Arduino – misurare tensioni superiori a 5V dc utilizzando un partitore di tensione

Nella precedente lezione abbiamo visto come misurare una tensione non superiore ai 5V dc, vedremo ora come realizzare un semplice circuito che permette mediante un partitore di tensione la misurazione di tensioni fino a 9 Volt. Dimensionando opportunamente le resistenze di partizione potremo effettuare misure per tensioni elettriche superiori.

Precisazione importante

Gli esempi riportati in questa e nella precedente lezione ed inoltre la gran parte degli esempio classici che trovate online, sono pensati per far comprendere il funzionamento del convertitore A/D, ma è opportuno fare alcune considerazioni sulla precisione di lettura, ovvero degli errori commessi dal convertitore A/D e sull’imprecisione delle tensioni di riferimento usate dal microcontrollore per fornirvi la misura. Questo sarà argomento di una prossima lezione e vedremo come ridurre l’errore di misura.

Per rendere semplice la realizzazione utilizzeremo la batteria da 9V, ma se intendete avere dei limiti di misura diversi e superiori a 9V dovrete apportare modifiche ai valori dei componenti, ma le formule esposte restano le medesime.

Prima di procedere con la realizzazione pratica è essenziale comprendere come dimensionare le resistenze del partitore, inoltre è essenziale che la tensione sul pin analogico A0 non superi il valore di 5V. Per effettuare il dimensionamento del circuito fissiamo la massima tensione misurabile Vmis_max  a 9V e imponiamo il valore di uno dei due resistori, ad esempio R1 in modo da poter ricavare il valore di R2.

Vi ricordo inoltre che sarebbe opportuno, una volta fissate le resistenze, fare qualche considerazione sulla corrente massima entrante in A0 in modo che non venga superato il valore di 40 mA corrente massima di I/O sui pin analogici e digitali di Arduino Uno R3, ma come le resistenze che sono state scelte non correremo alcun rischio, però esporrò ugualmente il calcolo.

Nello schema che segue Vmis rappresenta la tensione da misurare, Vadc la tensione sul pin A0. I è la corrente totale che circola nel circuito.

Sappiamo che la tensione Vadc ai capi di R2 non dovrà superare i 5V. Le tensioni su R1 ed R2 saranno:

(a) VR1 = R1*I
(b) VR2 = R2*I

Pertanto la tensione Vmis sarà

(c) Vmis = VR1 + VR2 = R1*I+R2*I = (R1+R2)*I

da cui ricaviamo:

(d) I = Vmis /(R1+R2)

Sostituendo I in (a) e (b) avremo:

(e) VR1 = R1*I = R1 * Vmis /(R1+R2)
(f) VR2 = R2*I = R2 * Vmis /(R1+R2)

Per il calcolo di R2 consideriamo la formula (f) sostituendo i valori fissati, Vmis_max e R1, ricordando che VR2 è la tensioni in A0, cioè Vadc:

⇒ VR2 =  R2 * Vmis /(R1+R2)

⇒ R2 /(R1+R2)  = VR2/Vmis_max

⇒ R2 /(R1+R2)  = 5/9

⇒ R2 /(R1+R2)  = 0,56

⇒ R2  = 0,56*R1 + 0,56*R2

⇒ R2*(1-0,56) = 0,56*R1

⇒ R2 = 0,56 *R1/0,44

⇒ R2 = 0,56 * 27 * 103/0,44 = 34,363 * 103 = 34,363 Kohm

Scelgo come valore commerciale prossimo (e che dispongo nel mie scorte) il valore di 33 Kohm, quindi:

  • R1 = 27 Kohm
  • R2 = 33 Kohm

Per quanto riguarda la corrente entrante in A0, utilizziamo la formula (b):

VR2 = R2*I

I = VR2/R2

I = 5V/33000 Ω = 0,00015 A = 0,15 mA

ben al di sotto del valore massimo del valore accettabile su un pin I/O di Arduino che è di 40mA.

Schema di collegamento

Programmazione

Sviluppiamo il codice necessario per la lettura della tensione e partendo dal primo sketch della lezione precedente modifichiamone alcune parti, nei commenti la spiegazione delle varie parti.

Nel codice bisognerà tenere in conto che la tensione su A0 è data dal calcolo della partizione di tensione, pertanto sapendo che Vmis = Vadc, dalla forma (f) abbiamo:

⇒ VR2 = R2*I = R2 * Vmis /(R1+R2)

⇒ VR2 = Vadc = R2 * Vmis /(R1+R2)

⇒ Vmis = Vadc * (R1+R2)/R2

Che sarà la formula che ci consentirà di rilevare la misura.

