Coding a scuola con BBC micro:bit – caccia al tesoro

Condivido la scheda di lavoro per la realizzazione di un’attività di Coding con micro:bit che ha come obiettivo all’allenamento allo svolgimento delle simulazioni delle prove INVALSI per i bambini di scuola elementare attraverso la realizzazione di un gioco di caccia al tesoro con micro:bit

L’attività è stata realizzata qualche giorno fa con allievi di 4’ elementare.

E’ possibile, con piccole modifiche adattare l’attività per studenti delle scuole medie, per gli studenti di scuola superiore potrebbe esssere proposto l’utilizzo dei linguaggi di programmazione JavaScript oppure MicroPython.

Preparazione

Tesoro: costituito da una scatola di caramelle al cui interno viene inserito un micro:bit che emette un segnale identificativo a bassa potenza. La scatola di caramelle viene nascosta nel giardino della scuola.

Sistema di ricerca: ogni allievo, o gruppi di allievi, viene assegnato un micro:bit da utilizzare come sistema di ricerca tesoro.

L’attività è suddivisa in 4 parti

Parte 1

Spiegazione e realizzazione programmi da inserire sui micro:bit “cercatori”

Parte 2

Tutti i kit micro:bit vengono ripresi dal docente che provvederà a disasseblare ogni parte nel seguente modo:

1. scheda
2. contenitore batterie
3. coperchio contenitore batteria
4. batteria 1
5. batteria 2

I kit disassemblati saranno inseriti in apposita scatola che identifica l’allievo o il gruppo.

Parte 3

Si dispongono in ogni scatola 5 domande (ogni domanda scritta su un singolo foglietto) prese dai questionari dell’INVALSI. Ogni allievo o gruppo avrà domande diverse dagli altri studenti.

Parte 4

Caccia al tesoro

Procedura

  1. Ad ogni domanda sarà associato un elemento del kit.
  2. Per rispondere alle domande gli allievi dovranno essere muniti solo di una matita e di una gomma.
  3. Alla partenza del gioco l’insegnante assegnerà a ciascun allievo/gruppo la prima domanda, se la risposta dello studente sarà corretta l’allievo guadagnerà un elemento del kit e potrà richiedere il secondo fogliettino su cui è riportato il secondo quesito e così di seguito fino all’ultima domanda.
  4. Quando il kit sarà completato e quindi lo studento o il gruppo avrà risposto correttamente a tutte le domande allora sarà possibilità correre in giardino per cercare il tesoro.
  5. Il gruppo che trova il tesoro, costituito da caramelle gommose, regala a ciascun allievo della classe una caramella e tiene per se la restante parte di caramelle.
    Perché quelle gommose? Perché io ne sono goloso 😉

Variante 1

E’ possibile guadagnare degli indizi rispondendo ad altre domande INVALSI.

Fasi di svolgimento dell’attività

  • Fase 1
    Caccia al tesoro 1: creare dei gruppi di allievi (massimo 3 per gruppo) che rispondono insieme alle domande.
  • Fase 2
    Caccia al tesoro 2: attività svolta singolarmente da ogni studente

Variante 2 (facilitata)

  • Fase 1
    Tutti gli allievi singolarmente svolgono la simulazione della prova INVALSI
  • Fase 2
    La maestra corregge e spiega in classe le prove insieme agli allievi
  • Fase 3
    Si ripete l’attività di caccia al tesoro con le stesse domande svolte singolarmente nella fase 1

Variante 3 (divertente)

  • La maestra n. 1, munita della sua borsa/zaino personale annuncia alla classe che uscirà dalla classe per nascondere il tesoro in giardino, appena esce dalla classe, senza essere vista dagli allievi nasconde la scatola nella sua borsa.
  • La maestra 2 in classe dirà agli allievi di collegare le batterie solamente quando saranno in giardino e quando darà il via.
  • Mentre gli allievi cercano il tesoro, la maestra 1 con aria indifferente, camminerà nel giardino, dopo un po’ di tempo la maestra 2 dirà: “ragazzi mi sembrate in difficoltà! Non sarà il caso di chiedere qualche indizio?”
    Chiedere un indizio, come detto sopra consiste nel rispondere ad altre domande INVALSI.
  • Procedere fino a quando ritenete 🙂

Ovviamente potete procedere aggiungendo delle prove per far ottenere indizi agli allievi, ad esempio:

Per ottenere l’indizio bisogna:

  1. rispondere alle domande invalsi
  2. fare una capriola
  3. fare un giro di campo
  4. bere un bicchiere d’acqua
  5. mangiare una mela

o quello che vie viene in mente e che pensate possa essere utile per il bene dell’allievo.

L’attività di Coding per la realizzazione dei programmi per il tesoro e per la ricerca del tesoro sono ripresi integralmente dall’attività: Hot or Cold sul sito di riferimento.
Sempre allo stesso link trovate anche gli esempi per realizzare il codice per una caccia al tesoro in cui si bisogna cercare più tesori.

Fasi in via di sperimentazione

Realizzare un sistema di ricerca munito di altoparlante che emette impulsi a frequenza diversa in funzione della distanza dal tesoro.


Scheda di lavoro

OBIETTIVO

  • Utilizzo di un micro:bit per cercare un TESORO.
    Il TESORO è nascosto all’interno di una scatola al cui interno è disposto un micro:bit TRASMETTITORE che emette un segnale identificativo a bassa potenza.
    Il sistema di ricerca è costituito da un micro:bit CERCATORE assegnato agli allievi.

Requisiti

  • Per lo svolgimento dell’attività è indispensabile avere 1 micro:bit per il TESORO e almeno 1 micro:bit per allievo o gruppo di allievi da utilizzare come sistema di ricerca.

Ripasso

Usare la funzione radio di micro:bit

  • Il micro:bit può funzionare come una radio, può inviare e ricevere messaggi attraverso un segnale radio
  • Una radio che può inviare e ricevere informazioni è chiamata ricetrasmettitore
  • Attraverso il segnale radio di micro:bit è possibile inviare testo, numeri o anche informazioni dai sensori collegati al micro:bit

Configurazione della trasmissione radio

  • Così come accade per una trasmissione radio che deve essere selezionata per ascoltarla, così anche con micro:bit bisogna selezionare una stazione, nel caso di micro:bit viene chiamato canale o gruppo, in questo modo due o più micro:bit “sintonizzandosi” sul medesimo gruppo potranno ricevere ed inviare messaggi sul gruppo.
  • L’impostazione del gruppo avviene selezionando un numero da 0 a 255, per fare un’analogia con la radio con cui ascolti la musica e come se ci fossero 255 stazioni radio su cui però non puoi solo ascoltare, ma anche inviare i tuoi messaggi.

IMPOSTAZIONE DEL micro:bit TESORO

PASSO 1
Dalla sezione Radio trascinare l’istruzione “radio set group 1” all’interno dell’istruzione “on start”

PASSO 2
Dalla sezione Radio trascinare l’istruzione “radio set trasmission number”
all’interno dell’istruzione “on start”

PASSO 3
Dalla sezione Radio trascinare l’istruzione “radio set trasmission power” ed impostate la potenza ad 1

PASSO 4
All’interno dell’istruzione forever inserire l’istruzione “radio send number 0” che si trova nella sezione Radio

PASSO 5
Dalla sezione Basic inserire due istruzioni “show icon”, una con un cuore grande ed un’altra con un cuore piccolo

PASSO 6
Fate click su Download per trasferire il programma sul micro:bit TESORO

IMPOSTAZIONE DEL micro:bit ESPLORATORE IL MESSAGGIO

PASSO 7
Realizzare un nuovo programma. Cancellate l’istruzione forever
Per poter ascoltare il messaggio che proviene dal TESORO bisogna impostare anche per l’ESPLORATORE lo stesso canale di trasmissione.
Dalla sezione Radio trascinare l’istruzione “radio set group 1” all’interno dell’istruzione “on start”

PASSO 8
Dalla sezione Variables, create una nuova variabile con nome segnale

PASSO 8
Dalla sezione Radio trascinare l’istruzione “on radio received receivedNumber”

PASSO 9
Dalla sezione Variables trascinare l’istruzione “set segnale to” all’interno del campo di

PASSO 10
Dalla sezione Radio trascinare l’istruzione “on radio received signal strenght” al posto dello zero nell’istruzione “set segnale to”

PASSO 11
Per verificare se il TESORO è in prossimità del CERCATORE bisognerà controllare se:

  • il segnale emesso dal TESORO è minore di -90 allora visualizza un diamante piccolo
  • il segnale emesso dal TESORO è minore di -80 allora visualizza un diamante grande
  • se nessuna delle condizioni precedenti è vera, perché il segnale è ancora più potente allora vicinissimi al tesoro, quindi visualizziamo un quadrato

N.B. Fate alcuni esperimenti per valutare la sensibilità del micro:bit usato per cercare il tesoro. Nel caso desiderate cambiare la sensibilità agite sui valori -90 e -80.

PASSO 12
Fate click su Download per trasferire il programma sul micro:bit CERCATORE

Per rendere più agevole l’utilizzo in classe, allego questa scheda di lavoro impaginata in formato PDF.

Scheda di lavoro – caccia al tesoro

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Errori comuni nell’uso di Arduino – evitare lo stato flottante di un pin di Arduino

Uno degli errori tipici che riscontro durante le correzioni degli esercizi dei miei studenti alle prime esperienze nell’uso dei microcontrollori, è quello di ritenere che su un pin non collegato a nulla vi sia la presenza di uno stato logico LOW, questo non è corretto. Viene definito floating (flottante) un pin di ingresso a cui non è collegato nulla, in questa condizione sul pin potrebbe essere presente qualsiasi stato.

L’uso di un resistore collegato in modalità pull-up o pull-down costringerà il pin a uno stato noto, ma questa non è l’unica modalità.  E’ possibile fissare uno stato su un pin utilizzando un metodo, in parte già illustrato in un mio precedente post, che sfrutta l’utilizzo di un resistore di pull-up interno alla scheda. Per abilitare questa resistenza sarà sufficiente indicare all’interno del setup la funzione pinMode() con largomento “INPUT_PULLUP” oppure nella stessa maniera utilizzando le istruzioni:

Per entrambe le modalità noterete che il LED è normalmente accesso, alla pressione del pulsante si spegnerà.

Circuito

Modalità 1

Modalità 2

Nel caso abbiate la necessità di invertire lo stato e fare in modo che il LED sia normalmente spento e si accenda alla pressione del pulsante sarà sufficiente applicare l’operatore NOT, indicato con il simbolo “!”  alla funzione digitalRead(7):

Lo sketch completo sarà:

Potete trovare un ulteriore esempio di applicazione alla pagina 78 delle slide: Alfabeto di Arduino – lezione 2

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Il Coding con il nuovo Scratch 3: per una didattica attiva – 2ª edizione

Innegabile, l’uso di Scratch interessa tantissimo, ne ho continuamente riscontro anche quando svolgo corsi in presenza. Appassionano tantissmo le nuove possibilità di connessione ai dispositi esterni: Lego Mindstorms Ev3, Lego WeDo 2.0, BBC micro:bit, MakeyMakey e molte delle domande che mi sono state fatte durante la passata edizione riguardavano l’interazione con questi kit didattici utilissimi per fare Coding e Robotica.
Ecco che la proposta di Tecnica della Scuola non si è fatta attendere e pertanto condurrò dalla prossima settimana un corso che ha i medesimi contenuti, però metterò ancor di più in evidenza le nuove caratteristiche di interattività con nuove proposte di sperimentazione.

Nel caso foste interessati si solgeranno 4 incontri in webinar di 2 ore ciascuno per un totale di 8 ore di formazione

  • 
Mercoledì 8 maggio 2019 – Ore 17.00/19.00
  • Mercoledì 15 maggio 2019 – Ore 17.00/19.00
  • Giovedì 30 maggio 2019 – Ore 17.00/19.00
  • Venerdì 31 maggio 2019 – Ore 17.00/19.00

Per i contenuti e per la la modalità di iscrizione vi rimando al sito di Tecnica della Scuola.

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Arduino – Approfondimenti sulla modulazione di larghezza di impulso (PWM)

Scrivo questo post ad integrazione della lezione: Arduino – lezione 06: modulazione di larghezza di impulso (PWM) che sto utilizzando con i miei studenti di 4′ informatica per illustrare le modulazioni di tipo digitali. L’obiettivo è quello di mostrare sull’oscilloscopio come varia il  Duty Cycle di un’onda quadra su un pin di tipo PWM di Arduino utilizzato per impostare l’intensità luminosa di un LED mediante una regolazione applicata attraverso un trimmer connesso al pin A0 di Arduino.

Oltre alla visualizzazione sull’oscilloscopio si desidera, come riscontro, la stampa sulla Serial Monitor dei seguenti valori:

  • Tensione in input sul pin A0
  • Valore restituito dalla funzione analogRead() – (tra 0 e 1023)
  • Valore restituito dall’analogWrite – (tra 0 e 254)
  • Valore percentuale del Duty Cycle  (tra 0% e 100%)

Il circuito da realizzare con l’indicazione delle connessioni all’oscilloscopio è il seguente:

Sul canale X verrà visualizzata l’onda quadra in uscita dal pin 11 il cui Duty Cycle sarà regolato agendo sul trimmer.

Sul canale Y verrà visualizzata la tensione continua in input sul pin A0, che sarà convertita dal convertitore Analogico Digitale di Arduino in un valore compreso tra 0 e 1023  (risoluzione di 10 bit). Ricordo che tale conversione sarà fatta con l’istruzione analogRead(pin).

Poiché uno degli obiettivi è quello di visualizzare la tensione rilevata sul pin A0, ricordo che tale misurazione viene fatta utilizzando la funzione analogRead(pin) che legge il valore di tensione (compreso tra 0 e 5V) applicato sul piedino analogico ‘pin’ con una risoluzione di 10 bit e la converte in un valore numerico compreso tra 0 e 1023, corrispondente quindi ad un intervallo di 1024 valori, pertanto ogni intervallo corrisponde ad un valore di tensione Vu di:

Per sapere quindi il valore di tensione rilevato (nell’intervallo tra 0V e 5V) sarà sufficiente moltiplicare la tensione unitaria Vu per il valore restituito dalla funzione analogRead(pin), valore quantizzato indicato con Vq compreso tra 0 e 1023:

Sapendo che Vu corrisponde a 4,88 mV

possiamo anche scrivere che:

Questa formula sarà inserita all’interno dello sketch.

Di seguito la schermata dell’oscilloscopio che visualizza la situazione indicata dai dati stampati sulla Serial Monitor:

  • Vmax(2) indica la tensione in ingresso ad A0 (la piccola discrepanza tra valore indicato sull’oscilloscopio e la stampa sulla Serial Monitor dipende dalle approssimazioni di calcolo).
  • Vmax(1) indica il valore di picco della tensione sul pin 11.

La spiegazione del funzionamento dello sketch sono dettagliate nei commenti:

Buon Coding a tutti 🙂

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Coding a scuola con BBC micro:bit – inviamo messaggi via radio

Condivido una scheda didattica che ho utilizzato durante i miei corsi, è una variante alle sperimentazioni proposte sul sito ufficiale di micro:bit. Alla fine di questa lezione propongo una serie di attività di approfondimento suddivise per scuola elementare e scuola media e superiore. Per rendere più agevolo lo svolgimento della sperimentazione in classe, al fondo di questo tutorial condivido il file in formato PDF.

OBIETTIVO

  • Alla pressione del pulsante A inviare un messaggio di testo utilizzando la funzione radio di micro:bit

REQUISITI

  • Per lo svolgimento dell’attività è indispensabile avere almeno due micro:bit

Usare la funzione radio di micro:bit

  • Il micro:bit può funzionare come una radio, può inviare e ricevere messaggi attraverso un segnale radio
  • Una radio che può inviare e ricevere informazioni è chiamata ricetrasmettitore
  • Attraverso il segnale radio di micro:bit è possibile inviare testo, numeri o anche informazioni dai sensori collegati al micro:bit

Configurazione della trasmissione radio

  • Così come accade per una trasmissione radio che deve essere selezionata per ascoltarla, così anche con micro:bit bisogna selezionare una stazione, nel caso di micro:bit viene chiamato canale o gruppo, in questo modo due o più micro:bit “sintonizzandosi” sul medesimo gruppo potranno ricevere ed inviare messaggi sul gruppo.
  • L’impostazione del gruppo avviene selezionando un numero da 0 a 255, per fare un’analogia con la radio con cui ascolti la musica e come se ci fossero 255 stazioni radio su cui però non puoi solo ascoltare, ma anche inviare i tuoi messaggi.

