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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

vedi sorgente
stampa?
1/* Prof. Maffucci Michele
2   beep con il buzzer
3   14.05.25
4*/
5 
6const int BuzzerPin = 5;       // D5 ha anche il simbolo ~ = PWM
7 
8void setup() {
9  pinMode(BuzzerPin, OUTPUT);  // imposta il pin come uscita
10}
11 
12void loop() {
13  analogWrite(BuzzerPin, 128); // 50 % di duty-cycle ≈ volume medio
14  delay(1000);                 // suona per 1 s
15  analogWrite(BuzzerPin, 0);   // silenzio
16  delay(1000);                 // pausa di 1 s
17}

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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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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Lezione 3 – Corso di Elettronica Creativa con Arduino Sensor Kit

2 Repliche

A distanza di qualche mese riprendo le mie brevi lezioni sull’uso dell’Arduino Sensor Kit, mi dispiace non stato celere nel produrre altre lezioni, ma gli impegni lavorativi mi hanno parecchio coinvolto.

Come già avevo avuto modo di segnalare nelle precedenti lezioni, per la realizzazione di queste guide prendo come riferimento l’indice presente sul sito Arduino e su quella traccia realizzo lezioni un po’ più approfondite che mi permettono poi di strutturare una lezione di laboratorio di circa due ore di attività.

Giusto per non far “arrabbiare” nessuno — mi riferisco a chi potrebbe critica le modalità con cui vengono presentati alcuni argomenti di elettronica — ricordo che queste lezioni sono dedicate a chi non ha mai affrontato lo studio dell’elettronica (neofiti o studenti della secondaria di primo grado e studenti dei primi due anni della scuola superiore), pertanto alcuni concetti richiedono chiarimenti e inevitabili semplificazioni, che consentiranno di riprendere gli stessi argomenti con maggiore facilità quando le competenze teoriche saranno più solide.

Gli obiettivi di questa terza lezione sono:

  • comprendere come funziona un pulsante a livello elettrico e meccanico.
  • sviluppare sketch via via più complessi:
    • accensione di un LED alla pressione del pulsante;
    • Indicazione dello stato del LED sulla SerialMonitor;
    • cicli di blink avviati da pulsante;
    • cicli di blink avviati da pulsante e segnalazione del numero di cicli.

Per lo svolgimento di questa esercitazione abbiamo necessità solamente dell’Arduino Sensor Kit ed utilizzeremo:

Il pulsante:

Il LED:

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Lezione 2 – Corso di Elettronica Creativa con Arduino Sensor Kit

1 Replica

Come ormai tutti sappiamo un LED si presenta come un piccolo componente elettronico che emette luce quando attraversato da corrente elettrica. I LED sono molto usati nella vita di tutti i giorni in vari dispositivi come lampadine, schermi di telefoni e computer, telecomandi, e molto altro.

Immaginate il LED come una lampadina molto piccola, ma molto più efficiente ed ecologica. A differenza delle lampadine tradizionali, che producono luce riscaldando un filamento metallico, i LED producono luce attraverso un processo chiamato “elettroluminescenza”. Questo processo avviene quando la corrente elettrica passa attraverso un semiconduttore (il materiale di cui è costituito il LED) e lo stimola a emettere luce.

Un po’ di storia

Nel corso del primo Novecento, l’ingegnere inglese Henry Joseph Round fece una scoperta rivoluzionaria: l’elettroluminescenza, ovvero la proprietà di certi materiali di emettere luce quando attraversati da corrente elettrica. Da questa scoperta, nascono i LED acronimo di Light Emitting Diode (Diodo a Emissione di Luce), diodi specializzati nell’utilizzare tale fenomeno. Il primo LED, operante nell’infrarosso, venne introdotto nel 1961 e ancora oggi è ampiamente utilizzato in dispositivi come telecomandi e fotocellule.

L’anno successivo alla creazione del primo LED infrarosso, nel 1962, Nick Holonyak Jr. fece un ulteriore passo avanti sviluppando il primo LED rosso, capace di emettere luce visibile direttamente all’occhio umano. Gli studi su questi nuovi diodi proseguirono, focalizzandosi sulle varie applicazioni pratiche, come nell’ambito dei laser, e sull’esplorazione dei materiali necessari per produrre diverse tonalità di luce, combinando più fonti luminose per ottenere una vasta gamma di colori.