// Prof. Maffucci Michele
// Esempio 01: Misura una tensione di 9V con Arduino
// utilizzando variabili di tipo float
// Data: 03.10.2021

// tensione di riferimento massima misurabile
const float tensioneDiRiferimento = 5.0;

float R1 = 27000.0; // 27 Kohm
float R2 = 33000.0; // 33 Kohm

float volt_adc = 0.0;
float volt_mis = 0.0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  //analogReference(DEFAULT);
}
void loop() {
  // legge il valore su A0 (su R2), cioè la tensione Vadc e lo trasforma
  // in un valore numerico tra 0 e 1023
  
  int valoreLetto = analogRead(A0);

  // Tensione in ingresso ad A0, cioè la tensione Vadc
  // calcolo della proporzione
  // volt:tensioneDiRiferimento = valoreLetto:1023.0
  // da cui si ricava la formula che segue
  
  volt_adc = (valoreLetto/1023.0) * tensioneDiRiferimento;

  //Stampa del valore letto dall'ADC
  Serial.print("Valore ADC = ");
  Serial.println(valoreLetto);
  
  // calcolo della tensione di ingresso Vmis

  volt_mis = volt_adc*(R1+R2)/R2;

  // stampa sulla Serial Monitor la tensione misurata
  Serial.print("Tensione di ingresso = ");
  Serial.println(volt_mis);
  Serial.println(" ");

  delay(1000);
}

Esercizi per i miei studenti

Esercizio 1
Dimensionare il Circuito per misurare una tensione massima di 12V

Esercizio 2
Realizzare uno sketch Arduino che permette di dimensionare il circuito prendendo in  input, attraverso la Serial Monitor il valore massimo misurabile ed il valore di R1 e restituisce il valore di R2 calcolato.

Esercizio 3
Realizzare le medesime funzionalità dell’esercizio 2, ma il valore restituito di R2 deve essere sia quello calcolato che quello commerciale immediatamente superiore o inferiore al valore calcolato.

Buon Coding a tutti 🙂

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Arduino – misurare tensioni continue fino a 5V

La misurazione di una tensione con Arduino è un esercizio standard utilizzato per spiegare come funziona il convertitore Analogico Digitale sulla scheda. Nell’esempio che segue verrà mostrato come visualizzare sulla Serial Monitor la tensione di una batterie da 1,5V ma in generale di una tensione non superiore ai 5V, seguono poi una serie di esercizi per i miei studenti.
Nella prossima lezione mostreremo come misurare una tensione superiore ai 5V.

ATTENZIONE
E’ essenziale ricordare che non bisogna in alcun modo inserire tensioni superiori a 5V sui pin di Arduino, in quanto potreste distruggere irrimediabilmente la scheda.

Per la rilevazione di una tensione elettrica su un pin analogico viene utilizzata la funzione analogRead, che come più volte indicato su questo sito, è in grado di convertire una tensione tra 0V e 5V continui in un valore numerico intero con risoluzione di 10 bit tra 0 e 1023, operazione svolta dal convertitore A/D.

Ricordo che l’analogRead(pin) 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 il valore unitario corrisponde a:

Vu = 5V/1023 = 4,89 mV

Per conoscere il valore di tensione rilevato sarà sufficiente moltiplicare la tensione unitaria Vu per il valore restituito dalla funzione analogRead(pin), quello che chiamiamo valore quantizzato Vq compreso tra 0 e 1024, il valore misurato Vm sarà:

Vm = Vu x Vq

e sapendo che Vu corrisponde a 4,89 mV possiamo scrivere:

Vm = 4,89 x Vq

Nota per i miei allievi: riprenderemo questo semplice calcolo qundo utilizzeremo ad esempio i sensori di temperatura.

Il semplice schema di collegamento è riportato nell’immagine che segue:

Per stampare sulla Serial Monitor la tensione ai capi della batteria, useremo valori di tipo float (in virgola mobile), che come indicato nel mio post: “Arduino: tipi di dati – ripasso” possiamo esprime valori compresi tra –3.4028235E+38 e 3.4028235E+38.
La stampa di numeri in virgola mobile sula Serial Monitor verrà rappresentata con numeri che hanno al massimo con due cifre decimali, riprenderemo questo aspetto nel secondo esempio di questa lezione.

// Prof. Maffucci Michele
// Esempio 01: Misura di tensioni continue non superiori a 5V
// utilizzando variabili di tipo float
// Data: 01.10.2021

// tensione di riferimento predefinita sulla scheda
const float tensioneDiRiferimento = 5.0;

// batteria connessa al pin analogico 0
const byte pinBatteria = A0;

void setup() {
  // inizializzazione della porta seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // legge il valore della batteria e lo trasforma
  // in un valore numerico tra 0 e 1023
  int valoreLetto = analogRead(pinBatteria);

  // calcolo della proporzione
  // volt:tensioneDiRiferimento = valoreLetto:1023.0
  // da cui si ricava la formula che segue
  float volt = (valoreLetto/1023.0) * tensioneDiRiferimento;

  // stampa sulla Serial Monitor la tensione misurata
  Serial.println(volt);
}

Per evitare spreco di memoria dovuto ai calcoli che utilizzano i tipi di dati float che occupano maggiore memoria, è possibile utilizzare al posto del tipo float il tipo long, ovvero un int lungo rappresentato da 4 byte in grado di rappresentare numeri interi tra –2147483648 a 2147483647.

Vediamo come modificare lo sketch precedente per rilevare tensioni espresse in millivolt in cui però si utilizzano variabili intere di tipo long:

// Prof. Maffucci Michele
// Esempio 02: Misura di tensioni continue non superiori a 5V
// utilizzando variabili di tipo float
// Data: 01.10.2021

// batteria connessa al pin analogico 0
const byte pinBatteria = A0;

void setup() {
  // inizializzazione della porta seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // legge il valore della batteria e lo trasforma
  // in un valore numerico tra 0 e 1023
  // valoreLetto è di tipo long
  long valoreLetto = analogRead(pinBatteria);

  // stampa sulla Serial Monitor la tensione misurata
  // in millivolt
  
  Serial.println((valoreLetto*(500000/1023L))/100);
}

Quindi per evitare di effettuare calcoli con numeri di tipo float (in virgola mobile) senza perdere precisione, il trucco consiste nell’operare sui valori in millivolt invece che  sui valori in volt. Ricordo che 1 volt corrisponde a 1000 millivolt.

Come detto all’inizio di questa lezione sappiamo che un valore numerico di 1023 restituito dall’analogRead, corrisponde al valore massimo di 5000 millivolt, allora ogni unità rappresenta 5000/1023 millivolt, che corrisponde a 4,89 millivolt. Come detto nell’esempio precedente, la stampa su Serial Monitor di un numero in virgola mobile mostrerà al massimo due decimali, pertanto l’eliminazione dei decimali nel secondo esempio possiamo farlo moltiplicando per 100, nel codice: 5000×100=500000, questo valore verrà poi moltiplicato per il rapporto tra il valore letto e 1023 ed il tutto ancora diviso per 100, così facendo otterremo il valore in millivolt. Questo calcolo permette di far effettuare al compilatore solamente calcoli tra interi e non tra float, rendendo quindi la computazione più veloce e riducendo la quantità di memoria utilizzata.

Si noti che al fondo del numero 1023 è stata aggiuta una L, cioè 1023L, che indicare al compilatore che il numero rappresentato è di tipo long (4 byte).

Esercizi per i miei studenti

Esercizio 1
Utilizzare un Trimmer per regolare la tensione in ingresso ad A0 tra 0 e 5V, in questo caso si prenda la tensione di 5V dal pin di Arduino.

Esercizio 2
Nel primo sketch proposto utilizzare la funzione map per convertire il valore restituito dall’ analogRead in un valore di tensione. In questo caso nascono dei problemi sulla precisione della misura, sapresti indicarmi quali?

Esercizio 3
Visualizzare il valore di tensione regolato dal Trimmer sul Plotter Seriale.

Esercizio 4
Utilizzando uno qualsiasi dei due sketch indicati sopra e visualizzare la tensione misurate sul un display 16×2

Esercizio 5
Aggiungere all’esercizio precedente l’indicazione di carica data da un grafico costituito da 5 quadrati che ne indicano il livello di carica, non appena il livello di carica raggiunge 1 volt il quadrettino inizia a lampeggiare.

