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Home Assistant a scuola: la guida “a puntate” per elettronica & automazione – 02

Prima di iniziare con l’installazione del software procediamo con la configurazione base dell’hardware, nel mio caso dispongo a scuola di un Raspberry Pi 4 Model B – 4 GB RAM e su questa versione opereranno gli studenti, ovviamente la scelta di un modello superiore con maggior memoria è consigliabile, ciò che ho fatto per la mia versione casalinga con un un Raspberry Pi 5 – 8 GB RAM.

Questa prima parte è estremamente semplice e richiede pochissime competenze tecniche, installeremo le alette di raffreddamento e la ventola di raffreddamento collegandola ai pin di alimentazione che troviamo sulla GPIO.

Note per chi inizia: Cos’è la GPIO del Raspberry Pi

GPIO = General Purpose Input/Output: è il pettine a 40 pin sulla scheda che vi permette di leggere/scrivere segnali digitali e, quando necessario, usare funzioni: come I²C, SPI, UART, PWM ecc. Sulla Pi 4 solo 28 sono utilizzabili per la programmazione. La GPIO del Pi 4 è identica, per posizione e funzioni base, a quello dei modelli precedenti con header a 40 vie: quindi HAT e cablaggi restano compatibili. Al termine della guida è indicato la piedinatura della GPIO ed i pin a cui connettere la ventola di raffreddamento.

Raspberry Pi 4 offre molta più potenza dei modelli precedenti e, sotto carico sintetico (cioè durante test artificiali che stressano intenzionalmente CPU/GPU per misurare il “la situazione peggiore di utilizzo”), può scaldare rapidamente fino a innescare il throttling (taglio automatico della frequenza per protezione termica). Le misure ufficiali con il firmware iniziale mostrano picchi fino a 72,1 °C in 60 s e l’avvio del throttling dopo circa 65 s; gli aggiornamenti firmware successivi hanno ridotto consumi/temperature e posticipato il momento in cui il taglio di frequenza interviene, ma in carichi intensi il rischio resta. Per chi usa il Pi 4 in modo continuativo (es. Home Assistant), aggiungere alette di raffreddamento + ventola aiuta a mantenere la CPU sotto soglia, evitando cali di prestazioni e migliorando stabilità e longevità del sistema.

Di seguito due immagini della scheda realizzate con la termocamera in fase di test.

Per maggiori informazioni vi rimando all’articolo tecnico che trovate sul sito Rapberrypi.org

Situazione in fase di riposo

Raspberry Pi 4 VLI, SDRAM (idle)

Situazione in fase di load

Raspberry Pi 4 VLI, SDRAM (load)

Di cosa abbiamo bisogno

Kit dissipatore in alluminio per Raspberry Pi 4 (molti includono doppia ventola + thermal pad + viteria).
Cacciavite a croce di piccole dimensioni.
Alcol isopropilico + panno morbido (per pulire i chip prima del fissaggio delle alette).
Facoltativo: fascette/clip per gestire i cavi.

Sicurezza e prevenzione

Sembra banale, ma meglio specificarlo, soprattutto per i giovani studenti che iniziano attività laboratoriali:

Scollegare l’alimentazione del Raspberry Pi.
Lavorare su superficie pulita; toccate una parte metallica messa a terra per scaricare l’elettricità statica (se disponete di un braccialetto antistatico meglio).
Pulire delicatamente CPU/RAM/controller USB con un panno leggermente inumidito di alcol isopropilico e lascia asciugare.

Applicare le alette di raffreddamento

Sono acquistabili su qualsiasi store online, andranno montate sulla CPU, sulla RAM e sul Bridge PCI e USB 3.0. Incollate, come indicato nelle foto che seguono, le alette di raffreddamento, ogni aletta è dotata di nastro biadesivo.

Serraggio e alimentazione della ventola

In funzione del kit che avete acquistato o stampato in 3D la ventola di raffreddamento, alimentata a 5V è da fissare sulla struttura mediante 4 viti autofilettanti.

L’alimentazione della ventola avviene direttamente connettendo direttamente i pin di alimentazione della GPIO secondo quanto indicato dall’immagine che segue.

Poiché potrebbe servire in altre applicazioni condivido la mappa della GPIO del Raspberry Pi 4.

Per alimentare la ventola utilizzerò il +5V, preso sul pin 2 ed il pin 6 per il GND, come indicato nell’immagine che segue (datasheet Raspberry Pi 4)

Nell’immagine che segue è ben evidente il collegamento:

Procedere al servaggio della ventola al vetro supporto.

Buon Making a tutti 🙂

5 Min da Maker: EcoFan

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È di nuovo quel periodo dell’anno in cui trovo il coraggio di mettere ordine nel mio laboratorio domestico: un luogo dove si accumulano le sperimentazioni fatte a scuola, il materiale che uso per i miei corsi online e le immancabili scatole del “prima o poi”, in cui conservo componenti elettronici di recupero smontati da vecchi dispositivi, o chissà da dove arrivati. Qualche volta uso proprio quelle scatole come strumento di meditazione: le fisso e parte il mantra “butto, non butto, butto, non butto…”.

