Nuova sezione dedicata a Processing!

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Ho appena pubblicato una pagina che raccoglie tutte le mie lezioni, esercizi e materiali su Processing in un unico posto comodo da consultare.

Trovate il link diretto nel banner “Processing”, ben visibile nella colonna destra del sito: cliccate e accedete alla raccolta completa, in continuo aggiornamento.

Se state seguendo il corso o cercate ispirazione per le vostre attività in classe, date uno sguardo e fatemi sapere cosa ne pensate ed ovviamente se avete suggerimenti nella realizzazione di lezioni non esitate a segnalarmeli.

Grazie

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Lezione 5 – Corso di Elettronica Creativa con Arduino Sensor Kit

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Il Buzzer

Quando progettiamo un impianto di automazione abbiamo quasi sempre bisogno di avvisare l’utente di uno stato o di un’anomalia. Oltre alle classiche spie luminose, un modo immediato per “farsi sentire” è impiegare un buzzer, noto colloquialmente come cicalino. Questo piccolo attuatore trasforma un segnale elettrico in un impulso sonoro che può variare da un semplice beep continuo a brevi toni di diversa frequenza.

Tipologie principali di buzzer

Attivo
Contiene un oscillatore interno che genera automaticamente la frequenza fissa non appena viene alimentato.
Con Arduino basta portare il pin di alimentazione a livello HIGH/LOW per abilitare o silenziare il suono.

Passivo
Non possiede oscillatore: necessita di un’onda quadra esterna per farlo vibrare.
Arduino può pilotarlo con PWM (analogWrite) o con la funzione tone() per scegliere la frequenza desiderata.

Tecnologie costruttive

I buzzer – siano essi attivi o passivi – possono realizzarsi con due differenti principi fisici:

  • Magnetici
    una bobina varia il campo magnetico e fa oscillare una sottile membrana metallica.
  • Piezoelettrici
    un disco di materiale piezo si deforma quando riceve tensione, generando la vibrazione acustica.

La scelta fra le due tecnologie dipende principalmente da:

  1. Segnale di pilotaggio disponibile (continua, PWM, ampiezza)
  2. Pressione sonora richiesta (volume)
  3. Spazio e forma concessi dal progetto

Come funziona un buzzer attivo

All’interno è presente un piccolo circuito oscillatore che, alimentato in continua, fa variare il campo magnetico di una bobina. La bobina è rigidamente accoppiata a una membrana, la quale vibra alla frequenza impostata dal circuito e produce un suono costante. In pratica: lo accendiamo – suona; lo spegniamo – tace.

Dati tecnici

  • Tensione nominale: 6V DC
  • Tensione di esercizio: 4-8V DC
  • Corrente nominale: < 30mA
  • Tipo di suono: segnale acustico continuo
  • Frequenza di risonanza: ~2300 Hz

Come funziona un buzzer passivo

Il buzzer passivo è sprovvisto di oscillatore e si comporta come un piccolo altoparlante: emette il tono dell’esatta frequenza del segnale che riceve. Con Arduino possiamo quindi:

  • generare una frequenza fissa con tone(pin, freq);
  • modulare il duty-cycle tramite analogWrite() per variare il volume;
  • creare melodie cambiando velocemente frequenza e durata.

Dati tecnici

  • Tensione nominale: 5V DC
  • Tensione di esercizio: 4-8V DC
  • Corrente nominale massima: ≤ 32 mA
  • Min. Uscita audio a 10 cm: 85 dB
  • Temperatura di esercizio: da 20°C a 45°C

Poiché vogliamo utilizzare il buzzer dell’Arduino Sensor Kit a questo punto possiamo chiederci:

“ma di che tipo è il buzzer di questo kit?”

E’ un buzzer di tipo passivo.

Nelle spiegazioni abbiamo parlato di PWM, di seguito alcuni dettagli, ma se volete approfondire consultate le mie slide: Alfabeto Arduino – Lezione 2 e l’approfondimento su questo sito: Arduino – Approfondimenti sulla modulazione di larghezza di impulso (PWM).

Per uno studio ancora più approfondito: Secrets of Arduino PWM.