Buon Making a tutti 🙂

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Raspberry Pi Pico – controllare lo stato di un pin digitale

Propongo in questa breve lezione due esempi di base sull’uso del Raspberry Pi Pico: identificare lo stato di un pulsante e realizzazione di un interruttore mediante un pulsante.

Per questo esempio utilizzeremo il pin 14 a cui connetteremo un pin del pulsante, così come rappresentato nell’immagine che segue. Come sapete molti dei pulsanti disponibili nei kit elettronici sono costituiti da 4 pin, connessi frontalmente a due a due.
Proseguiamo connettendo il secondo pin del pulsante al positivo sulla breadboard (3,3V). Ricordiamoci inoltre la connessione del 3,3V del PiPico al positivo della breadboard.

E’ molto importante ricordare che una simile connessione del pulsante con il PiPico potrebbe causare problemi di cortocircuito alla pressione del pulsante, perché non presente una resistore di PULL-UP o di PULL-DOWN fisico. Per evitare di utilizzare un resistore, attiviamo la resistenza di PULL-DOWN sul pin 14, ATTENZIONE ricordate di fare questa operazione altrimenti rischiate di distruggere irrimediabilmente  il vostro microcontrollore.

Aprite l’editor Thonny e digitate il seguente programma:

# Prof. Maffucci Michele
# Controllo dello stato sul pin 14 (una sola volta)
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

# la lettura del pulante viene fatta usando l'API machine
# usando la funzione value

print(button.value())

Salvate il programma sulla vostra scheda, assegnate ad esempio il nome pulsante1.py
Se mandate in esecuzione il programma lo stato del pin verrà mostrato immediatamente sulla Shell una sola volta.

Se non premete il pulsante verrà mostrato sulla Shell il valore logico 0 in quanto abbiamo utilizzato una resistenza di PULL-DOWN, nel momento in cui, all’avvio premete il pulsante lo stato logico visualizzato sulla Shell sarà 1.

Per leggere lo stato del pulsante in modo continuo bisognerà aggiungere un loop all’interno del programma che segue che chiameremo pulsante2.py

# Prof. Maffucci Michele
# Controllo dello stato sul pin 14 (in modo continuo)
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# per la gestione del tempo
import utime

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

# la lettura del pulante viene fatta usando l'API machine
# usando la funzione value

# while True definisce un loop infinito al cui interno
# troviamo il controllo dello stato del pulsante
while True:
    # se la condizione è vera viene stampato
    # il messaggio mediante la print
    # e fermato il programma per 1 secondi
    if pulsante.value() == 1:
        print("Hai premuto il pulsante")
        utime.sleep(1)

Premete sul pulsante di Run nell’IDE, vedrete che fino a quando non premete il pulsante non accade nulla. Non appena il pulsante viene premuto viene stampata sulla Shell la strina “Hai premuto il pulsante”.

Attenzione che senza la brevissima pausa di 1 secondo verrebbe stampato continuamente il messaggio “Hai premuto il pulsante”.

Vedrete quindi la stampa del messaggio ogni secondo. Se mantenete premuto il pulsante per un tempo superiore a 1 secondi verrà stampato nuovamente il messaggio e ciò si ripeterà ogni secondo fino a quando non rilasciamo il pulsante.

Vediamo ora un programma che, oltre ad inviare un messaggio sulla Shell, accende un LED esterno connesso al pin 15 ogni volta che premiamo il pulsante, chiamiamo il programma pulsante3.py.

# Prof. Maffucci Michele
# Controllo dello stato sul pin 14 (in modo continuo)
# eaccensione di un led alla pressione del pulsante
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# per la gestione del tempo
import utime

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

#pin 15 dichiarato come OUTPUT
ledEsterno = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)

# while True definisce un loop infinito al cui interno
# troviamo il controllo dello stato del pulsante
while True:
    # se la condizione è vera viene stampato
    # il messaggio mediante la print
    # e fermato il programma per 1 secondi
    if pulsante.value() == 1:
        ledEsterno.value(1)    # imposta il livello logico 1 sul pin 15
        print("Hai premuto il pulsante")
        utime.sleep(0.5)       # imposta una pausa di mezzo secondo
        ledEsterno.value(0)    # imposta il livello logico 0 sul pin 15

Vediamo ora come realizzare un programma che realizza la funzione di un interruttore, cioè il mantenimento dello stato al rilascio del pulsante. Chiamiamo il programma interruttore1.py. Il circuito è il medesimo dell’esempio al passo precedente.

