Google per la didattica – 6′ edizione

Guida all’uso degli applicativi Google finalizzati
ad un uso didattico, dalla ricerca alla creazione di contenuti

Giunto alla 6′ edizione il corso avrà inizio oggi, saranno svolti 5 incontri di 2 ore ciascuno per un totale di 10 ore di formazione

  • Mercoledì 13 febbraio 2019 – dalle ore 17.00 alle 19.00
  • Giovedì 14 febbraio 2019 – dalle ore 17.00 alle 19.00
  • Mercoledì 20 febbraio 2019 – dalle ore 17.00 alle 19.00
  • Mercoledì 6 marzo 2019 – dalle ore 17.00 alle 19.00
  • Giovedì 7 marzo 2019 – dalle ore 17.00 alle 19.00

Come accade in ogni edizione, aggiungerò ulteriori proposte di esercizio e sperimentazioni da condurre in classe con gli studenti.

Per maggiori informazioni sui contenuti del corso e sulle modalità di iscrizione vi rimando al pagina dedicata sul sito di Tecnica della Scuola.

 

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Winter Camp 2019 – sviluppare competenze attraverso le nuove tecnologie

Creatività, espressione e innovazione per il Primo Ciclo – sviluppare competenze attraverso le nuove tecnologie.

Sabato 23 e 24 febbraio prossimi parteciperò come relatore alla terza edizione degli INcontri digitali presso l’Istituto Comprensivo Statale di Vestone (Brescia), corso invernale di formazione per insegnanti.

Il laboratorio che condurrò ha come titolo: “Divertiamoci a progettare il nostro apprendimento con il Coding e la robotica” e sarà dedicato a docenti della primaria e secondaria di primo grado.

questo l’abstract:

Insegnare a progettare il proprio apprendimento attraverso il Creative Computing utilizzando BBC micro:bit una picola scheda elettronica appositamente progettata per svolgere attività di Coding con studenti della scuola primaria e secondaria di primo grado.

BBC micro:bit può essere programmato in diverse modalità, ma quella principale fa uso di un ambiente di sviluppo on-line che permette di operare con un linguaggio di programmazione grafico, costituito da blocchi funzionali che possono essere tra essi collegati.

Le caratteristiche tecniche di micro:bit consentono di realizzare attività con forte interattività con il mondo reale: robot, strumenti musicali, strumenti di misura, giochi interattivi e molto altro, attività che verranno sperimentate durante il workshop.

L’evento include altri interessangtissimi laboratori condotti dai colleghi:

  • Roberto Sconocchini – Laboriatorio: C’ERA UNA VOLTA… – Per scuola dell’infanzia e primaria
  • Luca Raina – LABORATORIO: GAMIFICATION – Per scuola primaria e secondaria di 1° grado

Per maggiori informazioni:

Locandina di presentazione:

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Utilizzo dell’LCD 16×2 Hitachi HD44780 1602 con modulo I2C PCF8574T

Addendum al progetto EduRobot.

Una settimana è bastata per scatenare la fantasia di giovani studenti alle prese con EduRobot per l’attività di Alternanza Scuola Lavoro. Le relazioni di lavoro mettono in evidenza soluzioni alternative originali, la richiesta è di continuare ad aggiungere funzionalità ad EduRobot, vedremo nelle prossime settimane come proseguire con i lavori, ma sicuramente in questa prima fase mi posso ritenere soddisfatto! 😊

Tra le richieste che mi sono state fatte vi è quella di inserire un display per aggiungere interattività con il robot. Tra le possibilità ho suggerito l’utilizzo di un LCD 16×2 Hitachi HD44780 1602 quelli in dotazione con molti kit Arduino. Per rendere più agevole la gestione e i collegamenti, visto l’elevato numero di connessioni presenti su EduRobot, ho consigliato l’utilizzo di un modulo PCF8574T per il controllo in I2C, poiché gli studenti sono giovani ed ancora non hanno affrontato questo argomento, con questo post voglio dare un piccolo aiuto.

Disponiamo dei moduli della sunfounder su cui è già saldato il modulo i2C:

l’utilizzo è identico ai più comuni expander esterni come quelli indicati nell’immagine che segue:

Il display è costituito da 4 pin di connessione, due dedicati all’alimentazione e due alla comunicazione i2C.

Le connessioni tra LCD1602 i2C ed Arduino sono i seguenti:

LCD1602 —> Arduino
GND -> GND
Vcc -> 5V
SDA -> A4
SCL -> A5

Per poter utilizzare questo display è necessario installare la libreria LiquidCrystal_I2C dal seguente link: https://github.com/fdebrabander/Arduino-LiquidCrystal-I2C-library

Prelevate il file .zip ed installate la libreria direttamente dall’IDE di Arduino:

in alternativa potete scompattare e copiare il tutto nella cartella libraries di Arduino.

Piccolo avvertimento, sicuramente nelle vostre sperimentazioni prenderete spunto da sketch che troverete on-line, alcune volte questi esempi sono datati e si riferiscono ad una versione dell’ide di qualche anno fa in cui si poteva inizializzare l’LCD nel setup con: lcd.init(), ciò non è più possibile sostituitela con la classe lcd.begin() così come indicato negli esempi che seguono.

Includo a questo post una serie di sketch tutti tratti dal reference di Arduino e riadattati per un uso con il modulo PCF8574T in modo da accelerare le attività di sperimentazione dei miei allievi.

Il funzionamento di ogni esempio è dettagliato con commenti all’interno degli sketch.

Buona sperimentazione 🙂

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Errori comuni nell’uso di Arduino – confondere pin analogici con pin digitali

Come sicuramente saprete i pin analogici di Arduino UNO, da A0 a A5 possono essere utilizzati anche in modalità digitale e questa caratteristica alcune volte crea qualche confusione in quanto i pin se vengono utilizzati in modalità analogica non è necessario dichiararne il pinMode all’interno del setup(), ciò ovviamente non accade se bisogna usarli in modalità digitale.
Dopo un po’ questa funzionalità viene memorizzata, un modo per non dimenticare questa caratteristica potrebbe essere quella di inserire una dichiarazione “inutile” che ne rammenta la modalità di utilizzo:

In ogni caso, per i miei studenti chiedo di ricordare a mente senza aggiungere dichiarazioni inutili, ma se si è all’inizio tale notazione può essere accettata.

Un’altra cosa che noto  confonde è l’uso della notazione Ax per i pin digitali e non del valore decimale.
In Arduino.h viene definito ad esempio A2 come una costante di tipo intero. Su Arduino UNO ad A2 è assegnato il valore numerico 16 e poiché è una costante di tipo intero possiamo trattare a tutti gli effetti A2 come se si trattasse del numero 16.

Per completezza ricordo che:

  • A0 -> 14
  • A1 -> 15
  • A2 -> 16
  • A3 -> 17
  • A4 -> 18
  • A5 -> 19

In generale sconsiglio di indicare i pin analogici con il loro valore numerico per due motivi:

  1. la notazione Ax immediatamente mette in evidenza che si tratta di pin analogico,
  2. se utilizziamo su una scheda con più pin I/O, come un Arduino Mega non andremo in confusione e non rischieremo far andare in collisione un pin digitale con un pin analogico nel caso ad esempio che stessimo mettendo mano ad uno sketch funzionante su Arduino Uno e che vogliamo far funzionare sul Mega, infatti su Arduino UNO l’A0 corrisponde al pin 14 della scheda mentre sull’Arduino Mega corrsiponde al pin 54 della scheda, se usiamo la notazione Ax non ci sbagliamo.

Ricordate inoltre che se all’interno del nostro loop() passiamo ad una digitalRead un valore da 0 a 5 non intendiamo segnalare un pin digitale da 0 a 5, ma uno dei pin da A0 ad A5.

Buon lavoro 🙂

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EduRobot – ASL (Alternanza Scuola Lavoro) – Manuale di costruzione – 3/3

Nella guida che segue illustro un schema molto semplice per la realizzazione del controllo di EduRobot effettuata con Arduino. Fornirò passo passo gli sketch di esempio che dovrete migliorare. è può essere considerato la base di partenza per ogni sperimentazione basata appunto su Arduino.
Per il pilotaggio dei motori ho utilizzato e L298N Dual H-Bridge Motor Controller di cui vi ho dato indicazioni nella lezione precedente.

Ovviamente anche la soluzione proposta in questo tutorial potranno essere migliorate da voi, lo scopo è quello di svolgere l’attività di Alternanza Scuola Lavoro di questi giorni, ma nelle settimane che seguiranno potrete migliorare ogni aspetto del robot in quanto il corso su Arduino che state svolgendo nelle mie ore sarà svolto proprio sulla piattaforma EduRobot.

Potrete sostituire alle batterie che io ho utilizzato, batterie ricarrabili, o pacchi batterie con autonomia maggiore che potrete fissare utilizzando gli appositi fori predisposti sullo chassis, durante le lezioni in classe vi fornirò suggerimenti e modalità diverse di utilizzo della scheda L298N.

Nelle parti che seguono costruiamo passo passo il programma che consente la realizzaizone di un robot che si muove in modo autonomo.

Negli esempio che seguono verranno di volta aggiunte nuove funzioni, la lista completa è la seguente:

rotazioneOraria(tempo necessario per effettuare una determinata rotazione, velocità con cui ruota il robot)

Rotazione oraria di EduRobot sul proprio asse

stopEduRobot()

Blocca il movimento del robot

distanzaOstacolo()

restituisce la distanza in cm dell’ostacolo rilevato

paragonaDistanze()

verifica la distanza dell’ostacolo che si trova a distanza maggiore dal robot

scegliDirezione()

sceglie la direzione da prendere in funzione della distanza a cui si trova l’ostacolo

La spiegazione del funzionamento d ogni parte del codice è inclusa all’interno dello sketch come commento.

Nota per lo studio:

i 6 sketch proposti variano solo nel loop per la realizzazione delle funzioni richieste, la variazione tra uno sketch e l’altro consiste nell’aggiunta di poche linee di codice, sarà quindi necessario effettuare uno studio preliminare di tutte le parti dello sketch 1.

Sketch 1

Rotazione di 90° in senso orario del robot sul proprio asse e ritorno alla posizione di partenza con intervallo di stop di 3 secondi.

Dalla lezione precedente si sono utilizzati le parti di sketch che permettono la rotazione in senso antiorario ed orario dei motori.

La funzione rotazioneOraria e rotazioneAntioraria, di seguito evidenziate, consentono la rotazione di EduRobot sul proprio asse in una delle due direzioni. Le funzioni accettano due parametri:

  • tempo: tempo per compiere uno specifico angolo di rotazione
  • velocita_rotazione: velocità con cui gira il robot

Il tempo per compiere un angolo di 90° deve essere valutato sperimentalmente in quanto funzione della carica della batteria. Per regolare il tempo di rotazione per un angolo di 90° variare il valore della variabile globale: tempo_rotazione_angolo che trovate all’inizio dello sketch.

Per interrompere la rotazione di EduRobot è sufficiente inviare sui pin 9 e 5 di Arduino di tipo PWM il valore 0

Sketch 2

Rotazione di 180° in senso orario del robot sul proprio asse e ritorno alla posizione di partenza con intervallo di stop di 3 secondi.