Che cos’è il PWM

La modulazione di larghezza d’impulso, o PWM (Pulse Width Modulation), è una tecnica che permette di ottenere effetti analogici usando mezzi digitali. Il controllo digitale genera un’onda quadra, un segnale che passa continuamente da acceso (ON) a spento (OFF). Variando la frazione di tempo in cui il segnale rimane acceso (alto) rispetto a quella in cui rimane spento (basso), è possibile simulare tensioni intermedie tra lo 0 V (spento) e i 5 V (acceso al 100 %). Il periodo in cui il segnale resta acceso si chiama larghezza dell’impulso. Modificando (ovvero modulando) questa larghezza si ottengono valori analogici diversi. Se la commutazione ON/OFF avviene abbastanza velocemente, il segnale risulta percepito come una tensione “media” continua compresa tra 0 V e 5 V.
Questo segnale PWM può dunque essere usato per controllare con facilità un buzzer passivo.
Per generare segnali PWM con Arduino si utilizza la funzione analogWrite(), mentre digitalWrite() produce solo segnali in corrente continua (DC).
Sulla tua scheda ci sono sei pin digitali contrassegnati dal simbolo “~” (tilde), che indica la capacità di gestire un segnale PWM: 3, 5, 6, 9, 10, 11. Questi sono chiamati pin PWM.

Collegamenti

Come abbiamo detto precedentemente Il buzzer del kit è passivo: non produce autonomamente il tono, ma vibra quando riceve un’onda quadra. Con analogWrite() inviate un’onda PWM; variando il duty-cycle (0-255) variate il volume.

Esempio 1:  emissione di un beep

/* Prof. Maffucci Michele
   beep con il buzzer
   14.05.25
*/

const int BuzzerPin = 5;       // D5 ha anche il simbolo ~ = PWM

void setup() {
  pinMode(BuzzerPin, OUTPUT);  // imposta il pin come uscita
}

void loop() {
  analogWrite(BuzzerPin, 128); // 50 % di duty-cycle ≈ volume medio
  delay(1000);                 // suona per 1 s
  analogWrite(BuzzerPin, 0);   // silenzio
  delay(1000);                 // pausa di 1 s
}

Funzionamento del codice

  • pinMode()
    imposta il pin in uscita, così può fornire tensione
  • analogWrite(pin, val)
    genera un’onda quadra a ~490 Hz sul pin; val è il duty-cycle (0 = 0 %, 255 = 100 %)
  • delay(ms)
    pausa del programma – qui determina per quanto tempo il buzzer resta attivo/inattivo

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Corso di Processing – lezione 05

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Le Primitive Grafiche 2D in Processing

Processing offre diverse funzioni per disegnare forme geometriche di base in uno spazio bidimensionale. Vediamo come utilizzare alcune delle principali primitive, modificando dimensioni e spessori per migliorarne la visibilità.

Punto – point()

La funzione point() disegna un singolo pixel sullo schermo. In 2D, accetta due parametri: la coordinata x (orizzontale) e la coordinata y (verticale).

size(400, 400);  // Imposta la finestra a 400x400 pixel
strokeWeight(5); // Aumenta la dimensione del punto
point(200, 200); // Disegna un punto al centro della finestra

Il punto è stato disegnato alle coordinate (200, 200). Aumentando lo spessore con strokeWeight(5), sarà più visibile.

Variante

Possiamo disegnare più punti per creare una disposizione geometrica precisa.

size(400, 400);
strokeWeight(6);
point(100, 100);
point(300, 100);
point(100, 300);
point(300, 300);

Questo codice posiziona quattro punti agli angoli di un quadrato immaginario.

Linea – line()

Per disegnare una linea, dobbiamo specificare le coordinate (x1, y1) del punto di partenza e (x2, y2) del punto di arrivo.

size(400, 400);
strokeWeight(4); // Imposta uno spessore maggiore
line(50, 100, 350, 300); // Disegna una linea diagonale

Variante

Disegniamo una “X” con due linee incrociate perpendicolari tra loro.

size(400, 400);
strokeWeight(3);
line(50, 50, 350, 350);
line(350, 50, 50, 350);

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Lezione 4 – Corso di Elettronica Creativa con Arduino Sensor Kit

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Il potenziometro

I potenziometri sono tra i resistori variabili più diffusi la cui legge di variazione della resistenza dipende da una grandezza meccanica (generalmente la rotazione di un albero, in qualche caso lo spostamento rettilineo di un cursore).

I resistori variabili sono schematicamente indicati con uno dei due simboli riportati di seguito:

Un resistore variabile è caratterizzato dal suo valore ohmico esistente tra i due terminali fissi; esso può essere utilizzato all’interno di un circuito in due modi come reostato, utilizzato come regolatore di corrente o come potenziometro utilizzato come regolatore di tensione, in questa lezione ne vedremo l’utilizzo come potenziometro.

Non tutti i potenziometri sono uguali, nei potenziometri “logaritmici” (usati negli amplificatori audio) la variazione di resistenza segue una curva esponenziale per meglio adattarsi alla percezione umana del volume.