# Prof. Maffucci Michele
# realizzazione di un interruttore 
# mediante pulsante connesso al Pin 14 con antirimbalzo software
# con accensione di un LED connesso al pin 15
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# per la gestione del tempo
import utime

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

#pin 15 dichiarato come OUTPUT
ledEsterno = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)

# val usato per conservare lo stato del pulsante
val = 0

# vecchio_val per conservare lo stato del pulsante al passo precedente
vecchio_val = 0

# ricorda lo stato in cui si trova il LED,
# stato = 0 led spento, stato = 1 led acceso
stato = 0

# while True definisce un loop infinito al cui interno
# troviamo il controllo dello stato del pulsante
while True:
    val = pulsante.value()                   # legge il valore del pulsante e lo conserva
    if (val == 1) and (vecchio_val == 0):    # controlla se è accaduto qualcosa
        stato = 1 - stato
        utime.sleep(0.15)	             # attesa di 15 millisecondi
    vecchio_val = val;
    if (stato == 1):
        ledEsterno.value(1)    # imposta il livello logico 1 sul pin 15
    else:
        ledEsterno.value(0)    # imposta il livello logico 0 sul pin 15

Modifichiamo ora il programma precedente inviando sulla Shell il messaggio che indica lo stato del LED, chiamiamo il programma interruttire2.py. Il circuito è il medesimo dell’esempio al passo precedente.

# Prof. Maffucci Michele
# realizzazione di un interruttore 
# mediante pulsante connesso al Pin 14 con antirimbalzo software
# con accensione di un LED connesso al pin 15
# e stampa dello stato del LED sulla Shell
# 18.09.2021

# libreria che permette di utilizzare MicroPython con il RaspyMicro
import machine

# per la gestione del tempo
import utime

# creazione dell'oggetto pulsante che include il pin 14 impostato come input
# su cui viene attivata il resistore di PULL-DOWN
pulsante = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

#pin 15 dichiarato come OUTPUT
ledEsterno = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)

# val usato per conservare lo stato del pulsante
val = 0

# vecchio_val per conservare lo stato del pulsante al passo precedente
vecchio_val = 0

# ricorda lo stato in cui si trova il LED,
# stato = 0 led spento, stato = 1 led acceso
stato = 0

# stampare una sola volta il messaggio 'LED acceso' o 'LED spento' sulla Shell
abilitaMessaggio = 0

# while True definisce un loop infinito al cui interno
# troviamo il controllo dello stato del pulsante
while True:
    val = pulsante.value()                    # legge il valore del pulsante e lo conserva
    if (val == 1) and (vecchio_val == 0):     # controlla se è accaduto qualcosa
        stato = 1 - stato
        utime.sleep(0.15)		      # attesa di 15 millisecondi
    vecchio_val = val;
    if (stato == 1) and (abilitaMessaggio == 0):
        ledEsterno.value(1)                   # imposta il livello logico 1 sul pin 15
        abilitaMessaggio = 1
        print("LED acceso")                   # stampa il messaggio
        utime.sleep(1)
    elif (stato == 0) and (abilitaMessaggio == 1):
        ledEsterno.value(0)                   # imposta il livello logico 0 sul pin 15
        abilitaMessaggio = 0
        print("LED spento")                   # stampa il messaggio
        utime.sleep(1)

Buon Coding a tutti 🙂

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I miei corsi per Tecnica della Scuola: STEAM, idee di lezione e didattica attiva – 2′ edizione

Sono felice di comunicarvi che nel mese di ottobre prossimo, nelle date indicate di seguito, svolgerò la seconda edizione del corso: STEAM, idee di lezione e didattica attiva.
Questa seconda edizione avrà contenuti simili a quelli della prima edizione, però fornirò ulteriori suggerimenti che derivano dalle necessità espresse dai colleghi che hanno frequentato la prima edizione e dalle richieste pervenutemi via email.
La necessità impellente che molti esprimono è quella di fornire, anche se non è argomento incluso nel programma del corso, indicazioni e schede di lavoro specifiche per micro:bit e IoT, sarà quindi mia cura suggerire lavori e modalità operative in laboratorio. L’IoT con micro:bit sarà sicuramente argomento di un prossimo corso che sto realizzando e spero possa essere presentato nel breve.
Molti ancora mi chiedono indicazioni che permettono di realizzare attività in cui interagiscono più tecnologie: Ozobot Evo, micro:bit, Lego ed altri ancora desiderano realizzare attività ludiche realizzati con kit robotici.
Cercherò ovviamente di fornirvi tutto il supporto necessario in modo da soddisfare le vostre necessità didattiche.

Vi allego il programma ufficiale e ribadisco che se nascono necessità specifiche che non rientrano nel programma indicato, sarà mia cura fornivi il supporto necessario anche in momenti diversi rispetto alle date in cui si svolgerà le lezioni.

Date del corso

Il webinar si svolge 4 volte.

  • lun 4 ott 2021 17.00 – 19.00
  • gio 7 ott 2021 17.00 – 19.00
  • lun 11 ott 2021 17.00 – 19.00
  • ven 15 ott 2021 17.00 – 19.00

Programma del corso

Progettare l’attività didattica

  • Ricerca delle fonti
  • Progettazione dell’attività di laboratorio
  • Documentare l’attività.

Ozobot Evo

  • Tour introduttivo sulle possibilità didattiche
  • Specifiche tecniche del robot
  • Le applicazioni per tablet e smartphone
  • Usare il codice a colori come linguaggio di programmazione
  • Uso del codice colori: i primi programmi, ricerca degli errori, condivisione delle scoperte con il codice a colori
  • OzoBlockly: l’interfaccia di programmazione e connessione del robot
  • OzoBlockly: i primi programmi, ricerca degli errori, condivisione delle scoperte con la programmazione a blocchi
  • Storytelling con OzoBot
  • Integrare l’uso OzoBot nelle varie discipline didattiche.

Scratch 3

  • Conoscere l’interfaccia di programmazione
  • Ideazione dello storyboard
  • Progettazione delle meccaniche di gioco (interazione dei personaggi e degli oggetti)
  • Progettazione degli aspetti grafici di ogni livello di gioco
  • Impostazioni delle difficoltà di gioco.

Scratch Junior

  • Conoscere l’interfaccia di programmazione e le istruzioni di base
  • Realizziamo il primo programma
  • Attività di base:
    • Creare un Collage
    • Creare una Storia
    • Creare un Gioco
  • Rinforzare il curriculum di alfabetizzazione ed informatica – esempi di attività.

Tinkercad

 

  • Cos’è Tinkercad
  • Registrazione e Login
  • L’interfacci e il piano di lavoro
  • I movimenti dell’inquadratura
  • Selezionare e ridimensionare e unire solidi
  • Usare il righello e allineare gli oggetti
  • Proposta di esercizi.
  • Per ogni modulo verranno proposte attività di progetto pratiche.

Obiettivi

L’obiettivo del corso è quello di fornire le competenze necessarie per realizzare in piena autonomia attività di Coding e Making mediante software gratuito e hardware di baso costo specificatamente pensato per uso didattico per il potenziamento delle discipline STEAM tracciando con esercizi ed esempi specifici, per ogni ordine di scuola, un percorso immediatamente spendibile in classe.

Mappatura delle competenze

I partecipanti al corso acquisiranno le competenze per realizzare attività laboratoriali a supporto dell’apprendimento personalizzato: verrà mostrato come inserire nei propri percorsi didattici l’apprendimento della logica e del problem solving, in generale del coding, attraverso la realizzazione di giochi didattici e dispositivi in grado di interagire con l’ambiente.

Per maggiori informazioni sul contenuto del corso e modalità di iscrizioni vi rimando al link allegato.

Vi aspetto quindi al mio corso 🙂

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Arduino: stampare più funzioni sulla serial plotter

L’attività di progetto di questa mattina: progettazione di dispositivi elettronici che rispondono a diverse necessità per la salute umana: cura della persona, disabilità, sicurezza sul lavoro, strumenti medici/laboratorio, accessibilità dei luoghi pubblici, ecc…

Con mio piacere ne è nata un’intensa attività di ricerca che ha coinvolto l’intero gruppo classe. Molte le necessità e tra queste ne evidenzio uno, semplice, che riguarda la programmazione, che in più occasioni gli studenti affrontano durante le sperimentazioni e di cui mi sono reso conto di non avere documentato adeguatamente, ovvero: il plot di più funzioni su uno stesso piano cartesiano con Arduino.

Avevo mostrato in più occasioni come effettuare il plot di grandezze variabili nel tempo utilizzando la Serial Plotter dell’IDE di Arduino, uno degli ultimi articoli si riferisce alla realizzazione di uno strumento per la rilevazione di vibrazioni, un semplice sismografo realizzato con un sensore piezoelettrico.

Alcuni studenti questa mattina, si stavano cimentando nella progettazione di un guanto da utilizzare per la movimentazione di un braccio robot industriale della hyundai con l’obiettivo di simulare la movimentazione a distanza di sostanze chimiche pericolose. Nelle prime attività di ricerca si è manifestata la necessità di visualizzare su tre grafici diversi le componenti X, Y, Z dell’accelerazione fornite da un accelerometro connesso ad Arduino.

Come sicuramente saprete l’avvio della Serial Plotter avviene, così come per la Serial Monitor dal menù Tools. Ricordo che Serial Monitor e Serial Plotter non possono essere avviate contemporaneamente.

La Serial Plotter prende i valori che giungono dalla seriale (connessione USB) e li grafica su un piano cartesiano. I dati numerici vengono anche visualizzati nella parte in alto a sinistra della finestra della Serial Plotter.

I valori massimi e minimi rappresentati sull’asse Y vengono regolati automaticamente, mentre la dimensione dell’asse X è fissato a 500 punti e l’aggiornamento del grafico avviene ogni qual volta nel vostro sketch viene eseguita una Serial.println().

Ricordate inoltre di fissare il Baud Rate del Serial Plotter in modo che corrisponda a quello che avete indicato nel codice.

Per tracciare contemporaneamente forme d’onda è possibile agire in due modi:

inserendo uno spazio tra due istruzioni di stampa

Serial.print(temperatura);
Serial.print(" ");
Serial.println(umidita);

oppure inserendo una tabulazione tra due istruzioni di stampa

Serial.print(temperatura);
Serial.print("\t");
Serial.println(umidita);

In questo caso le due grandezze, temperatura e umidità, saranno rappresentate da due funzioni separate e tracciate contemporaneamente sullo stesso piano cartesiano.

A titolo di esempio consideriamo il mio post in cui mostravo come utilizzare un DHT11 e visualizzeremo sulla Serial Plotter le due grandezze fisiche temperatura ed umidità. Di seguito schema di collegamento, sketch e grafici.

// Prof. Maffucci Michele
// Visualizzazione della pressione e dell'umidità rilevata da un DHT11
// sulla Serial Plotter
// 16.09.2021

// Libreria DHT
#include "DHT.h"

// Pin digitale di arduino connesso al DHT
#define DHTPIN 2

// tipo del sensore: DHT 11
#define DHTTYPE DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

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

void loop() {
  // Attesa di 1 millisecondo prima di fornire la misura.
  delay(1);

  // Lettura dell'umidità
  float h = dht.readHumidity();
  // Lettura della temperatura in gradi Celsius
  float t = dht.readTemperature();

  // Verifica se le si presenta un errore di lettura (e riprova nuovamente)
  if (isnan(h) || isnan(t)) {
    Serial.println(F("Impossibile leggere dal sensore DHT!"));
    return;
  }

  // Stampa del valore dell'umidità
  Serial.print(h);
  Serial.print(' ');
  // Stampa del valore della temperatura
  Serial.println(t);
}

Il plot delle due grandezze è:

Per completezza realizziamo un semplice sketch che permette di rappresentare 3 funzioni sinusoidali sfasate di 90 gradi una rispetto all’altra con ampiezze diverse:

// Prof. Maffucci Michele
// Visualizzazione di tre funzioni siusoidali
// di ampiezza diversa e sfasate di 90 gradi
// 16.09.2021

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

void loop() {

  // M_PI è la macro definita nell'header math.h
  // che definisce il pi greco che ha il valore di:
  // 3.14159265358979323846
  for(int i = 0; i < 360; i += 2) {
    float ValoreY1 = 1 * sin(i * M_PI / 180);
    float ValoreY2 = 2 * sin((i + 90)* M_PI / 180);
    float ValoreY3 = 4 * sin((i + 180)* M_PI / 180);

    Serial.print(ValoreY1);
    Serial.print(' ');         // deve essere stampato spazio ' ' o  tab '\t' tra due valori.
    Serial.print(ValoreY2);
    Serial.print(' ');         // deve essere stampato spazio ' ' o  tab '\t' tra due valori.
    Serial.println(ValoreY3);  // l'ultimo valore deve avere un ritorno a capo

    delay(1);
  }
}

Buon Coding a tutti 🙂

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