Per eseguire questa esercitazione sarà sufficiente aggiungere allo sketch precedente un’ulteriore chiamata alle funzioni rotazioneOraria e rotazioneAntioraria, oppure variare il valore della variabile tempo_rotazione_angolo per un tempo doppio rispetto al tempo necessario per compiere una rotazione di 90°.

Sketch 3

Rotazione di 360° in senso orario del robot sul proprio asse, rotazione di 360° in senso antiorario del robot sul proprio asse con intervallo di stop a 180° di 1 secondo e stop di 3 secondi a 360°.

Facendo eseguire ad EduRobot i medesimi spostamenti, ottimizzare il codice presente nel loop riducendo il numero di istruzioni.

Sketch 4

Ripetere la sequenza: avanti per 500 millisecondi, stop per 3 secondi, rotazione di 180° in senso orario del robot, stop di 1 secondo, avanti per 500 millisecondi, stop di 3 secondi, rotazione di 180° in senso antiorario, stop di 1 secondo, movimento in avanti per 500 millisecondi.

Sketch 5

Realizzare uno sketch che permetta di realizzare in sequenza le tre rotazioni:

  1. 45° in senso antiorario del robot
  2. dalla posizione raggiunta rotazione di 90° in senso orario
  3. dalla posizione raggiunta, rotazione di 45° in senso antiorario

Sketch 6

Utilizzando il sensore ad ultrasuoni HC-SR04 per rilevare gli ostacoli ed effettuare la scelta della direzione da intraprendere in funzione dell’ostacolo che si trova a distanza maggiore dal robot.

Funzionamento del sensore HC-SR04

Per l’utilizzo del sensore ad ultrasuoni ne avevo già dato spiegazione in EduRobot UNO – Come costruire il vostro primo Arduino Robot – Lezione 2  ma per permetterne un’agevole studio duplico quanto già scritto nel tutorial in modo che abbiate un punto unico di riferimento.

Per far evitare gli ostacoli al nostro robot utilizzeremo un sensore ad ultrasuoni, in altro modo useremo questo sensore per misurare la distanza dell’ostacolo, ma potremo anche pensare di usare questo sensore, ad esempio, in un sistema anti-intrusione che deve far suonare un allarme. In questa lezione viene utilizzato il sensore HC-SR04, dispositivo economico e con un buon range operativo, ha una sensibilità dichiarata nei datasheet che va da 2 centimetri a 4,5 metri circa, in realtà la massima distanza da esperimenti che ho effettuato arriva a circa 3,5 metri, molto comunque dipende dai materiali colpiti e dalla loro capacità di assorbimento sonoro.

Ma come funziona un sensore di questo tipo?

I sensori ad ultrasuoni non forniscono direttamente la misura della distanza dell’oggetto più vicino, ma misurano il tempo impiegato da un segnale sonoro a raggiungere l’oggetto e ritornare al sensore.

L’impulso ad ultrasuoni inviato all’HC-SR04 è di circa 40KHz il tempo viene misurato in microsecondi, la tensione di funzionamento è di 5V, quindi potremo alimentarlo direttamente utilizzando Arduino.

L’HC-SR04 è dotato di 4 piedini: GND, eco, trigger, +Vcc.

Per convertire l’intervallo di tempo misurato in una lunghezza, bisogna ricordare che la velocità del suono è di 331,5 m/s a 0 °C e di 343,4 m/s a 20 °C ed in generale varia secondo la relazione:

v = 331,4 + 0,62 T

dove la temperatura T è misurata in °C.

Per effettuare una misura di distanza di un ostacolo assumiamo di lavorare ad una temperatura ambiente di 20 °C e quindi la velocità del suono sarà di 343 m/s (approssimiamo) che vuol dire anche 0,0343 cm/microsecondi.

Quindi, ricordando che v=s/t (v: velocità, s: spazio, t: tempo) allora lo spazio percorso sarà:

s = v*t

da cui

s = 0,0343 *t

però, per calcolare lo spazio percorso, bisogna tener conto che il suono percorre due volte la distanza da misurare (giunge sull’oggetto e ritorna indietro al sensore) quindi il valore di t ottenuto deve essere diviso per 2. La formula corretta per la misura dello spazio percorso è:

s = 0,0343 * t/2

eseguendo la divisione di 0,0343/2 possiamo scrivere:

s = 0,01715 * t

oppure:

s = t/58,31

approssimando

s = t/58

formula più semplice da ricordare.

Per calcolare la distanza dell’oggetto dal sensore sarà sufficiente dividere il tempo t (tempo impiegato dal segnale per giungere sull’oggetto e tornare al sensore) per 58.

Per poter effettuare una misurazione viene mantenuto a livello basso il pin Trigger, dopo di che viene fornito un impulso a livello alto della durata minima di 10µs riportandolo poi a livello basso, dopo questo momento la capsula trasmittente emette un burst (sequenza di livelli alti/bassi) a circa 40KHz, l’onda ultrasonica generata (burst) colpisce l’ostacolo, torna indietro venendo rilevata dalla capsula ricevente. L’elettronica del sensore effettua un calcolo del tempo di andata e ritorno del segnale emettendo sul pin Echo, normalmente a livello basso, un segnale a livello alto direttamente proporzionale alla distanza dell’ostacolo:

Descrizione sketch 6

Nota: si descrivono solo le sezioni aggiunte rispetto agli sketch precedenti.

Impostazione del sensore ad ultrasuoni

Questa sezione è dedicata all’impostazione del sensore ad ultrasuoni.