IMPOSTAZIONE DEL micro:bit CHE INVIA IL MESSAGGIO

PASSO 1

Cancellare l’istruzione forever trascinarla sulla sezioni istruzioni oppure click con tasto destro sull’istruzione e successivamente Delete Block

PASSO 2

Dalla sezione Radio trascinare l’istruzione radio set group 1 all’interno dell’istruzioneon start

PASSO 3

Il messaggio dovrà essere inviato quando viene premuto il pulsante A. Dalla sezione Input inserire nell’area di programmazione un’istruzione “on button A pressed

PASSO 4

Dalla sezione Radio trascinare l’istruzione radio  send string “ ”  ” all’interno dell’istruzioneon button A pressed

PASSO 5

All’interno dell’istruzione radio send string “ ”  ” all’interno delle virgolette, inserire il vostro messaggio, ad esempio: “Ciao”:

PASSO 6

Fate click su Download per trasferire il programma sul primo micro:bit


IMPOSTAZIONE DEL micro:bit CHE RICEVE IL MESSAGGIO

PASSO 7

Per visualizzare il messaggio ricevuto dalla sezione Radio trascinare l’istruzione
on radio received receivedString nell’area di programmazione:

PASSO 8

Dalla sezione Basic selezionare le istruzioni show string e trascinarla all’interno dell’istruzione on radio received receivedString

PASSO 9

Dalla sezione Variables trascinare la variabile receivedString all’interno del campo di testo dell’istruzione show string

PASSO 10

Fate click su Download per trasferire il programma sul secondo micro:bit

PASSO 11

Provate a premere il pulsante A sul primo micro:bit, il messaggio “Ciao” comparirà sul secondo micro:bit


Esercizi per gli studenti di scuola elementare

  1. Fate in modo che il primo micro:bit sia in grado di ricevere messaggi
  2. Fate in modo che il secondo micro:bit sia in grado di inviare messaggi
  3. Inviare messaggi diversi in funzione del pulsante premuto
  4. Inviare e ricevere valori numerici invece di testo
    (suggerimento: usare radio send number e on radioreceivedNumber)

Esercizi per gli studenti di scuola media e superiore

  1. Predisporre i due micro:bit un di fianco all’altro come indicato nella figura.
    Quando viene premuto il pulsante B del micro:bit 1 compare sul suo display una freccia che scorre da sinistra verso destra puntando in direzione del micro:bit 2. Una volta che la freccia scompare dal display del micro:bit 1 comparirà scorrendo da sinistra verso destra sul display del micro:bit 2 e scorrendo uscirà dal display del micro:bit 2.
    Allo stesso modo quando viene premuto il pulsante A del micro:bit 2 compare sul suo display una freccia che scorre da destra verso sinistra puntando in direzione del micro:bit 1. Una volta che la freccia scompare dal display del micro:bit 2 comparirà scorrendo da destra verso sinistra sul display del micro:bit 1 e scorrendo uscirà dal display del micro:bit 1.
  2. Premendo il pulsante A sul display viene visualizzato il numero casuale e premendo il pulsante B il numero casuale viene inviato al secondo micro:bit
  3. Quando su entrambi i micro:bit viene premuto un pulsante, su entrambi viene visualizzato un conto alla rovescia da 5 a 0 e successivamente viene visualizzata la stessa immagine su entrambi i micro:bit tra tre scelte possibili: carta, sasso o forbice

Per rendere più agevole l’utilizzo in classe, allego questa scheda di lavoro impaginata in formato PDF.

scheda di lavoro – inviamo messaggi via radio (PDF)

Buon Coding a tutti 🙂

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M5Stack FIRE

Da qualche giorno utilizzo l’M5stack Fire development kit, si tratta di un un kit di prototipazione basato su un chip ESP32 che permette di realizzare in tempi rapidissimi, applicazioni IoT con la possibilità di utilizzare una serie di schede di espansione di diverso tipo, oppure potete costruirne di vostre. Le schede di espansione si aggiungono impilandole, al di sotto del cuore del kit (la parte in rosso nell’immagine) una sull’altra e sono tra esse vincolate con dei magneti.


Perché ho acquistato M5Stack? Ho la necessità di sviluppare un prototipo di un robot per un progetto didattico in tempi brevi, il progetto necessita di display touch con connessione WiFi, Bluetooth. Ho l’esigenza di costruire rapidamente un’interfaccia grafica su un display da cui gestire il comportamento del robot, inoltre ho bisogno di avere anche degli output sonori e luminosi, quindi leggendo le specifiche dell’M5stack e guardando alcuni video dimostrativi, ho pensato di sperimentarne l’uso. Ovviamente non nego la curiosità nell’utilizzare l’oggetto 🙂

M5Stack Fire è costituito da tre unità separabili. Nell’unità superiore è alloggia tutta l’elettronica principale, l’ESP32, l’antenna 2.4G, l’elettronica per la gestione dell’alimentazione, schermo LCD touch. La parte centrale è chiamata base M5GO, all’interno trova posto una batteria al litio, una presa M-BUS, due strisce LED RGB e altre due porte GROVE. La parte inferiore è adibita alla ricarica, può essere collegata alla base M5GO tramite pin POGO. All’interno dell’M5Stack si trova anche una IMU in grado di fornire la posizione nello spazio del dispositivo.
I moduli disponibili sono moltissimi ed un elenco completo può essere visto seguendo il link, si va dai moduli GSM, moduli PLC, LORA, telecamere e sensoristica di ogni genere, gestione motori, interfacce per Lego Mindstorms e molto altro.