Durante gli anni cruciali della ricerca sui LED, un importante contributo venne dall’ingegnere americano M. George Craford, ex studente di Holonyak all’Università dell’Illinois. Nel 1972, Craford realizzò un significativo avanzamento creando i primi LED gialli che furono commercializzati dalla Monsanto, l’azienda per cui lavorava. Dedicate interamente al settore dei LED, le ricerche di Craford furono fondamentali per la loro prima larga diffusione, come dimostra il loro impiego in applicazioni quali semafori e segnalazioni luminose stradali.

Vantaggi nell’uso dei diodi LED

  • Consumano meno energia: sono molto più efficienti delle lampadine tradizionali, il che significa che usano meno elettricità per produrre la stessa quantità di luce.
  • Durano più a lungo: possono funzionare per migliaia di ore prima di dover essere sostituiti.
  • Sono robusti: non contengono filamenti o parti fragili che si possono rompere facilmente.
  • Offrono diverse colorazioni: i LED possono emettere luce di vari colori senza l’uso di filtri colorati.

Un esempio pratico molto semplice che potete realizzare a scuola è collegare un LED a una batteria con un piccolo resistore (di seguito sono fornite le indicazioni per il calcolo del valore del resistore) per limitare la corrente e proteggere il LED: noterete come si illumina, dimostrando in modo semplice ed efficace come funziona.

Struttura Fisica del LED

Un LED è composto principalmente da un chip di materiale semiconduttore in cui sono presenti impurità per creare una giunzione P-N. La giunzione è dove avviene l’elettroluminescenza (emissione di luce). Il chip è incapsulato in un guscio di plastica o vetro, che può essere modellato per focalizzare o diffondere la luce. I LED hanno due terminali: un anodo (+) e un catodo (-). La corrente elettrica fluisce dall’anodo al catodo, e questo flusso di corrente permette al LED di emettere luce.

Modalità di Polarizzazione

Per funzionare correttamente, un LED deve essere polarizzato in modo diretto, il che significa che l’anodo deve essere collegato al polo positivo della fonte di alimentazione e il catodo al polo negativo. Se il LED è collegato al contrario (polarizzazione inversa), non si accenderà perché la corrente non può fluire attraverso di esso nel modo giusto.

Calcolo della Resistenza Serie

Per proteggere il LED da correnti eccessive, si usa una resistore connesso in serie. Il calcolo di questa della resistenza (R) dipende dalla tensione di alimentazione (VS), dalla tensione del LED (VI​) e dalla corrente desiderata attraverso il LED (ILED​):

Dove:

  • VS​ è la tensione di alimentazione
  • VLED​ è la tensione di funzionamento del LED, tipicamente tra 1.8V e 3.3V a seconda del colore
  • ILED​ è la corrente di funzionamento desiderata per il LED, solitamente intorno a 20mA per la maggior parte dei LED, ma può variare.

Corrente di Funzionamento e Colore

La corrente di funzionamento del LED influisce sulla luminosità, ma anche il colore del LED ha un ruolo nella determinazione della tensione di funzionamento. Ecco alcune tensioni di funzionamento approssimative in base al colore:

  • Rosso: 1.8V – 2.2V
  • Verde: 2.0V – 3.0V
  • Blu, Bianco, UV: 3.0V – 3.5V

Questi valori possono variare a seconda del tipo specifico di LED. Per un funzionamento sicuro, è essenziale controllare le specifiche del produttore del LED che si sta utilizzando.

Ricordate, utilizzare un resistore di valore adeguato è cruciale per prevenire il danneggiamento del LED a causa di una corrente troppo elevata. Il calcolo della resistenza in serie aiuta a garantire che il LED riceva la corrente corretta per il suo ottimale funzionamento e durata.