Obiettivi di questa lezione

  1. Comprendere il funzionamento del potenziometro come partitore di tensione variabile.
  2. Collegare correttamente il modulo Potentiometer Grove allo shield Arduino Sensor Kit.
  3. Misurare la posizione del cursore con analogRead() e convertire in un valore all’interno di un range fissato.
  4. Utilizzare l’istruzione di controllo di flusso IF-THEN-ELSE.

Teoria di base

  • Il microcontrollore ATmega328 è dotato si 6 ADC (Analog to Digital Converter – Convertitori Analogici Digitali)
  • Gli ingressi analogici leggono valori compresi tra 0 e 5 volt
  • La risoluzione dei valori convertiti in digitale è di 10 bit (1024 valori)
  • Ogni bit equivale a valori di tensione pari a 5/1024 = 4,8 mV che è la più piccola misura di tensione che si può rilevare

Le grandezze fisiche del mondo reale sono di tipo analogico ed Arduino dispone di una serie di ingressi adibiti alla lettura di grandezze di tipo analogico, che come dettagliato nella lezione 1, vengono poi convertire dal microcontrollore in grandezze di tipo digitale.

Le variazioni di grandezze di tipo analogico vengono lette da Arduino come variazioni di tensione sugli ingressi analogici.

Un sensore generico quindi, connesso sui pin analogici fornirà una tensione che sarà funzione della grandezza fisica misurata.

Per poter simulare la variazione di tensione e quindi studiare il comportamento di un generico sensore e capire come leggere valori analogici, utilizzeremo in questa fase un potenziometro o un trimmer, componente elettronico che consente di variare la tensione presente ai suoi capi.

Il Grove Rotary Potentiometer

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Il Reference di Processing: un supporto essenziale

Quando si lavora con Processing, è importante avere a disposizione un punto di riferimento per consultare rapidamente le funzioni disponibili e il loro utilizzo. La documentazione ufficiale di Processing, accessibile all’indirizzo Processing Reference, offre una panoramica completa delle funzionalità del linguaggio.

Cercando una funzione, come ad esempio line(), è possibile visualizzare una scheda dettagliata che include:

  • Il nome della funzione, per identificarla rapidamente.
  • Esempi pratici, con codice e immagini che illustrano il comportamento della funzione.
  • Una descrizione, che spiega il suo utilizzo e i parametri richiesti.
  • La sintassi corretta, utile per scrivere il codice senza errori.
  • L’elenco dei parametri accettati, per capire quali valori inserire.
  • Il tipo di valore restituito (se presente), che indica cosa produce la funzione come risultato.
  • Funzioni correlate, per esplorare comandi simili o complementari.

Utilizzare la Reference senza connessione Internet

Se non si ha accesso a Internet, niente paura! Quando si installa Processing, una copia della Reference viene salvata automaticamente sul computer. È possibile consultarla in qualsiasi momento selezionando Help > Reference dal menu dell’IDE.

Un trucco per trovare velocemente informazioni

Se si sta scrivendo codice e si ha un dubbio su una funzione già utilizzata, esiste un metodo rapido per accedere alla documentazione relativa. Basta:

  1. Evidenziare il nome della funzione nel codice.
  2. Selezionare Help > Find in Reference (oppure, su Mac, usare la scorciatoia ⇧⌘F – Shift + Command + F).

Questo comando apre direttamente la pagina della Reference dedicata alla funzione selezionata, evitando di doverla cercare manualmente.

Come interpretare la Reference

La documentazione è disponibile solo in inglese, ma anche chi non ha familiarità con la lingua può facilmente individuare le informazioni essenziali. Ecco come leggere una tipica scheda di una funzione:

  • Name – Il nome della funzione.
  • Examples – Esempi pratici di utilizzo, con codice e immagini.
  • Description – Una spiegazione più o meno dettagliata sul funzionamento della funzione e sui parametri accettati.
  • Syntax – Le diverse modalità di utilizzo della funzione, con il numero di parametri che può accettare. Ad esempio, line(x1, y1, x2, y2) per il 2D e line(x1, y1, z1, x2, y2, z2) per il 3D.
  • Parameters – I tipi di dati richiesti per ogni parametro (es. numeri interi, float, stringhe).
  • Returns – Se la funzione restituisce un valore, qui viene indicato il tipo di dato prodotto.
  • Related – Altre funzioni simili o complementari, utili per approfondire ulteriormente.

Imparare a consultare la Reference in modo efficace permette di scrivere codice in Processing con maggiore sicurezza e velocità. Sfruttando sia la versione online che quella locale, è possibile avere sempre a portata di mano tutte le informazioni necessarie per esplorare il linguaggio e migliorare le proprie competenze di programmazione.

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