Mentre l’azione yogica procede, l’afa torinese diventa sempre più pesante. Il sudore aumenta e, come un assetato che scorge un’oasi, sul fondo di una scatola intravedo, fra grovigli di fili e lampade LED obsolete, due ventole a 12 V. Provenienza ignota: forse un PC, forse un rack server. È l’occasione perfetta per fare un po’ di educazione civica, riducendo i RAEE e trasformando rifiuti elettronici in qualcosa di utile. Cosa potrei realizzare?

Il primo pensiero, il più semplice, è un ventilatore per il caldo che all’occorrenza funzioni anche da aspiratore per i fumi di saldatura.

L’esercizio da “Maker in 5 minuti” non tradisce mai: fa bene alla mente!

Le ventole sono da 120 mm. Cerco su Thingiverse delle griglie di protezione; poi, armato di calibro, progetto i piedini di supporto, i blocchetti per unire le due ventole, un manico per trasportare il mio EcoFan e, dopo circa un’ora, le stampe sono pronte.

Dalla seconda scatola del “prima o poi” salta fuori un alimentatore AC/DC da 12 V: fantastico, è fatta! Assemblo tutto e mi chiedo: “Vuoi non metterci un interruttore?”

Rovistando ancora trovo una vecchia esercitazione di automazione, un piccolo nastro trasportatore, su di esso avevo predisposto un regolatore di velocità, perfetto! Funziona anche da interruttore e mi permette di variare la velocità delle ventole.

Altri trenta minuti per progettare e stampare due scatoline, una per il regolatore e una per il jack di alimentazione e il mio EcoFan è pronto.

All’occorrenza possiamo ruotare l’EcoFan orizzontalmente.

Cosa manca? Potrei renderlo smart, così da pilotarne la velocità da remoto… alla prossima sessione di yoga da Maker.

Buon making a tutti! 🙂

Supporto per motore a spazzola kit ELEGOO

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La quasi totalità dei miei studenti, per svolgere le attività di sperimentazione di elettronica e automazione a casa e a scuola in questo periodo di crisi pandemica, ha acquistato uno dei molti kit ELEGOO in cui, anche nella versione base del kit, sono presenti tutti i componenti per svolgere le prime esercitazioni di automazione. All’interno dei diversi kit è presente un motore CC a spazzola 3-6 V come quello indicato nell’immagine che segue a cui è possibile connettere una ventola.

Questo semplice motore viene utilizzato in diverse esperienze di laboratorio: marcia e arresto, controllo di velocità e molto altro. Per far si che il banco di lavoro sia ordinato ho realizzato in 3D tre elementi che permettono di disporre il motore su un supporto di legno ricavato da una comune bacchetta di legno 20×20 mm che può essere acquistata in qualsiasi brico.

Condivido su Thingiverse i sorgenti grafici per la realizzazione del supporto.

Di seguito alcune immagini della semplice struttura… e quando farà caldo tutti avranno il proprio ventilatore personale 🙂

Buon Making a tutti 🙂

Strumenti per le esercitazioni di automazione industriale – supporti ventole

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Durante la scorsa settimana ho coinvolto i miei studenti della 3B Automazione dell’ITIS G.B. Pininfarina di Moncalieri in un’attività di Making a tempo 🙂

12 vecchi PC ormai alienati da disassemblare integralmente da cui estrarre e catalogare elementi da utilizzare nelle esercitazioni di automazione industriale con microcontrollori e PLC.

2 ore di tempo per recuperare:

ventole di raffreddamento processore e PC
recupero motori passo passo dai DVD
alimentatore computer
pulsanti
altoparlanti e buzzer
elementi meccanici
e molto altro

tutto pronto per dar vita a nuove attività.

Studenti fantastici, hanno smontato tutto e ripulito i banchi di lavoro in 1 ora e 40 min. Bravi!

Comandare la marcia e l’arresto, velocità di rotazione e il senso di rotazione di un motore elettrico è argomento fondamentale che viene svolto nel percorso di automazione, quindi considerando che i laboratori del nostro istituto sono esposti al sole e la primavera è alle porte, meglio affrontare questo argomento utilizzando le ventole recuperate dai vecchi PC, probabilmente gli studenti saranno più invogliati ad imparare:

imparo allora mi rifresco
non imparo e sudo

un ventilatore per ogni studente!
… sembra uno slogan politico 🙂

per rendere pratico l’uso delle ventole sul banco di lavoro, ho realizzato i supporti che sostengono la ventola con inclinazione di 15°.

Le stesse ventole potrebbero essere utilizzate per aspirare i fumi di saldatura su PCB.

Il supporto di cui vi condivido i sorgenti per la stampa 3D è pensato per ventole da 80 mm e larghezza di 25mm ma ben si adatta a ventole di diametro maggiore.

Buon making a tutti.

Michele Maffucci

… my stories, life and work

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