La variabile “durata” è il tempo impiegato dall’onda ultrasonica per giungere al rilevatore, questo valore verrà utilizzato per il calcolo della distanza dell’oggetto.
Le due variabili: pin_segnale e pin_trig sono quelle associate ai pin signal e trigger del sensore ad ultrasuoni.

Descrizione funzionamento loop()

Nel loop() come prima azione viene memorizzata nella variabile misuraDistanza il valore restituito dalla funzione che calcola la distanza dell’ostacolo: distanzaOstacolo() che riceve le informazioni dal sensore ad ultrasuoni.
Se la distanza misurata è maggiore della distanzaPericolo, la minima distanza dall’ostacolo, allora vuol dire che EduRobot può continuare ad andare avanti, altrimenti se la misuraDistanza è inferiore alla distanza di pericolo bisogna fermare EduRobot ed effettuare il cambio di direzione.

Scelta della direzione da prendere

EduRobot effettua una rotazione di 90° a destra, effettua la lettura ed assegna il valore letto alla variabile distanzaDestra, si ferma nella posizione per mezzo secondo.
EduRobot effettua una rotazione di 180° in senso antiorario rispetto alla precedente posizione effettua la lettura della distanza dell’ostacolo che viene memorizzata nella variabile distanzaSinistra, si ferma nella posizione per mezzo secondo.
Si pone nuovamente in posizione frontale ruotando in senso orario di 90°, mantiene la posizione ed invoca la funzione paragonaDistanze() che verifica quale delle due misure risulta maggiore.

Lettura della distanza dell’ostacolo

La modalità di funzionamento di questa funzione è stata descritta nella parte iniziale della sezione dedicata allo sketch 6.

Paragonare le distanze per la scelta del percorso

Nel caso in cui l’ostacolo che si trova a sinistra è ad una distanza maggiore da quello dell’ostacolo di destra, allora EduRobot ruoterà in senso antiorario di 90° e manterrà la posizione raggiunta per mezzo secondo.

Se invece l’ostacolo che si trova a destra si trova a distanza maggiore di quello di sinistra, allora EduRobot ruoterà in senso orario di 90° e manterrà la posizione raggiunta per mezzo secondo.

Se le distanze degli ostacoli a sinistra e a destra sono identiche, EduRobot ruota di 180° in senso orario e mantiene la posizione per 1 secondo.

Movimento continuo in avanti e indietro alla velocità scelta

Nel codice sopra indicato avantiSempre(int velocita) permette di movimentare EduRobot in avanti ad una specifica velocità è necessario far girare la ruota sinistra in senso antiorario e lo destra in senso orario, mentre indietroSempre(int velocita) permette di muovere indietro (in retromarcia) EduRobot alla specifica velociotà è necessario far girare la ruota sinistra in senso orario e lo destra in senso antiorario.

Esercizi

Esercizio 1

Ad ogni stop del robot si accendere un led rosso.

Esercizio 2

Ad ogni stop si accendere un led rosso e durante la scelta della direzione lampeggia un led giallo.

Esercizio 3

Ad ogni stop si accendere un led rosso e durante la scelta della direzione lampeggia un led giallo, mentre il movimento in avanti ed indietro è evidenziato da un led verde acceso che dovrà spegnersi durante la scelta della direzione.

Esercizio 4

Aggiungere al circuito dell’esercizio precedente un buzzer che all’avvio del robot per 2 secondi, vengano suonate alcune note musicali.

Esercizio 5

Aggiungere al circuito dell’esercizio precedente un buzzer che all’avvio del robot per 2 secondi,emetta un jingle musicale ed ogni volta che viene effettuata la rilevazione del percorso da intraprendere vengano suonate alcune note musicali.

Esercizio 6

Aggiungere una funzione di casualità che ad intervalli prestabiliti fa cambiare direzione al robot indipendentemente dalla scelta della direzione verso l’ostacolo più lontano.

Esercizio 7

EduRobot non è dotato di un encoder, ovvero un sistema in grado di regolare la velocità delle due in modo da far andare dritto il robot, avrai notato che un motore gira ad una velocità superiore rispetto ad un’altro.

Saresti in grado di realizzare un semplice programma di calibrazione da eseguire in fase iniziale in grado di migliorare leggermente il movimento rettilineo del robot?

Buona sperimentazione a tutti 🙂

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EduRobot – ASL (Alternanza Scuola Lavoro) – Manuale di costruzione – 2/3

In questo seconda parte del manuale di costruzione di EduRobot – ASL vedremo come effettuare tutti i collegamenti elettrici tra motori, Arduino, L298N e proporrò alcuni esercizi.

Durante questa fase non collegate la batteria di alimentazione alla scheda, accertatevi che tutti i collegamenti siano corretti e prima di procedere con i test di funzionamento chiedete un controllo al docente presente in aula oppure contattatemi.

L298N Dual H-Bridge Motor Controller

Per poter pilotare i motori in corrente continua di EduRobot è necessario utilizzare un driver motori costituito da due ponti H, se sei uno dei miei studenti di 3′ che sta svolgendo questa esercitazione per l’Alternanza Scuola Lavoro, ti ricordo che questo argomento di elettronica sarà affrontato al 4′ anno, ma se vuoi avere dettagli sul controllo dei motori in CC puoi consultare la mia dispensa: Alfabeto di Arduino – Lezione 6 alla pagina n. 39 dove spiego come usare un driver L293D e fornisco alcuni sketch di esempio, il funzionamento è molto simile al driver L298N.

Inoltre ti ricordo che per comprendere esattamente il controllo della velocità e della direzione dei motori è essenziale leggere la dispensa: Alfabeto di Arduino – Lezione 2 alla pagina 85 in cui parlo di Modulazione di larghezza di impulso (PWM). Per i miei allievi di 3′ affronterò questo argomento nelle prossime lezioni di Laboratorio di Sistemi.

