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Robot Pet Therapy: costruiamo un drawdio


Recentemente mi capitato di partecipare ad una riunione presso il Dipartimento di Informatica di Torino, in merito alle possibili soluzioni elettroniche/informatiche in campo educativo per un progetto legato ad alcune attivit presso un museo di Torino. Poich l’invito mi arrivato improvviso e visto che recentemente sono entrato a far parte del CTS di Torino, ho pensato di illustrare brevemente il mio tentativo di recupero adottato tempo fa con un allievo con un profilo autistico utilizzando “l’elettronica creativa”

Ho mostrato due dispositivi:

  • un drawdio realizzato con un NE555
  • un secondo di cui ve ne parler tra qualche giorno in quanto in fase di miglioramento da parte di alcuni miei allievi.

Le due sperimentazioni fanno parte del progetto di Robot Pet Therapy

Drawdio

La parola Drawdio deriva dall’unione delle due parole:

  • (to) Draw: disegnare
  • Audio

un dispositivo in grado di produrre suono mentre si disegna ed il suono emesso funzione della quantit di grafite presente sul foglio.
Oltre ad emettere suono mentre si disegna e possibile realizzare varianti del dispositivo per suonare con l’acqua oppure “sentire” i diversi suoni emessi da diversi materiali, in realt ci che percepiamo e la variaione di resistenza che sussiste tra gli elettrodi e il materiale.
Il dispositivo ha degli impieghi interessantissimi soprattutto in un contesto educativo.

Prima di continuare vi invito a vedere i filmati che seguono:

Il sito di riferimento : http://web.media.mit.edu/~silver/drawdio/ su cui trovate esempi e se desiderate anche un PCB per la realizzazione del circuito stampato, io ho utilizzato una basetta millefori e in cira 30 minuti ho saldato e realizzato il primo prototipo mostrato in questo articolo.

Come spesso ho avuto modo di affermare gli attegiamenti di protobullissmo in una classe creano scarso legame tra gli allievi e spesso mi capitato di vivere in classi in cui si formano fazioni e forti rivalit.
Per spezzare questo attegiamento diseducativo tempo fa, con l’aiuto di un allievo diversamente abile abbiamo realizzare un drawdio che ha risolto alcuni problemi, il rendere “suono” i disegni ha incuriosito immediatamente e coinvolto l’intera classe e l’allievo diversamente abile diventato “protagonista” inoltre. Ho anche sfruttato il dispositivo per creare una catena umana “resistiva” che suonava tutta insieme, questa semplice azione stranamente a incominciato ad aggregare il gruppo classe.
Stringere la mano, toccare la punta del naso o il braccio del compagno di classe per emettere un suono e qualcosa che tocca la sfera personale, ma credo che abbia fatto nascere in loro la consapevolezza di essere individui essenziali per emettere suono e quindi appartenenti ad un gruppo che crea.

Ma come funziona e come si realizza un drawdio?

Schema elettrico e componenti:

Schema di montaggio:

Se non vi occupate di elettronica non importante capire tutto, potete limitarvi ad acquistare i componenti e saldarli insieme seguendo lo schema elettrico indicato sopra.

Per chi volesse saperne di pi questa la spiegazione.

Per poter emettere il suono durante il disegno bisogna collegare due elettrodi uno alla mina della matita ed uno sulla struttura della matita, toccando con un dito la traccia della matita e con l’altra mano tocchiamo la struttura della matita viene inserita tra i due contatti una resistenza elettrica che varia in funzione della distanza tra il dito sulla traccia e lo spessore della traccia, la variazine di resistenza viene utilizzata per variare la frequenza della nota emessa dal dispositivo.

Affinch si possa produrre il suono la traccia sul foglio non deve avere interruzioni.

Il circuito elettrico non altro che un generatore di nota modulabile in frequenza realizzato con un NE555 in configurazione astabile dove per e stata modificata la rete di temporizzazione tra il piedino 7 (discharge) e il 2 e il 6 (trigger e threshold) inserendo la resistenza variabile costituita dalla la matita e dal tratto di grafite.
Non mi dilungher sul funzionamento interno dell’NE555, (probabilmente lo far pi avanti) sufficiente per questa spiegazione ricordare che la frequenza del segnale rettangolare dipende dalle resistenze R2, R3 secondo la seguente formula:

[pmath size=16]f=1.44/C3*(R2+2*R3)[/pmath]