Di seguito un esempio di collegamenti per controllare l’accensione di un diodo LED rosso:

Materiali Necessari

  • 1 LED rosso
  • 1 resistenza (calcoleremo il valore)
  • 1 batteria (per esempio, una batteria da 9V)
  •  Cavi di collegamento

Calcolo della Resistenza

Prima di collegare il circuito, dobbiamo calcolare il valore della resistenza necessaria per proteggere il LED. Supponendo che il LED rosso abbia una tensione di funzionamento di circa 2V e che la corrente ideale per il LED sia di 20mA (0,02A), usiamo una batteria da 9V come alimentazione. Il calcolo della resistenza (R) si basa sulla formula precedentemente indicata dove:

  • Vs, tensione di alimentazione vale 9V
  • VLED​, tensione di funzionamento del LED vale 2V per un LED rosso
  • ILED, corrente di funzionamento desiderata per il LED, vale 0,02A (2 mA)

Sostituendo i valori nella formula otteniamo:

Il valore 350 Ohm è quello calcolato, bisognerà quindi ora scegliere il valore commerciale prossimo al valore calcolato, si potrà scegliere quindi tra 330 Ohm o 360 Ohm.

Collegamento del Circuito

  1. Collega un’estremità della resistenza a uno dei terminali della batteria (il polo positivo, se state usando un portabatterie con i cavi già attaccati).
  2. Collega l’altra estremità della resistenza al terminale più lungo (anodo) del LED. L’anodo è il lato positivo del LED.
  3. Collega il terminale più corto (catodo) del LED al polo negativo della batteria. Puoi fare questo direttamente o usando un cavo.
  4. Una volta completato il collegamento, il LED dovrebbe accendersi. Se non si accende, verifica i collegamenti e assicurati che la batteria sia carica.

Ricordate come detto sopra, è importante non invertire la polarità del LED, perché non si illuminerà se collegato al contrario.

Nel modulo Grove LED incluso nell’Arduino Sensor Kit, la resistenza di limitazione della corrente è già integrata sul PCB (circuito stampato), quindi, non c’è bisogno di preoccuparsi di aggiungere manualmente una resistenza esterna quando lo usate; questa parte del lavoro è già stata fatta per voi. Questo tipo di collegamento verrà approfondito in un corso successivo.

Ricordate, state partecipando a un corso introduttivo il cui scopo è guidarvi, passo dopo passo, nel mondo della programmazione e nella realizzazione di sistemi elettronici. Questo approccio semplificato vi permette di concentrarvi sull’apprendimento delle basi, evitando inizialmente di soffermarvi troppo sui dettagli tecnici.

Utilizzare l’Arduino Sensor Kit

Le funzioni che verranno usate nei programmi che seguono saranno le seguenti:

pinMode()
La funzione pinMode() in Arduino è essenziale per impostare la modalità di funzionamento di uno specifico pin della scheda Arduino. Questa funzione permette di definire se un pin deve comportarsi come un ingresso (input) ovvero riceve un segnale in ingresso o come un’uscita (output) ovvero fornisce un segnale in uscita.

digitalWrite()
La funzione digitalWrite() in Arduino è utilizzata per scrivere un valore HIGH (1 logico corrispondente a 5V) o LOW (0 logico, corrispondente a 0V) su un pin configurato come OUTPUT. Questo permette di controllare dispositivi elettronici come LED, motori e altri componenti elettronici.

delay()
La funzione delay() in Arduino è utilizzata per introdurre un ritardo nel programma per un determinato numero di millisecondi. Durante questo ritardo, il programma si ferma e non esegue altre istruzioni. Questo può essere utile per controllare il timing di varie operazioni, come il lampeggio di un LED, il ritardo tra due azioni. Vedremo in lezioni successive come utilizzare un’altra tecnica per la gestione dei ritardi che permette di non bloccare l’intera esecuzione del programma.

Sketch 1

vedi sorgente
stampa?
1// Prof. Maffucci Michele
2// Blink del LED connesso al pin digitale 6
3 
4// #define permette di assegnare un none ad un valore costante prima che
5// il programma venga compilato.
6// Le costanti così definite non occupano spazio nella memoria del mirocontrollore
7 
8#define LED 6
9 
10void setup() {
11// inserire quì il codice che deve essere eseguito una sola volta
12// dal momento che colleghi all'alimentazione Arduino
13pinMode(LED, OUTPUT); // con pinMode indichiamo come verrà usato il pin, in questo caso come output
14}
15 
16void loop() {
17// Inseriamo nel loop il codice che vogliamo
18// venga ripetuto continuamente
19 
20digitalWrite(LED, HIGH); // Imposta ad HIGH (5V) la tensione sull'anodo del LED
21delay(1000); // Attesa di 1000 millisecondi
22digitalWrite(LED, LOW); // Imposta ad LOW (0V) la tensione sull'anodo del LED
23delay(1000); // Attesa di 1000 millisecondi
24}