Per lo svolgimento di questa esercitazione sarà sufficiente seguire gli esempi è fornirò, in maniera molto più semplice la modalità per controllare velocità e direzione di EduRobot.

Ponte H

Per controllare la direzione di rotazione del motore abbiamo bisogno di invertire la direzione del flusso di corrente attraverso il motore, il metodo più comune per fare questa operazione è quella che fa uso di un ponte H.
Un ponte H è costituito da quattro elementi di commutazione che possono essere dei transistor o dei mosfet, per semplicità, poiché hai incominciato elettronica quest’anno, non conosci ancora questi componenti elettronici, per ora assumi la loro funzione a degli interruttori che possiamo comandare attraverso Arduino, nei prossimi mesi ti spiegherò come funzionano.
Al centro del ponte H è collocato il motore elettrico e come puoi vedere dall’immagine, attivando contemporaneamente due interruttori alla volta è possibile modificare la direzione della corrente modificando in questo modo modifichiamo anche la direzione di rotazione del motore.
Nella scheda che ti ho consegnato sono presenti due ponti H uno per ogni motore, inoltre con questa scheda possiamo anche controllare la velocità di rotazione dei motori.

Per ora tutto ciò può essere sufficiente per svolgere l’esercitazione.

L298N Dual H-Bridge Motor Controller è presente in commercio in forme diverse ma con stesse funzionalità, ha una dimensione estremamente contenuta:

L298N Dual H-Bridge Motor Controller

All’interno della scheda sono presenti due ponti H in grado di controllare velocità e senso di rotazione di due motori in CC (quelli gialli che trovate nel kit allegato, a lezioni vi spiegheremo il funzionamento teorico) oppure controllare un motore passo-passo (come quelli presenti nella stampante 3D che vi ho mostrato a scuola). La scheda può essere usata per motori con tensione di alimentazione dai 5 ai 35V e corrente massima di lavoro di 2A.

Ogni ponte H può essere abilitato o disabilitato attraverso i pin enable, quelli che sulla scheda sono indicati con ENA e ENB. Abilitare o meno il ponte H è come dire: “comando o non comando il motore”, per fare un’analogia possiamo considerarlo ENA e ENB all’acelleratore dei motori A e B, vedremo che se viene inviato su di essi un valore MAGGIORE DI 0, permettiamo la rotazione del motore (premiamo l’acceleratore), se invece viene inviato il VALORE 0 ad uno degli EN non permettiamo la rotazione del motore (non premiamo l’acceleratore).

Descrizione dei pin della scheda

Di seguito trovate i riferimenti per la scheda L298N tra numero del pin e la sua funzione:

  1. Motore 1 CC: [OUT1: +]. Motore passo-passo: A+
  2. Motore 1 CC: [OUT2: -]. Motore passo-passo: A-
  3. Jumper da rimuovere se la tensione di alimentazione dei motori risulta superiore ai 12V.
  4. Alimentazione del/dei motori. Il pin accetta una tensione massima di 35V CC. Se la tensione di funzionamento dei motori è superiore ai 12V è necessario rimuovere il ponticello 3
  5. GND – il ground
  6. Uscita a 5 V tensione stabilizzata che può essere usata per alimentare direttamente Arduino
  7. ENA – permette l’abilitazione o la disabilitazione del motore A in CC (Corrente Continua), quello connesso ai pin nominati OUT1 e OUT2. Se si vuole comandare un motore in CC togliere il ponticello o posizionarlo come indicato nell’immagine che segue. Nel caso si voglia pilotare un motore passo passo non rimuovere il ponticello. Il pin ENA dovrà essere connesso ad un pin Arduino di tipo PWM per il controllo della velocità di un motore in CC.
  8. IN1 – per il controllo della direzione di rotazione
  9. IN2 – per il controllo della direzione di rotazione
  10. IN3 – per il controllo della direzione di rotazione
  11. IN4 – per il controllo della direzione di rotazione
  12. ENB – permette l’abilitazione o la disabilitazione del motore A in CC (Corrente Continua), quello connesso ai pin nominati OUT3 e OUT4. Se si vuole comandare un motore in CC togliere il ponticello o posizionarlo come indicato nell’immagine che segue. Nel caso si voglia pilotare un motore passo passo non rimuovere il ponticello. Il pin ENA dovrà essere connesso ad un pin Arduino di tipo PWM per il controllo della velocità di un motore in CC.
  13. Motore 2 CC: [OUT3: +]. Motore passo-passo: B+
  14. Motore 2 CC: [OUT4: +]. Motore passo-passo: B-
Jumper ENA e ENB in modalità motore passo-passo
Jumper ENA e ENB in modalità motore motore in CC

Circuito n. 1 – schema di collegamento

Il collegamento dei motori di EduRobot avranno polarità invertita (ricordate che il motore di sinistra per andara avanti deve girare in senso antiorario e il motore di destra in senso orario), così come indicato nell’immagine che segue, se invertite la polarità la rotazione sarà opposta.

Seguire le indicazioni di collegamento per effettuare i primi test di funzionamento.

I collegamenti tra scheda L298N e Arduino devono essere quelli riportati nello schema e dettagliati nell’immagine che segue. I pin ENA e ENB dovranno essere collegati ai pin 10 e 9 di Arduino che sono pin di tipo PWM con essi controlleremo l’attivazione dei motori e la loro velocità. I pin Arduino di tipo PWM sono quelli indicati dal segno “~“.

Dettaglio collegamento tra L298N ed Arduino UNO

Fate attenzione al collegamento che segue: Pin +12V della Scheda motori con VIN scheda Arduino, ciò consentirà di alimentare direttamente tutta l’elettronica mediante la tensione applicata al Jack di alimentazione di Arduino.