Caratteristiche

  • 5V DC power supply
  • USB Type-C
  • ESP32-based
  • 16 MB Flash
  • 4 MB PSRAM
  • MPU9250
  • Speaker, 3 Pulsanti, LCD(320*240), 1 Reset
  • 2.4G Antenna: Proant 440
  • TF card slot (Dimensione massima 16G)
  • Battery Socket & 1Batteria Lipo da 50 mAh 
  • Connessioni Pins & Holes per l’espansione
  • Grove Port
  • M-Bus Socket & Pins
  • Piattaforme di sviluppo UIFlow, MicroPython, Arduino

Caratteristice ESP32

  • 240 MHz dual core Tensilica LX6 microcontroller con 600 DMIPS
  • Memoria integrata: 520 KB SRAM
  • Integrata sulla scheda: 802.11b/g/n HT40 Wi-Fi transceiver, baseband, stack e LWIP
  • Integrata sulla scheda: dual mode Bluetooth (classic and BLE)
  • Hall sensor
  • Interfaccia capacitiva touch 10x 
  • 32 kHz crystal oscillator
  • PWM/timer input/output available per ogni pin GPIO 
  • SDIO master/salve 50MHz
  • Supporto SD-card

Per maggiori informazioni

  • Sito di riferimento: https://m5stack.com
    da cui accedere alla documentazione, esempi di utilizzo ed accesso all’interfaccia di programmazione a blocchi.
  • Caratteristiche tecniche dettagliate seguendo il link.
  • Canale YouTube da cui potete vedere diverse sperimentazioni

Ho acquistato M5Stack FIRE su Amazon, ma trovate il dispositivo e schede di espansione anche su diversi store cinesi (sul sito di riferimento trovate tutti i link).

Nel breve pubblicherò alcuni risultati sulle sperimentazioni condotte con M5Stack FIRE.

Buon making a tutti 🙂

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Appunti di programmazione su Arduino: Rispondere ad un telecomando ad infrarossi

In preparazione delle prossime lezioni con i miei studenti condivido la traccia dell’attività di laboratorio in cui mostro come con Arduino è possibile comandare i dispositivi collegati al microcontrollore utilizzando un telecomando ad infrarossi.

La comunicazione ad infrarossi (IR) è una tecnologia wireless ampiamente utilizzata e facilmente realizzabile. Tra gli impieghi più noti: telecomandi TV, termometri ad infrarossi, sensori di movimento (PIR) utilizzati ad esempio per gli antifurti.

Utilizzando Arduino si potrebbero realizzare sperimentazioni che utilizzano la comunicazione IR per realizzare telecomandi per il controllo di robot, telecomandi per TV o fotocamere DSLR, oppure sistemi per monitorare la frequenza cardiaca o realizzare sensori di distanza.

In questa lezione spiegherò, spero in maniera in maniera accessibile a studenti ed appassionati di elettronica cosa sono gli infrarossi e come funzionano e successivamente mostrerò come utilizzare qualsiasi telecomando IR e comandare qualsiasi dispositivo  connesso ad Arduino.

Cosa sono gli infrarossi

La radiazione infrarossa è una forma di luce simile alla luce che vediamo intorno a noi, la differenza tra la luce visibile la la radiazione IR risiede nella frequenza e nella lunghezza d’onda. La radiazione infrarossa si trova al di fuori della gamma di luce visibile, quindi gli esserti umani non possono vederla.

Lo spettro elettromagnetico

EM Spectrum Properties it.svg
Di Annuale. Original version in English by Inductiveload – Translation from English version, Pubblico dominio, Collegamento

Luce visibile

Spettro elettromagnetico semplice.png
Di Teolindo04Opera propria, CC0, Collegamento

La comunicazione IR richiede che tra trasmettitore e ricevitore non vi siano ostacoli, si devono trovare in condizione di visibilità reciproca, non sarà quindi possibile trasmettere attraverso ostacoli, come i muri, come invece risulta possibile per la comunicazione WiFi o Bluetooth.

Come funzionano i trasmettitori ed i ricevitori IR

Un tipico sistema di comunicazione ad infrarossi richiede un trasmettitore IR e un ricevitore IR. Il trasmettitore è contenuto molto spesso in un contenitore simile a quello di un LED standard, con la differenza che produce una redazione elettromagnetica nel campo IR invece che nello spettro visibile.

Se guardate la parte anteriore di un telecomando del TV noterete il LED del trasmettitore IR:

Modulazione di un segnale IR

La radiazione elettromagnetica IR viene emessa da molte fonti: dal sole, dalle lampadine e da qualsiasi altra fonte di calore, ciò implica che queste fonti possono disturbare la comunicazione tra i nostri dispositivi IR comportandosi come dei veri e propri segnali di rumore. Per evitare che il rumore IR interferisca con il segnale IR dei nostri dispositivi, viene utilizzata una tecnica che prende il nome di modulazione.