Sketch 2

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Lezione 1 – Corso di Elettronica Creativa con Arduino Sensor Kit

2 Repliche

Introduzione

Negli ultimi mesi mi sono occupato, nell’ambito dell’azione PNRR Scuola 4.0, della progettazione delle “next generation classroom” e dei “next generation labs” per l’istituto in cui insegno. L’obiettivo principale di questa azione è stata quella di progettare percorsi didattici con strumenti che potessero arricchire l’apprendimento degli studenti nel campo dell’elettronica e dell’automazione, ma soprattutto prevenire il più possibile la dispersione pensando ad attività che possano appassionare i ragazzi. La mia attenzione si è naturalmente focalizzata sui prodotti Arduino che da sempre utilizzo in quanto consentono di rendere l’elettronica accessibile e stimolante per appassionati di tutte le età.

Ho analizzato diversi kit e tra quelli acquistati è presente l’Arduino Sensor Kit. Questo kit, pensato per essere intuitivo anche per i giovani studenti senza precedenti esperienze in elettronica, si presta perfettamente come elemento “attivatore” di curiosità e desiderio di esplorazione. La scelta di questo prodotto non è casuale: utilizzando il sistema Grove di Seeed Studio, esso facilita enormemente la connessione tra componenti elettronici, permettendo agli studenti di concentrarsi sulla programmazione e sull’interazione con sensori e attuatori senza preoccuparsi della complessità hardware.

La particolarità dell’Arduino Sensor Kit risiede anche nel fatto che ogni modulo è progettato con tutta la componentistica di supporto necessaria, semplificando notevolmente il processo di apprendimento e consentendo di focalizzarsi sui principi di base dell’elettronica e della programmazione. Questo approccio è adatto soprattutto ai neofiti e pone le basi per una comprensione più approfondita nei corsi avanzati che verranno svolti in anni scolastici successivi.

Le lezioni che troverete in queste pagine sono pensate per studenti di ogni età e per quanto mi riguarda saranno la base per i futuri corsi che svolgerò dal prossimo anno scolastico. Per quanto riguarda questo specifico kit, durante gli incontri, sia in presenza che online, arricchirò il materiale didattico già presente sul sito Arduino, con contenuti tecnici e teorici, facendo sviluppare progetti pratici che stimolano la creatività e la comprensione. Questo percorso non solo vi introdurrà ai fondamenti dell’elettronica e dell’automazione ma vi guiderà nella realizzazione di progetti concreti, permettendovi di vedere immediatamente i risultati delle vostre creazioni.

A chi è rivolto questo corso?

A tutti gli studenti della secondaria di primo grado e del primo anno dell’ITIS e a chiunque sia interessato a esplorare il mondo dell’elettronica e dell’automazione partendo da zero. Attraverso questo corso, avrete l’opportunità di imparare, sperimentare e, soprattutto, divertirvi, ponendo le basi per future esplorazioni elettroniche.

Durante queste brevi lezioni entrerò nel dettaglio dei termini tecnici, quindi troverete in più punti note specifiche che daranno dettagli sui termini utilizzati in modo che la guida oltre ad essere uno strumento che vi porta alla scoperta del kit sia anche un manuale di studio.

Benvenuti nel mondo di Arduino e dell’elettronica creativa. Iniziamo questo viaggio insieme 🙂

Cosa Imparerete

Durante il corso, esploreremo insieme i principi base dell’elettronica e della programmazione attraverso l’uso dell’Arduino Sensor Kit. Imparerete a:

  • Leggere dati da vari sensori ambientali per comprendere il mondo intorno a voi.
  • Elaborare informazioni attraverso la programmazione di base con Arduino, trasformando i dati grezzi in informazioni utili.
  • Agire sul mondo esterno, utilizzando attuatori come motori e LED per creare effetti visibili e meccanici.