Dettaglio collegamento alimentazione L298N a scheda Arduino UNO (GND – VIN)

L’alimentazione dei motori, della scheda motori e della scheda Arduino UNO avviene collegando una batteria da 9V al Jack di alimentazione di Arduino.

Modalità di alimentazione circuiti

Programmi di test 1

Specifiche: si realizzi la sequenza che ripete ciclicamente la rotazione avanti e indietro delle due ruote del robot:

  • Il motore Sx ruota in senso antiorario (in avanti) per 500 millisecondi (o,5 secondi).
  • Il motore Sx si ferma per 500 millisecondi.
  • Il motore Sx ruota in senso orario (indietro) per 500 millisecondi
  • Il motore Sx si ferma per 500 millisecondi
  • Il motore Dx ruota in senso antiorario (in avanti) per 500 millisecondi (o,5 secondi).
  • Il motore Dx si ferma per 500 millisecondi.
  • Il motore Dx ruota in senso orario (indietro) per 500 millisecondi
  • Il motore Dx si ferma per 500 millisecondi

Quando effettuate l’upload del programma sulla scheda Arduino scollegate la batteria di alimentazione di EduRobot.

Per collegare il cavo USB alla scheda Arduino potrebbe essere necessario togliere la ruota SX.

Per il test del programma posizionate il robot in una modalità in cui le ruote non toccano la superficie di appoggio, per esempio come rappresentato in figura:

Ricordate che la polarità di collegamento dei motori alla scheda L298N è opposta, nel caso di discordanza di rotazione rispetto a quanto indicato nel programma provate ad invertire la modalità di collegamento dei motori sulla breadboard oppure variate il programma.

Esercizio 1

Realizzare un programma che ciclicamente esegua la sequenza: avanzamento di EduRobot in avanti per 500 millisecondi, si ferma nella posizione per 500 millisecondi e successivamente torna indietro (in retromarcia) per 500 millisecondi e si ferma nella posizione per 500 millisecondi.

Esercizio 2

Realizzare un programma che faccia compiere ciclicamente a EduRobot il perimetro di un quadrato. Il tempo di percorrenza di ogni singolo lato deve essere di 500 millisecondi e la velocità di rotazione deve essere ridotta a 150 (variabile: velocita = 150).

Semplifichiamo la gestione dei motori

Per semplificare la gestione dei motori utilizziamo una specifica libreria sviluppata da yohendry e che dovrà essere prelevata dal seguente link: https://github.com/yohendry/arduino_L298N

Il file zip scaricato dovrà essere installato all’interno di Arduino (per i miei allievi questa operazione richiede le password di amministratore del computer, chiedere il supporto dell’Assistente di Laboratorio).

Per installare la libreria: Sketch > Include library > Add ZIP Library… e caricare il file ZIP precedentemente scaricato:

All’interno della libreria troverete una cartella con due esempi che potete utilizzare per comprendere il funzionamento della libreria:

Programma test n. 2

Specifiche: Utilizzando la libreria appena installata per realizzare un programma che ciclicamente esegua i seguenti passi:

  • avanti per 500 millisecondi
  • sosta di 500 millisecondi
  • indietro per 500 millisecondi
  • sosta di 500 millisecondi.

Programma test n. 3

Specifiche: Utilizzando la libreria appena installata per realizzare un programma che ciclicamente esegua i seguenti passi:

  • avanti per 500 millisecondi
  • sosta di 500 millisecondi
  • rotazione a destra per 500 millisecondi
  • sosta di 500 millisecondi
  • rotazione a sinistra per 500 millisecondi
  • sosta di 500 millisecondi
  • indietro per 500 millisecondi.

Impostare la velocità dei motori a 100.

Esercizio 3

Dovreste aver notato che il robot accelerando in avanti si alza bruscamente (impenna) siete in grado di realizzare un programma che faccia accelerare gradualmente in avanti il robot?

Esercizio 4

Utilizzando la libreria appena installata realizzare un programma che faccia muovere EduRobot lungo il perimetro di un quadrato.

Buon lavoro.

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EduRobot – ASL (Alternanza Scuola Lavoro) – Manuale di costruzione – 1/3

Al terzo anno, presso l’istituto dove attualmente lavoro, l’ITIS G.B. Pininfarina di Moncalieri (To), gli studenti svolgono un’attività di azienda simulata e per l’occasione, visto i tempi brevi di cui si dispone ho ripreso un progetto di qualche anno fa EduRobot (trovate i riferimenti seguendo il link), un kit robotico con struttura in legno a bassissimo costo che sviluppai come parte di un modulo di automazioni che svolsi in altra scuola.

L’idea è quella di simulare un’azienda che sviluppa e produce kit robotici per la didattica per l’insegnamento del Coding per gli studenti di scuola media. Gli studenti sulla base del kit che ho prodotto, dovranno costruirlo, programmarlo, pensare a soluzioni per migliorarlo sia dal punto di vista hardware che software, realizzare la manualistica e depliant pubblicitari in lingua inglese.

Questo manuale di lavoro vuole essere la guida per i miei allievi di 3A Automazione e 3B Automazione e per tutti coloro che intendono realizzare un robot.

La struttura è costituita da un supporto in legno su cui collocare tutta l’elettronica, la struttura potrete realizzarla di qualsiasi altro materiale o forma in quanto gli elementi di base sono realizzati in 3D e si adattano a qualsiasi supporto, per recuperare il materiale precedente acquistato riutilizzerò la base di EduRobot.

Per chi desidera stampare gli elementi seguite il link alla pagina di Thingiverse dove ho reso disponibile tutti i file, troverete gli elementi che si adattano ad EduRobot e gli elementi generici che potrete usare per qualsiasi robot.