Se prendiamo in considerazione il telecomando di un TV, quando premiamo uno dei pulsanti verrà emesso, tramite il LED IR, una sequenza di accensioni e spegnimenti del LED IR a frequenza fissata (tipica è la frequenza di 38 kHz) secondo uno schema specifico per ogni pulsante premuto.
Ad ogni pulsante è associato uno schema (detti pattern) specifico di 0 ed 1. Ad ogni stato logico è associata la frequenza di 0 Hz nel caso si voglia inviare uno 0 logico ed una frequenza di  38 kHz nel caso si voglia inviare un 1 logico. Gli schemi sono in genere costituiti da sequenze 12 o 32 bit.

Esistono diverse tecniche per ridurre la quantità di errori derivanti dal rumore esterno (soprattutto dalla luce solare), una di queste prevede che alla pressione di uno dei tasti del telecomando un oscillatore interno al trasmettitore fa “lampeggiare” il LED IR ad una frequenza fa per il livello logico 0 e ad una frequenza fb per un valore logico 1.

Il ricevitore prenderà in considerazione solo le sequenze di segnali alle frequenze fa e fb  associate ai valori 1 e 0 e scarterà tutte le altre frequenze che potrebbero essere derivanti da rumore IR esterno.

Sintesi schema di trasmissione e ricezione 

Il trasmettitore invierà la sequenza di o e 1 ad un decoder che riconoscerà la sequenza corretta.

La modalità in cui il segnale IR modulato viene convertito in binario è definito dal protocollo di trasmissione. Esistono diversi protocolli di trasmissione IR definiti dalle aziende produttrici: NEC,  Sony, Matsushita, NEC, RC5 sono tra i protocolli più comuni.

Nel caso del protocollo NEC il ricevitore converte il segnale IR modulato in un segnale binario, usando la seguente regola:

il livello logico 0 viene trasmesso con un impulso IR a livello ALTO lungo 562.5 μs seguito da un impulso IR BASSO lungo 562.5 μs. Un livello logico 1 inizia con un impulso IR a livello ALTO lungo 562,5 μs ad una frequenza di 38 kHz seguito da un impulso IR a livello BASSO lungo 1.687,5 μs.

Ogni volta che si preme un pulsante sul telecomando, viene generato un codice esadecimale univoco, questo sarà il codice che viene modulato ed inviato tramite il segnale IR al ricevitore. Per decifrare quale pulsante è stato premuto sul telecomando bisognerà  fare in modo che il microcontrollore sappia quale codice corrisponde a ciascun tasto sul telecomando.

Tenete in conto che ciascun telecomando, anche di stessa marca, invia codici esadecimali diversi anche per stessa funzionalità del pulsante,  quindi per i vostri progetti dovrete determinare, prima di procedere nelle sperimentazioni, il codice generato per ciascun tasto sul vostro telecomando.

Le schede tecniche dei telecomandi forniscono i codici esadecimali corrispondenti ad ogni tasto, nel caso non riusciate a trovare la scheda tecnica, in questo tutorial mostro come, con un semplice sketch, è possibile trovare immediatamente i codici associati ad ogni pulsante.

Prima di partire con le sperimentazioni

Durante le attività di sperimentazioni potrete utilizzare il telecomando del vostro TV, nel caso desiderate utilizzare telecomandi IR provenienti da apparati che non possedete più probabilmente potrebbe essere il caso verificarne il funzionamento.

Premesso che abbiate controllato la carica delle batterie del telecomando, un modo pratico per verificare il funzionamento del telecomando consiste nell’utilizzare una qualsiasi macchina fotografica digitale, anche quella del vostro smartphone, dispositivi in grado di visualizzare le frequenze IR.

  • Passo 1: spegnete l’illuminazione della stanza (per ridurre il rumore IR)
  • Passo 2: puntata il telecomando verso l’obiettivo
  • Passo 3: premete un qualsiasi pulsante ed osservate lo schermo della fotocamera, dovreste notare una luce tendente al blu, ciò identifica il funzionamento della trasmissione del segnale

Connettere il ricevitore IR ad Arduino

I ricevitori IR più comuni sono: TSOP4838, PNA4602, TSOP2438, TSPO2236

Tutti questi dispositivi presentano gli stessi collegamenti ed il circuito di collegamento ad Arduino è il medesimo, tranne che per il TSOP2438 in cui i piedini +5V e GND sono invertiti rispetto agli altri componenti elencati.

Per questo esercizio utilizzerò un ricevitore IR TSOP2236 – con demodulazione a 36 KHz.

Per poter utilizzare un ricevitore IR è indispensabile includere all’interno degli sketch la libreria IRremote.h che permette la gestione della trasmissione e la ricezione di segnali infrarossi.

Per i dettagli sull’uso della libreria vi rimando:

Nel caso abbiate problemi di utilizzo della libreria IRremote.h vi consiglio la lettura dell’articolo pubblicato su questo sito:

Arduino: problemi con la libreria IRremote.h – come risolverli

Ricordo che per l’invio dei segnali la libreria IRremote.h utilizza la modulazione PWM ed un timer specifico che utilizzando il pin numero 3. Nel caso abbiate la necessità di variare il pin è indispensabile modificare la libreria. Parlerò di ciò in una prossima lezione.

La spiegazione del funzionamento dei metodi utilizzati fate riferimento ai commenti inclusi nel codice.