Analisi della kit

L’Arduino Sensor Kit include dieci moduli con connessione Grove che possono essere utilizzati individualmente o combinati per realizzare i vostri progetti. Tutti i moduli utilizzano un connettore Grove, che può poi essere collegato facilmente ad Arduino UNO R3 o R4 tramite uno Shield, il tutto può essere programmato tramite l’IDE di Arduino.

NOTE

    • IMPORTANTE. I moduli sono montati su una PCB (scheda a circuito stampato – vedete foto allegata), che viene collegata allo Shield di base. È possibile lasciarli in questo modo e non è necessario alcun cablaggio con fili elettrici. Se si decide di provare i moduli individualmente, tenete presente che dovrete staccarli dal PCB principale ed essere cablati mediante fili elettrici e NON potranno più essere reinseriti nella PCB principale.
    • Cos’è uno Shield Arduino. Uno shield Arduino è un modulo progettato per essere sovrapposto direttamente su una scheda Arduino standard, estendendone le funzionalità senza la necessità di un cablaggio esterno complicato. Gli shield sono utilizzati per aggiungere nuove capacità alle schede Arduino, come connettività wireless, controllo di motori, sensoristica avanzata, interfacciamento con display, e molto altro.

Caratteristiche chiave degli shield Arduino includono:

    • Compatibilità di Form (form factor): Gli shield sono progettati per adattarsi perfettamente ai pin di connessione presenti sulle schede Arduino, garantendo una connessione fisica sicura e stabile.
    • Facilità di Uso: Possono essere facilmente montati o rimossi, consentendo agli utenti di aggiungere o modificare funzionalità al loro progetto in modo rapido.
      – Stackabili (imputabili): Molti shield sono progettati per essere impilabili, il che significa che è possibile montarne diversi contemporaneamente, a patto che non ci siano conflitti tra i pin utilizzati dai vari moduli.
    • Librerie Dedicate: Spesso, per facilitare l’utilizzo degli shield, sono disponibili delle librerie software specifiche che permettono di sfruttarne le funzionalità tramite l’IDE di Arduino.

Grazie alla loro facilità d’uso e alla vasta gamma di funzionalità che offrono, gli shield sono particolarmente apprezzati sia dai principianti che dai professionisti del mondo dell’elettronica e del DIY (Do It Yourself – fai da te), permettendo di realizzare progetti complessi senza dover entrare nei dettagli tecnici di ogni singolo componente hardware.

    • Connessione Grove. Una connessione Grove è un tipo di interfaccia standardizzata sviluppata da Seeed Studio, progettata per semplificare il processo di connessione fisica tra diversi componenti elettronici e piattaforme di prototipazione, come Arduino. L’obiettivo principale del sistema Grove è rendere più accessibile l’elettronica a hobbisti e studenti che iniziano lo studio dell’elettronica, minimizzando la necessità di saldature o di comprendere complessi schemi di collegamento.

Apriamo la scatola

Vediamo cosa è incluso nel Breakout Board del Kit Sensori Arduino:

  • Lo Shield di Base
  • 4 moduli digitali: LED, Pulsante, Buzzer e un Sensore di Angolo Rotativo
  • 5 Sensori: Luce, Suono, Barometro, Temperatura & Umidità e Accelerometro
  • 1 Display Oled
  • Materiali didattici

Inoltre, tutti i pin su UNO R3 o R4 rimangono accessibili mediante l’uso di cavi jumper.