Per i miei allievi: tutti gli elementi sono stati già stampati e la breadboard è già fissata su un supporto in legno.

Nei file stl che trovate su Thingiverse ho aggiunto un il file: Supporti-Motori-Universale.stl da sostituire a Supporti-Motori-EduRobot.stl nel caso in cui voi non basate la vostra costruzione su EduRobot.

Nel prossimo futuro sostituirò la batteria di alimentazione da 9V con una batteria LiPo.

Il manuale è strutturato in 3 parti

  1. Manuale di costruzione (questa pagina)
  2. Manuale collegamenti elettrici
  3. Manuale di programmazione

Per i miei studenti del Pininfarina

  • Tutta l’attività sarà valutata.
  • Sarà fornito un kit già montato che dovrà essere condiviso tra la 3A Automazione e 3B Automazione in modo che, nel caso di dubbi, possiate usarlo come riferimento.
  • Tutti gli elementi stampati in 3D dovranno essere fissati con delle viti metalliche. Ricordo a tutti di non forzare troppo il serraggio delle viti in quanto potreste rompere gli elementi stampati in 3D.
  • Tutti gli elementi consegnati sono di proprietà del sottoscritto e poiché userò questi elementi anche in altre classi vi chiedo la massima cura nella gestione dei materiali, nel caso di problemi non esitate a contattarmi.
  • Questa manualistica di assemblaggio sarà conservata nella sezione EduRobot di questo sito.
  • Attenzione alla gestione dei motori! I cavi di collegamento sono saldati ai due poli del motore, questi sono estremamente delicati, per evitare rotture ho utilizzato una fascetta di plastica che dovrebbe evitare il distacco.
  • Nella kit fornito aggiungerò un quantitativo di dadi e viti maggiore a quello realmente necessario, saranno tutti di misura M3.
  • Non sono richiesti attrezzi aggiuntivi, all’interno del kit avete ha disposizione anche un piccolo cacciavite a stella sufficiente per la costruzione del robot, se preferite potete utilizzare anche gli strumenti disponibili in laboratorio.
  • Nel caso di rotture di qualsiasi apparato comunicare tempestivamente al docente presente in aula e poi a me in modo da poter sostituire tempestivamente l’oggetto (ma spero ciò non accadrà 😉 ).
  • Al termine di ogni lezione riporre all’interno del contenitore fornito tutti i semilavorati.
  • Ogni scatola è numerata, su di essa è indicato il numero del gruppo e la classe.
  • In ogni scatola troverete un piccolo contenitore dove riporre le minuterie.
  • Ogni robot è numerato. Il numero del robot NON coincide con il numero della scatola.
  • Non sono richieste saldature.

Procedimento

Orientamento del robot

Nelle spiegazioni si farà riferimento all’orientamento specificato nelle immagini che seguono:

Passo 1

Per questa fase avrete bisogno di:

  • breadboard
  • alloggiamento batteria di scorta
  • due dadi M3
  • due viti M3 da 12 mm
  • giravite a stella

Fissare sulla basetta di compensato con due viti da 12 mm la breadboard (già fissata su basetta di legno) e l’alloggiamento per la batteria di riserva.

Passo 2

Per questa fase avrete bisogno di:

  • caster ball
  • due dadi M3
  • due viti M3 da 10 mm
  • giravite a stella

Fissare la caster ball facendo attenzione all’orientamento, l’elemento di rinforzo obliquo deve essere orientato come riportato in figura, i dadi M3 devono entrare nella sede della struttura della caster ball, serrare il tutto con viti da 10 mm.

Passo 3

Per questa fase avrete bisogno di:

  • elementi realizzati al passo precedente
  • due supporti motori
  • quattro dadi M3
  • quattro viti M3 da 12 mm
  • giravite a stella

Fissare i motori alla basetta di compensato mantenendo la testa delle viti verso il lato inferiore del robot così come indicato nell’immagine.

Passo 4

Per questa fase avrete bisogno di:

  • elementi realizzati al passo precedente
  • due motori
  • quattro dadi M3
  • quattro viti M3 da 25 mm
  • giravite a stella

Fissare i motori ai supporti usando due viti da 25 mm. L’orientamento dei motori deve essere con i punti di saldatura dei fili verso l’interno della struttura, così come indicato nell’immagine che segue. Far passare i cavi dei motori attraverso i fori quadrati.

Passo 5

Per questa fase avrete bisogno di:

  • scheda motori L298N
  • supporto scheda motori
  • 3 dadi M3
  • 3 viti M3 da 10 mm
  • giravite a stella

Avvitare la scheda motori L298N con 3 viti da 12 mm.

Verificate che i jumper siano disposti come rappresentati nell’immagine che segue:

Passo 6

Per questa fase avrete bisogno di:

  • elementi assemblati del passo precedente
  • scheda Arduino
  • supporto compensato
  • 4 dadi M3
  • 4 viti M3 da 35 mm
  • supporto scheda Arduino
  • giravite a stella

Sul lato superiore della basetta di compensato posizionare il supporto per la scheda Arduino ed inserire le 4 viti M3 da 35 mm e su di esso inserire la scheda L298N in modo da realizzare una struttura a sagwitch.

Passo 7

Per questa fase avrete bisogno di:

  • elementi assemblati del passo precedente
  • 2 dadi M3
  • 2 viti M3 da 10 mm
  • batteria da 9V
  • jack connessione batteria
  • giravite a stella

Avvitare con due viti da 10 mm l’alloggiamento per la batteria da 9V mantenendo i due svasi del supporto batteria verso il lato sinistro come indicato nell’immagine.

