI, la resistenza necessaria per garantire un corretto funzionamento del diodo emettitore di luce può essere così calcolata:

R = (5-2)/20*10^(-3)

Collegamento Circuitale:

Codice:

[crayon-67677acfaafa0280805359/]

Tinkercad:

https://www.tinkercad.com/embed/ckyY3Pamusd

Personalizzazioni: E’ possibile modificare il comportamento del circuito in questione intervenendo sul valore della variabile ledTime. Modificando il suo valore infatti cambia la frequenza di lampeggiamento del LED.
E’ inoltre possibile modificare il pin digitale utilizzato per pilotare il LED cambiando rispettivamente hardware e software.

Approfondimento Teorico:

Legge di Ohm: La legge di Ohm mette in relazione le tre grandezze elettriche fondamentali Tensione (Volt), Intensità di Corrente (Ampere) e Resistenza (Ohm) secondo la seguente relazione.

V = RI

L’utilizzo di una resistenza, in serie al LED, serve appunto per limitare la quantità di corrente presente sul diodo emettitore di luce.

Obiettivo: Realizzazione di un led che lampeggi ad una frequenza specifica (e.g., 1Hz)

Componenti elettronici:

• Arduino UNO
• Led

Teoria: Il LED (Light Emitting Diode) o Diodo Emettitore di Luce è un dispositivo elettronico che sfrutta le proprietà di alcuni materiali semiconduttori di emettere fotoni (produrre luce).
Questo dispositivo è ampiamente utilizzato in molti applicativi realizzati con Arduino ed è caratterizzato da una propria tensione e corrente di funzionamento. Valori tipici sono:

• ILed = 20 mA
• VLed = 2 V

Valori superiori o inferiori possono danneggiare il dispositivo. Per questo motivo si utilizza solitamente una resistenza in serie al LED al fine di limitarne corrente e tensione.
Per un adeguato funzionamento il LED deve anche essere correttamente polarizzato. Nel dettaglio il terminale più lungo di un led rappresenta l’anodo (+) mentre quello più corto il catodo (-).

Collegamento Circuitale:

Codice:

L’istruzione digitalWrite permette di impostare lo stato logico di un PIN digitale al valore HIGH (5 Volt) o LOW (0 Volt).
Mentre l’istruzione delay permette di bloccare Arduino nello stato in considerazione per un certo numero di millisecondi.

Personalizzazioni: E’ possibile modificare il comportamento del circuito in questione intervenendo sul valore della variabile ledTime. Modificando il suo valore infatti cambia la frequenza di lampeggiamento del LED.

Approfondimento Teorico:

• Pin13: Nelle prime versioni delle schede Arduino, come riportato nella relativa documentazione: “there is, however, about 1000 ohms of resistance on pin 13, so you can connect an LED without external resistor”  il PIN13 presenta un’uscita limitata in correte a causa di una resistenza integrata. Grazie alla presenza di questo elemento non è necessario introdurre una resistenza esterna al fine di limitare la corrente sul LED.

Obiettivo: Utilizzare il Software Arduino per caricare il primo programma e fare lampeggiare un LED

Prerequisiti

Blinking led [Avanzato]

Come installare l’ambiente Software di Arduino

Teoria:

Attraverso il software di programmazione precedentemente scaricato è possibile caricare sulla piattaforma Arduino dei programmi ad hoc che abbiamo il compito di svolgere determinate operazioni utili per trasformare i propri input in output specifici.
A seguire vengono riportate le principali istruzioni utili per caricare un programma prestabilito (nel caso specifico blinking led avanzato)

• Aprire il software Arduino
• Collegare la scheda Arduino al PC mediante cavo USB
• Impostare la porta di comunicazione corretta (IMPORTANTE: se la porta non viene impostata non è possibile caricare il programma)

• r ePCompilare il codice: questa operazione serve per vedere se il codice scritto presenta degli errori. La compilazione si esegue premendo la spunta evidenziata in figura (in alto a sinistra).

• Caricare il codice sulla piattaforma Arduino (questa operazione deve essere eseguita solo se il codice e’ stato opportunamente compilato).
  Il caricamento si esegue premendo la freccia a destra evidenziata in figura (in alto a sinistra).