Per l’esatto orientamento del TSOP2236 mantenere la protuberanza di fronte a se, in tal modo partendo da sinistra verso destra, come indicato nell’immagine che segue si avrà:

  • segnale (a sinistra)
  • +Vcc (centrale)
  • GND (a destra)

Esercizio 1

Realizzare uno sketch che permetta di far accendere e spegnere il led di controllo (collegato al pin 13) di Arduino ogni volta che si preme un pulsante del telecomando.

Esercizio 2

Realizzare uno sketch che decodifica i segnali di un telecomando in modo che si possa realizzare un sistema di automazione comandato con i pulsanti del telecomando.
Per i collegamenti utilizzare lo schema dell’esercizio 01.

Esercizio 3

Sfruttando lo sketch degli esercizi 1 e 2 identificare il codice di 5 pulsanti ed inviare sulla Serial Monitor i seguenti messaggi alla pressione dei pulsanti:

CODICE 1: Centrale
CODICE 2: Destro
CODICE 3: Sinistro
CODICE 4: Su
CODICE 5: Giù

Suggerimento
Utilizzare l’istruzione switch per discriminare tra la pressione dei diversi pulsanti

Esercizio 4

Accensione e spegnimento di un LED collegato al pin  8 con un solo pulsante di un telecomando. Visualizzare sulla Serial Monitor un messaggio che indica la pressione del pulsante.

Componenti

  • TSOP2236
  • LED
  • Resistenza da 220 Ohm

Nota
Tra pressione e successiva lettura della pressione di un pulsante lasciare trascorrere un tempo di 200 ms

Buon Coding a tutti 🙂

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ROB-O-COD – Linguaggi di programmazione alternativi per LEGO MINDSTORMS EV3

Durante le attività di prove e registrazione della trasmissione ROB-O-COD negli studi televisivi di Rai Gulp ho portato con me la mio essere insegnante 🙂
Come sicuramente saprete il software di Lego di programmazione è un ottimo strumento,  adatto per tutti gli studenti che incominciano a programmare, ma il confronto con gli allievi mi ha portato a consigliare la sperimentazione di altri linguaggi di programmazione da utilizzare con l’EV3. Ho ritenuto il caso di realizzare un post in cui segnalare alcune soluzioni, che vanno ad integrasi alle risorse già segnalate in un precedente articolo di qualche anno fa.

MakeCode
Microsoft MakeCode è una piattaforma di programmazione online in grado di programmare l’EV3 e altri dispositivi elettronici, come ad esempio BBC micro:bit. MakeCode utilizza i blocchi grafici simili a quelli utilizzati in Scratch oppure la programmazione JavaScript.

Scratch
Scratch è sicuramente tra i linguaggi di programmazione a livello didattico più conosciuti. Nell’ultima versione, Scratch 3, l’utilizzo dell’EV3 è pienamente integrato e supportato, trovate ulteriori informazione su questo sito. Per maggiori informazioni seguire anche il link: https://scratch.mit.edu/ev3. Poiché so che molti colleghi di scuola elementare utilizzano Lego WeDo e desiderano sperimentare attività di gara simili a quelle proposte in ROB-O-COD, vi rimando per maggiori informazioni alla pagina specifica di Scratch per l’uso di WeDo 2.0 https://scratch.mit.edu/wedo

Python for EV3 (segnalazione di Gianluca Cannalire)
Programmare in Python su EV3 non è stato mai così semplice! Dal sito ufficiale Lego sarà sufficiente prelevare ed installare l’immagine MicroPython per EV3 su qualsiasi scheda micro SD, al riavvio del vostro Brick EV3 potrete immediatamente incominciare a programmare. Sul sito Lego documentazione completa con esempi.

LeJOS
LeJOS (che si pronuncia come la parola spagnola “lejos” che tradotta in italiano è “lontano”) è una Java Virtual Machine che supporta Java. Con LeJOS potrete programmare EV3, NXT e RCX.

Bricx Command Center 3.3 (segnalazione di Maurizio Pelizzone)
Bricx Command Center (BricxCC) è un IDE di programmazione open source, che permette la scrittura del programma, la compilazione e il trasferimento sul robot. L’IDE è gratuito e funziona su sistemi operativi Windows. BricxCC consente la scrittura in diversi linguaggi di programmazione tra i più noti l’NXC molto simile al C.

OpenRoberta
Open Roberta è un linguaggio di programmazione gratuito, cloud-based (quindi non avrete necessità di installare nulla sul vostro computer), funziona trascinando in un’apposita area di programmazione dei blocchi funzionali (ricorda un po’ Scratch) e potrete programmare robot LEGO EV3 e NXT.

RobotC
RobotC è un linguaggio di programmazione basato su C con un debugger software completamente integrato che supporta una vasta gamma di piattaforme hardware, potete utilizzarlo per Lego EV3, NXT, RCX. Sul sito di riferimento trovate moltissima documentazione.

Swift Playground
Swift Playgrounds è un ambiente di sviluppo integrato solo per iPad progettato esclusivamente per imparare a programmare con il linguaggio di programmazione Swift. In Swift Playground, potrete programmare il vostro robot, raccogliere informazioni da sensori e azionare motori. Per gli insegnanti che volessero utilizzare questo linguaggio di programmazione ed avere delle sperimentazioni da far svolgere agli studenti vi consiglio il libro gratuito: LEGO MINDSTORMS EV3 Animal Rescue Teacher’s Guide

EV3Python
EV3Python per tutti gli utenti che hanno dimestichezza con la programmazione in Python questa è una validissima soluzione per controllare vostro robot Lego Mindstorms EV3. Avrete necessità di utilizzare Microsoft Visual Studio Code

EV3 Basic
EV3 Basic è un linguaggio di programmazione testuale gratuito che non richiede nessuna modifica del firmware Lego brick o dell’installazione di uno specifico sistema operativo da installare sul brick. Utilizza Microsoft Small Basic. EV3 Basic è compatibile con tutti i motori e sensori EV3 e NXT e dispositivi bluetooth e Wifi Lego compatibili. Small Basic è disponibile in 17 lingue e l’estensione EV3 è disponibile in inglese, tedesco, spagnolo e francese.