Passo 8

Per questa fase avrete bisogno di:

  • elementi assemblati del passo precedente
  • 2 ruote

Inserire le ruote. Fate attenzione! Non spingete con forza. Il profilo del foro e del mozzo sono costituiti da un mozzo smussato è l’inserimento può avvenire in un solo modo.

Passo 9

Per questa fase avrete bisogno di:

  • elementi assemblati del passo precedente
  • batteria 9V di riserva

Inserire la batteria aggiuntiva nella sede al di sotto del robot. Questa batteria servirà inoltre per appesantire il robot nella parte anteriore ed evitare che in accelerazione il robot si alzi anteriormente.

Buon lavoro 🙂

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Errori comuni nell’uso di Arduino – utilizzo scorretto dei tipi float e integer

Continuo la segnalazione degli errori più comuni che riscontro nella correzione delle esercitazioni su Arduino che svolgo con i miei allievi.

Capita molto spesso per errore di effettuare calcoli in cui i valori appartengono a tipi diversi, ad esempio quando dividiamo un numero di tipo float ed un numero di tipo int. L’operazione è permessa dal compilatore in quanto l’operazione può essere sfruttata dal programmatore, ma se non si conosce come funzionano le conversioni di tipo in C si rischia di commettere errori.

L’operazione di conversione di tipo è conosciuta anche come typecasting e converte una variabile da un tipo di dato a un altro e può avvenire nelle due direzioni, ad esempio da float ad int o da int a float

Ricordo che:

Il tipo di dato int viene usato per gestire numeri interi, quindi senza decimali e memorizzano valori a 16 bit (2 byte) nel range da 32.767 a -32.768

Il tipo di dato float è usato per i numeri in virgola mobile per la rappresentazione di numeri piccolissimi o grandissimi con o senza segno e con o senza decimali. I float sono memorizzati utilizzando 32 bit (4 byte) nel range tra 3,4028235E+38 a -3,4028235E+38.

Cosa vi aspettate venga visualizzato sulla Serial Monitor?
Dovreste verificare che la divisione restituisce il valore 2, anche se l’operazione dovrebbe restituire il valore 2,5.

Il compilatore vi mostrerà solamente il valore intero.
Per evitare questo problema potete agire in due modi.

Modo 1

Possiamo convertire gli interi in float, in modo che il compilatore sappia trattarli come float anziché interi:

Modo 2

Potete aggiungere un decimale al valore di tipo float, nel caso del valore 10 il valore decimale che possiamo aggiungere è 0, quindi scriveremo il numero come 10.0

Qual è il metodo migliore? Dipende, probabilmente il secondo metodo risulta più chiaro e snello nella scrittura, ma siete liberi di scegliere quello che preferite.

Buona Sperimentazione 🙂

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EduRobot il ritorno

Prossima settimana per le classi terze impegno di Alternanza Scuola Lavoro presso l’ITIS G.B. Pininfarina, attività di azienda simulata, purtroppo sono stati ridotti i tempi grazie alla legge di bilancio e quindi cosa fare per le due classi 3 Automazione che seguo?

Ho strutturato un’attività derivata da una parte di un modulo didattico di automazione e microcontrollori che sviluppai negli scorsi anni e che ho riadattato nei contenuti e nella forma per poter essere sviluppata in una settimana, come ho disegnato il tutto?

Obiettivo:

ci si pone nelle condizioni di un’azienda che vuole produrre kit robotici per la didattica, l’obiettivo è assemblare i kit che fornirà il Prof., produrre esempi di codice, sviluppare miglioramenti nella struttura e nel codice, pensare al materiale pubblicitario, sviluppare la documentazione tecnica e pubblicitaria in italiano e in inglese.

Per accelerare i tempi ho ripreso il progetto EduRobot sviluppato qualche anno fa, un kit in legno molto semplice nella struttura e nell’elettronica, il progetto si era perso tra gli scatoloni della mia soffitta 🙂

Ho riesumato il tutto e realizzato alcuni elementi 3D adattandoli ai fori già presenti sulla basetta di compensato, in questo modo il kit diventa più semplice nell’assemblaggio.

Curiosamente ho notato che con 4 piccoli elementi stampati in 3D è possibile realizzare un robot semplice di qualsiasi forma si desidera, potreste fissare questi elementi su una basetta rigida: compensato, plexiglass, cartone, ecc… Mi sto convincendo che diventerà uno degli ausili che utilizzerò nei prossimi mesi a scuola, perché?

“Poca spesa tanta resa” 🙂

Per ridurre gli spazi ho impilato un L298N Dual H-Bridge su un Arduino.
Per ora ho utilizzato come fonte di alimentazione una batteria da 9V, certamente so che non è la soluzione migliore, ma pensando a due classi 3, risulta la soluzione che nei tempi e nelle disponibilità economiche risulta più vantaggiosa, modificare il tutto con una pratica batteria LiPo è molto semplice… ci penserò nei prossimi mesi.
Per bilanciare meglio il robot ho aggiunto come peso un batteria aggiuntiva di riserva posta in prossimità della caster ball. Sto già disegnando adattamenti per Raspberry Pi e BBC micro:bit che cercherò di rendere disponibile nel breve.

Certamente entro lunedì proporrò un breve manuale di costruzione e programmazione (riprendo molte cose che ho già realizzato e scritto su queste pagine) per quanto riguarda i sorgenti per la stampa 3D anche questi saranno disponibili da lunedì su Thingiverse, in modo che anche altri, spero, possano utilizzare il materiale per sviluppare attività didattiche.

Tanto merito per la riuscita di questo piccolo progetto alla mia nuova Anet A8 sta stampando giorno e notte da 3 giorni 🙂

A presto.

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