Obiettivo: Comprendere cosa è una variabile e quali sono le differenze tra variabili locali e globali.

Teoria: Le variabili sono gli strumenti utilizzati in tutti i linguaggi di programmazione per la memorizzazione dei dati. Da un punto di vista pratico, le variabili possono essere considerate come contenitori di dati situati in una determinata area della memoria. Le variabili sono caratterizzate da tre differenti elementi: il tipo di dato, il nome, ed il valore contenuto.

• Tipo di dato: A seconda del dato che una variabile deve memorizzare il programmatore deve scegliere il corretto tipo di riferimento. Nella seguente tabella vengono riportati i principali tipi di dati utilizzati in Arduino

• Identificativo (Nome della variabile): La variabile è caratterizzata da un nome attraverso il quale si fa riferimento al contenitore stesso dei dati. E’ importante considerare che il nome della variabile non deve iniziare con un numero e soprattutto non può essere uguale ad una keyword del linguaggio di programmazione. Ad esempio il nome di una variabile non può essere loop.

• Valore: Le variabili sono utilizzate per contenere dei dati pertanto ad ogni variabile è associato un valore (nel caso in cui l’utente non assegni nessun valore molto probabilmente è il compilatore che assegna un valore di default).

Prima di potere essere utilizzate all’interno del codice le variabili devono essere dichiarate e se possibile inizializzate con un valore specifico. La sintassi utilizzata per la dichiarazione di una variabile è la seguente.

int lato = 10;
float peso = 43.5;
bool condizione = true;
char lettera = ‘A’;
String nome = “Andrea”

Le variabili possono essere definite sia all’interno dei blocchi loop e setup sia al loro esterno. In base a dove vengono definite, queste prendono il nome di variabili globali o locali.

• Variabili Globali: Sono variabili che hanno visibilità in tutto il programma. Le variabili globali sono definite fuori dal corpo (fuori dalle parentesi graffe) delle funzioni loop e setup.

• Variabili Locali: Sono variabili che hanno visibilità solo all’interno di una funzione. Le variabili locali sono definite dentro il corpo (dentro le parentesi graffe) delle funzioni loop e setup.

Codice: Viene in seguito riportato l’esempio di un codice per la gestione di un un pulsate dove sono utilizzate sia variabili locali che variabili globali.

Obiettivo: Conoscere le caratteristiche principali delle funzioni Setup() e Loop()

Teoria: Le funzioni Setup() e Loop() rappresentano il core principale di ogni programma sviluppato utilizzando il controllore Arduino. Ogni programma parte infatti dal codice definito all’interno di queste funzioni. Nello specifico le due funzioni sono così caratterizzate:

• Setup(): In questa funzione è definita la configurazione iniziale di Arduino. Attraverso l’istruzione pinMode è possibile stabilire quali pin di Arduino sono utilizzati per gestire ingressi e quali per gestire uscite. Vengono inoltre inizializzati i vari oggetti impiegati nel loop (e.g., Serial.begin(9600)). E’ importante considerare che le istruzioni presenti nel setup vengono eseguite solamente una volta all’avvio del controllore Arduino.

• Loop(): In questa funzione è definito il processing ovvero le operazioni che Arduino in modo ciclico. E’ importante considerare che, a differenza dalla funzione di setup, le istruzioni presenti nel loop vengono eseguite ciclicamente: terminata l’ultima istruzione si ricomincia con la prima (per sempre). Le principali istruzioni presenti all’interno del corpo della funzione sono quelle utilizzate per gestire gli ingressi e le uscite (e.g., digitalRead, digitalWrite, analogRead, analogRead).

E’ importante considerare che il corpo di una funzione è definito mediante le parentesi graffe. Nello specifico, la parentesi graffa aperta { rappresenta l’inizio della funzione, mentre la parentesi graffa chiusa } indica la sua fine.

Codice: Vengono in seguito riportati due esempi di codice. Il primo riguarda un progetto vuoto, mentre il secondo è relativo al codice di implementazione utilizzato per fare lampeggiare un led.