EV3dev
EV3dev non è un linguaggio di programmazione, ma un sistema operativo basato su Linux Debian in grado di eseguire programmi realizzati con moltissimi linguaggi di programmazione inclusi C ++, Node.js e Python. Sul sito di riferimento trovate moltissime guide.

CoderZ
CoderZ ambiente di simulazione 3D per robot EV3. La programmazione può essere fatta con Blockly o Java. CoderZ è un prodotto commerciale e viene offerta la possibilità di utilizzarlo in prova per 14 giorni.

LabVIEW
LabVIEW per LEGO MINDSTORMS (LVLM) e LabVIEW for Education (LV4E) sono  ambienti di programmazione visuali. Il software di programmazione grafica standard di di Lego è stato realizzato usando LabVIEW, quindi LVLM rappresenta forse il passo successivo, soprattutto se state operando con studenti dei primi anni delle superiori. Troverete un’ambiente di sviluppo estremamente potente e versatile.

Per maggiori informazioni:

Buon Coding a tutti 🙂

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ROB-O-COD un evento da replicare a scuola – lo racconterò a Fossano (Cn) il 6 giugno prossimo

Come ebbi modo di scrivere qualche tempo fa su Facebook, pur essendo docente di scuola superiore ho avuto la fortuna di insegnare a studenti e insegnanti di ogni ordine di scuola. Ogni nuova attività di formazione mi offre la possibilità di sperimentare tecnologie e modalità di comunicazione che poi se efficaci assemblo per costruire gli strumenti per le future lezioni.

Credo che uno dei momenti più ricchi per la mia formazione sia stata quella derivante dalle attività di laboratorio con gli studenti di scuola elementare, la loro creatività, il loro stupirsi ed il loro punto di vista richiede una progettazione completamente diversa da quella con allievi di scuola superiore.

In questi mesi sto dedicando alcune ore pomeridiane alla formazione di studenti di 4 elementare, gli obiettivi sono quelli che amo di più: Coding e Robotica.

Gli strumenti che utilizziamo sono molti: carta, matite, BBC micro:bit, Lego WeDo e anche Lego Mindstorms EV3 e proprio su quest’ultima tecnologia, anche se non ne era stato programmato l’utilizzo, ho avuto forte richiesta da parte degli studenti da quando, per aumentare il loro interesse nelle attività proposte, ho dato notizia della trasmissione ROB-O-COD:

“MICHELE anche noi vogliamo partecipare!
Costruiamo i campi, con il cartone e facciamo noi i mondi e ci insegni!”

Ora come rispondere a questa necessità?
Ai bambini bisogna rispondere! 🙂

La trasmissione ha un traget per ragazzi di scuola media con l’uso di tecnologie non proprio adatte ai più piccoli delle scuole elementari…

pensare pensare e ripensare…

Di seguito vi condivido una primissima bozza di attività da perfezionare, per velocità di scrittura inserisco direttamente quanto scritto nei miei appunti su Evernote spero che queste idee possano servire anche ad altri:

Bozza di progetto:

  • vediamo la prima puntata di ROB-O-COD in classe, al termine ne faccio nascere un confronto tra gli allievi per immaginare attività di gara e modalità di costruzione campi e robot.
  • I campi gara avranno una forma geometrica particolare (nota per il lettore: non ne posso parlare in questo post per non svelare troppe cose ma potreste intuire la forma dei tavoli dalla grafica della trasmissione 😉 ).
  • Spiego come costruire su carta questa specifica forma geometrica.
  • Con le dimensioni reali usate per realizzare i campi gara in trasmissione, replichiamo la forma con dello nastro di carta posto sul pavimento dell’aula, all’interno del perimetro dovranno gareggiare i robot programmati dai bambini.
  • Le dinamiche di gioco saranno molto simili a quelle della trasmissione: presenza di un pubblico, di tecno-disturbatori che dovranno creare difficoltà alla movimentazione dei robot, ecc…
  • Tecnologia dei robot: primo girone realizzazione di robot basati su BBC micro:bit la cui struttura sarà di cartone, secondo girone robot realizzati con Lego WeDo. I primi classificati potranno utilizzare il Lego Mindstorms EV3 messo a disposizione del Prof. (Io) per realizzare una gara su un singolo campo di gioco.
  • Scrivere le storie. Le storie potranno essere realizzate prendendo spunto da quanto proposto di giorno in giorno nella trasmissione oppure inventate dagli studenti (valutare attività da far svolgere durante le attività al mattino).
  • Come realizzare la scenografia? Scatole di cartone, bottiglie e bicchieri di plastica, mattoncini Lego.

Cercherò nelle prossime settimane condividere una versione aggiornata dell’attività. L’intero percorso sarà presentato ad un gruppo di insegnanti durante l’evento di Coding e Robotica per scuole medie organizzato dall’IIS Vallauri di Fossano il prossimo 6 giugno.

e ricordare: #ROB_O_COD è tutto un programma!

🙂

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