NOTE

    • Le breakout board rappresentano uno strumento essenziale nel mondo dell’elettronica e del prototipaggio. Sono schede che incorporano uno specifico componente elettronico, il quale è già saldato sulla scheda stessa. Questo permette agli appassionati e ai professionisti di lavorare con componenti altrimenti difficili da maneggiare a causa delle piccole dimensioni o della complessità dei pin. Le breakout board rendono i collegamenti estremamente accessibili, portando le connessioni del componente all’esterno su terminali facilmente gestibili. Tipicamente, queste connessioni terminano su piazzole con un passo standard di 2,54 mm, lo standard per molte breadboard e dispositivi di prototipazione, facilitando così l’integrazione del componente in circuiti più ampi senza la necessità di saldature complesse o configurazioni intricate.
    • I cavi jumper sono piccoli cavi usati in elettronica per stabilire connessioni temporanee tra i componenti su una breadboard, tra differenti breadboard, o tra componenti elettronici e dispositivi di input/output. Sono particolarmente utili nel prototipaggio e nel test di circuiti elettronici perché permettono di modificare rapidamente le connessioni senza la necessità di saldature. Esistono cavi jumper Maschio-Maschio (M-M), le estremità del cavo terminano con un connettore maschio, Femmina-Femmina (F-F) che hanno connettori femmina su entrambe le estremità (F-F), Maschio-Femmina (M-F), questi cavi hanno un connettore maschio da un lato e un connettore femmina dall’altro (M-F). I cavi jumper sono disponibili in diversi colori, il che può aiutare a mantenere l’organizzazione dei collegamenti in un progetto elettronico, facilitando l’identificazione dei diversi segnali, alimentazioni e terre. Sono strumenti indispensabili nel kit di chiunque lavori con l’elettronica a livello di hobbistica o professionale, offrendo una soluzione rapida e flessibile per esperimenti e prototipi.

Lo Shield di base

Lo Shield di base è progettato per essere montato sopra una scheda Arduino UNO R3 o R4. È dotato di 16 connettori Grove, che, quando posizionati sopra la scheda Arduino, forniscono funzionalità a vari pin. Per interagire con i componenti utilizza i seguenti pin:

  • 7x pin digitali – D2, D3, D4, D5, D6, D7
  • 4x pin analogici – A0, A1, A2, A3
  • 4x pin I2C
  • 1x pin UART

NOTE

  • IMPORTANTE. Lo Shield di base ha un interruttore per la selezione della tensione di ingresso (3V3 e 5V) che alimenta i moduli, mantenere su 5V per seguire far funzionare correttamente i dispositivi contenuti nel kit.
    I 10 moduli inclusi possono essere collegati allo shield di base, attraverso i pin digitali, analogici e I2C presenti sulla scheda.
  • Cosa sono i pin digitali e analogici. Nel contesto dell’elettronica e in particolare quando si parla di schede come Arduino, i termini “pin digitale”, “analogico” e “I2C” si riferiscono a diversi tipi di connessioni o porte sulla scheda che hanno funzioni specifiche. Ecco una spiegazione più dettagliata di ciascuno:
    • Pin Digitali
      I pin digitali sono utilizzati per leggere o scrivere due stati distinti: HIGH (alto) o LOW (basso), che corrispondono solitamente a tensioni specifiche (per esempio, 5V o 3.3V per HIGH e 0V per LOW). Questi pin sono adatti per controllare LED, leggere lo stato di pulsanti o interruttori, e per comunicazione digitale. Un pin digitale configurato come input può leggere lo stato di un dispositivo esterno (ad esempio, se un pulsante è premuto o meno), mentre un pin configurato come output può inviare un segnale (ad esempio, accendere o spegnere un LED).
    • Pin Analogici
      I pin analogici sono usati per leggere valori che possono variare su un ampio range, non limitandosi solo a due stati come i pin digitali. Questi pin sono tipicamente utilizzati per leggere il segnale da sensori che forniscono una variazione continua nel tempo, come un potenziometro o un sensore di temperatura. Il valore letto da un pin analogico è quindi convertito in un numero digitale tramite un convertitore analogico-digitale (ADC) interno alla scheda, permettendo al microcontrollore di elaborarlo.
    • I2C (Inter-Integrated Circuit)
      I2C è un protocollo di comunicazione seriale che utilizza due linee: SDA (Data) e SCL (Clock). Permette la comunicazione tra un microcontrollore (master) e uno o più dispositivi periferici (slave) utilizzando solo queste due linee, indipendentemente dal numero di dispositivi collegati. Questo lo rende particolarmente adatto per connettere vari sensori, display, e altri moduli a microcontrollori con un numero limitato di pin disponibili. I2C è apprezzato per la sua semplicità e efficienza nel collegare multiple periferiche con un cablaggio minimo.

Ogni tipo di pin ha il suo scopo specifico e la scelta tra di loro dipende dal tipo di segnale che si vuole leggere o trasmettere e dalla natura del progetto elettronico che si sta realizzando.

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