Impugnando la matita e collegandola come indicato nello schema (CORPO, PUNTA) e toccando con un dito dell’altra mano la traccia disegnata sul foglio viene inserita una resistenza variabile in serie alla resistenza R3, ci consente di far dipendere la frequenza del segnale emesso dal tocco del nostro dito e dalla posizione della matita e dallo spessore della matita, infatti maggiore spessore della grafite equivale a minore resistenza, minore spessore della grafite equivale a maggiore resistenza.
L’uscita (pin 3) collegata ad un piccolo altoparlante da 8 Ohm mediante un condensatore di disaccoppiamento che ha la funzione di bloccare la componente continua nel caso in cui l’oscillatore si fermi.
Quindi disegnando con la matita udiremo un suono che varia di tonalit, suono che si interromper non appena solleviamo la matita.
Nel circuito ho aggiunto un LED per visualizzare l’accensione del circuito.

Realizziamo un organo elettronico giocattolo

Per i miei allievi di 3′

Nell’ultima esperienza di laboratorio ho introdotto l’uso dell’integrato 555 in configurazione astabile, di seguito vi riassumo velocemente ci che abbiamo detto a lezione tralasciando i passaggi matematici gi spiegati, tenete in conto che il 555 sar anche argomento di 4′ e quindi avremo modo di approfondire e sperimentare ancor di pi.

Il circuito dell’organo elettronico giocattolo il seguente:

Lista componenti:

  • R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = 1K?
  • R7 = 10 K?
  • C1 = 100 nF
  • C2 = 10 nF
  • C3 = 10 ?F
  • Alt = Altoparlante da 8 ?
  • IC = 555
  • da P1 a P6 pulsanti

Come detto il suo funzionamento basato su questo schema:

fig. 1

in cui il gruppo di resistenze e pulsanti sostituito dalla resistenza Rb.

La resistenza che permette la regolazione della temporizzazione divisa in due parti: Ra edRb ed il piedino 7 connesso al punto di giunzione tra Ra ed Rb.
Quando la tensione del condensatore C1 raggiunge i 2/3 di Vcc il condensatore C1 incomincia a scaricarsi verso massa attraverso la resistenza Rb.
Quando la tensione su C1 si porta ad 1/3 di Vcc riparte un nuovo ciclo di carica e l’uscita sul piedino 3 va al valore “alto” (a +Vcc)
Il condensatore C1 si carica e scarica periodicamente tra 2/3 Vcc e 1/3 Vcc (fig. 2) come conseguenza l’uscita varia tra 0 e +Vcc

fig. 2

L’uscita (piedino 3) sar “alta” durante la parte di carica del ciclo, intervallo t1, secondo la seguente relazione:

L’uscita sar “bassa” durante la parte di scarica, intervallo t2, secondo la relazione:

Il periodo totale sar la somma dell’intervallo di carica e di quello di scarica:

La frequenza di uscita sar quindi:

Vi ricordo che il duty cycle (ciclo di lavoro) indicato con la lettera D il rapporto tra l’intervallo di tempo in cui il segnale “alto” (in un ciclo) e la durata dell’intero ciclo:

Nel circuito dell’organo il trimmer R7 viene utilizzata per cambiare della stessa quantit i suoni generati premendo i pulsanti, ogni volta che viene premuto un pulsante, ad R7 si sommeranno le resistenze a monte del pulsante premuto (cambia la Rb nel circuito di fig. 2) e ci far variare la frequenza di uscita e quindi il suono generato.

Di seguito trovate i disegni del circuito su breadboard realizzati con Fritzing ed il video del prototipo che trovate in laboratorio.

Visione d’insieme:

Ingrandimento sezione 555:

Ingrandimento sezione tastiera:

Filmato:

Alcuni progetti interessantissimi del contest sul 555

Da poco chiuso il contest sul 555, moltissime le adesioni.
Di seguito alcuni video di progetti molto interessanti che potranno essere usati come spunto per interessantissime esperienze di laboratorio a scuola.

Hi Everyone,

Jeri and I are hard at work thinning the pack to pass on to our hack-master judges by next week. And don’t worry, even if you didn’t make the first cut, you’ll still be eligible for some of the door prizes from our wonderful sponsors. We’ll be announcing those judges soon.

In the meantime, I wanted to highlight only a few of the amazing projects we’ve already seen. Why should the aggregator sites get all the fun? We’ll be posting links to all of the entries in the coming days, once the entries have advanced to the next round. Check out 3 videos Jeri and I thought were particularly fun and inventive: