con ARDUINO - Futura Elettronica

Speciale diEuro 9,90Primi passicon ARDUINOImpara a realizzare i tuoi progetti interattivi conla piattaforma Made in Italy più famosa al mondo.Aggiornato a IDE 1.0 e board Arduino UNO Rev.3a cura diSimone MajocchiPoste italiane Spa - Spedizione in abbonamento Postale: D.L. 353/2003 (conv. in L. 27/02/2004 n°46) art. 1 - comma 1 - DCB MilanoSupplemento al numero 162 di Elettronica In • Dicembre 2011 / Gennaio 2012

Primi passi con ARDUINOdi Simone MajocchiSupplemento al numero 162 di Elettronica In, Dicembre 2011 / Gennaio 2012.Rivista mensile registrata presso il Tribunale di Milano con il n. 245 il 3-05-1995.Direttore Responsabile: Arsenio Spadoni. Prezzo di copertina Euro 9,90.Redazione e Amministrazione: Vispa Edizioni, Via Adige 11, 21013 Gallarate (VA).Telefono 0331-752668 Fax 0331-778112Iscrizione al Registro Operatori della Comunicazione n. 3754 del 27/11/2001.Distribuzione per l’Italia: SO.DI.P. Angelo Patuzzi S.p.A. Via Bettola 18 - 20092 Cinisello Balsamo (MI).Stampa: ROTO3 Spa - Via Turbigo, 11/b - 20022 Castano Primo (MI)VISPAEdizioni© 2011 Vispa Edizioni4 Primi passi con Arduino

SOMMARIOArduino è per tuttiLe tue prime 10 ore con Arduino UNOCAPITOLO 1Perché Arduino UNO fa per tePresentazione del nuovo “fai da te” tecnologico basato suimicrocontrollori.7In questo capitolo ti porteremo a ripercorrere trent’anni di informaticacasalinga per scoprire come la programmazione e le poche decine dimigliaia di byte per il software erano attività da veri innovatori.Oggi si torna ad innovare scrivendo programmi compatti su piccolicalcolatori con risorse paragonabili a quelle di trent’anni fa, ma conuna marcia in più: quella della community in Rete che condivide ognisviluppo significativo.CAPITOLO 2Il poker tecnologico vincenteI tuoi assi sono: un computer, Arduino UNO, la tua creatività,dei dispositivi elettronici.13La tecnologia senza creatività resta sterile, ma la fantasia senza igiusti strumenti non trova uno sbocco pratico. Arduino UNO con il suoapproccio “alla portata di tutti” completa il quadro. Non dimenticare,però, che Arduino è possibile per una fortunata combinazione dielementi: la presenza di almeno un computer in molte case e in ogniufficio, l’accesso alla Rete pervasivo, il basso costo dell’hardware e laglobalizzazione della comunità degli utenti e degli sviluppatori.CAPITOLO 3Dalle idee al programmaDescrivi quello che vuoi fare, passo a passo, e arrivial programma.17Non serve una laurea e neppure un diploma per entrare attivamente nelmondo dei microcontrollori e del software. Il notevole sforzo per creareun ambiente accessibile a tutti – il vero plus di Arduino – ha rimosso itecnicismi e le complessità della programmazione. Dedica un po’ del tuotempo per acquisire i pochi elementi di base indispensabili e un metodoben impostato sin dall’inizio; sarai in breve tempo in grado di passaredalle idee ai progetti e da questi ai prototipi funzionanti. Con ArduinoUNO, le idee restano sulla carta per poco tempo, mentre diventanosoluzioni reali in un batter d’occhio.Primi passi con Arduino 5

Sommario59CAPITOLO 8Dopo le luci,i suoniModifichiamo qualcheelemento e cambiamoradicalmente il risultato:un generatore di suoni pilotatodalla luce ambientale.Al posto di un potenziometrometti una fotoresistenza,al posto dei LED metti unbuzzer e il divertimento è garantito. Siamocerti che chi ti sta attorno non resisterà allatentazione di allungare una mano per far ombrasulla fotoresistenza e sentire Arduino UNO chereagisce con un concertino di musica elettronica– sicuramente d’avanguardia 30 anni fa. Per farequesto non c’è ancora una App, mentreArduino UNO ci riesce benissimo.CAPITOLO 9Il mondo èa coloriUsiamo un led RGB e il PWMper creare una serie di coloricasuali.Con questo progetto, scopriraicome ci sia una tecnologia tuttosommato semplice per ottenereda tre led colorati ben 16 milionidi sfumature. Dalla teoria allapratica, i LED RGB non avrannopiù segreti per te e potrai anchescoprire un modo sempliceper creare delle sfumature piùaccattivanti e vivide.Un classico progetto che conpochissimo sforzo offre grandisoddisfazioni.6979CAPITOLO 10Tutti i coloridell’arcobalenoUsiamo un potenziometroper fare tutti i coloridell’arcobaleno.Anche in questo caso, parti dalprogetto precedente, aggiungiun componente e hai qualcosadi radicalmente diverso. Scopricome basti un po’ di spiritod’osservazione per trasformare un potenzialeproblema in un’opportunità per rendere il progettomigliore. Il risultato non avrà nulla da invidiareai prodotti commerciali che costano da qualchedecina di euro fino a un centinaio e oltre. E conuno shield potresti anche pilotare una strip RGBda qualche metro di lunghezza.CAPITOLO 11Verso laroboticaSempre con il PWM e unpotenziometro possiamorealizzare un embrione di artomeccanico grazie a unservomotore.Non poteva mancare un primopasso verso il mondo dei robot,ma è più un passo teorico chepratico: sarebbero necessarieparti meccaniche impegnativeper poter simulare anche solol’articolazione di un gomito.Accontentiamoci di capire comefunzionano le cose e di provare amettere insieme un sistema chericorda quelli di telepresenza,dove un movimento viene replicatoda un motore.87Primi passi con Arduino 7

Capitolo 1Perché Arduino UNOfa per tePresentazione del nuovo“fai da te” tecnologico basatosui microcontrollori – una storiache parte da lontano.Saldatore, stagnoe componenti: roba vecchiaOltre 30 anni fa erano in molti adilettarsi con il saldatore, i circuitistampati e i componenti discreti percreare amplificatori, luci psichedeliche,microspie e molti altri dispositivielettronici.La cultura del “fai da te” elettronicoera diffusa e con una robusta basecommerciale. Negli anni ’80 arrivaronogli home computer e l’attenzionemigrò dall’elettronica alla programmazione,con tantissimi utentiche per passione scrivevano righe erighe di software per le applicazionipiù disparate. Ai tempi, fra l’altro, ilprogrammare era sia un hobby, siaun inizio di professione: i programmidisponibili erano ancora pochi e il“fai da te” in Basic era spesso l’unicomodo per rispondere a un’esigenzaspecifica.Erano gli anni ‘80quando programmarein Basic con solo16K di memoriaera normale.48K erano un lusso.ti più attivi e ben presto avere uncomputer non era più sinonimo di“programmo le mie applicazioni”, macerco e utilizzo dei software scrittida altri. I più bravi scrivevano il softwaree i pigri ne usufruivano. Il “faida te” diventava sempre più d’elite,mentre il “faccio anch’io” - con ilsoftware fatto da altri – era semprepiù la norma.Programmare su un personal computernon era più facile come suglihome computer: interfacce graficheraffinate, esigenze estetiche semProgrammarenon è più un hobbyParallelamente arrivarono i PersonalComputer nelle aziende e anchein quel caso si doveva spesso farsviluppare il software per le proprieapplicazioni.In ogni caso, il computer e l’homecomputer erano i nuovi catalizzatoridelle energie creative degli uten-Primi passi con Arduino 9

Perché Arduino UNO fa per teIl team di ArduinoIl gruppo stabile di sviluppatori del team di Arduino è compostoda Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino,David Mellis e Nicholas Zambetti.pre più spinte e anche sistemi di svilupposempre più corposi.Il PC cresce,ma il microprocessoretorna piccoloFuori dai radar degli hobbysti stava,però, avanzando una nuova areatecnologica: quella dei microcontrolloridestinati alla vita “solitaria”all’interno di qualche dispositivo;nascevano i cosiddetti “embedded”(dall’inglese “embed” che significa“integrare all’interno”).Con grande rapidità questi piccolicalcolatori autosufficienti hannoinvaso le nicchie più disparate, fornendodi un tocco d’intelligenza unaquantità enorme di dispositivi dellavita quotidiana: dallo stereo di casaalla centralina della tua automobile,dal forno a microonde al decoder DigitaleTerrestre, dalla lavatrice allelampade cambia colore a LED.Aziende come Microchip, Atmel,ARM ed ST diventano i nuovi attoridi questo millennio nel settoredell’elettronica, creando realtà industrialialternative e complementariai colossi dei microprocessori tradizionalicome AMD e INTEL.Oggi aziende come Microchip offronointere famiglie di microcontrolloridi ogni dimensione e potenza, confunzionalità specifiche (multimedia,sicurezza, comunicazione, ecc.) egeneriche (ingressi e uscite analogicie digitali) tali da soddisfare unagamma molto vasta di applicazioni.Pochi dollari in più e un dispositivopuò diventare “intelligente”.Torna il fai da te elettronico,ma intelligente e in kitQueste caratteristiche e potenzialitànon sono sfuggite agli hobbysti“duri e puri” del fai da te elettronicoe già nei primi anni 2000 si è diffusala cultura della programmazione diquesti dispositivi per creare progettipiù o meno sofisticati. In pratica,quello che una volta era un programmain Basic su un home computer,diventava un programma per un microcontrolloreal quale con stagno,fili e componenti si aggiungevano leparti necessarie al funzionamento.Sensori di luce, temperatura e movimento“intelligenti” per la domotica,giochi elettronici, centraline di controlloe molto altro prendevano vitagrazie a schemi e programmi sviluppatida chi aveva già preso questonuovo toro tecnologico per le corna,piegandolo alla dimensione del faida te. Purtroppo, i chip richiedevanola programmazione su appositi dispositivihardware, da interfacciarea un computer su cui era installato ilsistema di sviluppo – spesso complicatoquanto quelli per scrivere softwaresu PC – riportando il tutto aduna elite. Il linguaggio di programmazionetorna ad essere prima il“linguaggio macchina” - o assembler -con le istruzioni del processore dascrivere secondo sintassi e strutture10 Primi passi con Arduino

Perché Arduino UNO fa per teLe schede Arduino ufficialiNegli anni sono state prodotte una serie di schede Arduino con caratteristiche specifiche; alcune sono ancoradisponibili, altre sono ormai fuori produzione. Ecco l’assortimento attuale con le caratteristiche più importanti.Tabella 1Arduino Processore Flash EEPROM SRAM I/O... coningressiChip USBDimensionidigitaliPWManalogiciKB KB KB n. pin n. pin n. pin tipo mmUno ATmega328P 32 1 2 14 6 6 ATmega8U2 68,6 × 53,3Diecimila ATmega168 16 0.5 1 14 6 6 FTDI 68,6 × 53,3Due (annunciata) ATMEL SAM3U 256 0 50 54 4 16 - -Duemilanove ATmega168/328P 16/32 0.5/1 1/2 14 6 6 FTDI 68,6 × 53,3Fio ATmega328P 32 1 2 14 6 8 Nessuno 40,6 × 27,9Leonardo Atmega32u4 32 1 2 14 6 12 Atmega32u4 68,6 × 53,3LilyPadATmega168V 16 0.5 1 14 6 6 Nessuno Ø 50or ATmega328VMega ATmega1280 128 4 8 54 14 16 FTDI 101,6 × 53,3Mega2560 ATmega2560 256 4 8 54 14 16 ATmega8U2 101,6 × 53,3NanoATmega168or ATmega32816/32 0.5/1 1/2 14 6 8 FTDI 43 × 18Arduino UNOArduino Mega1280Arduino LeonardoArduino DiecimilaArduino Mega2560Arduino DueArduino FioArduino DuemilanoveLilyPadArduino NanoPrimi passi con Arduino 11

Perché Arduino UNO fa per teper nulla amichevoli e intuitive. Perquesti motivi, la creatività rimanelimitata ai progetti sviluppati dalleriviste specializzate che ritrovanolettori proprio grazie ai microcontrollorie alle loro potenzialità.“Deve diventare facile ealla portata di chi nonè un esperto”I numeri crescono sia a livello industriale,sia a livello hobbystico el’interesse verso questi microcontrollorisi sviluppa negli ambiti piùdiversi, inclusi quelli della ricerca edelle università. A Ivrea, un gruppodi ricercatori con la vocazione da“tinkerers” (in italiano “smanettoni”nell’accezione più positiva del termine)dedica creatività, visione ecapacità alla creazione di una “soluzione”per sviluppare e lavorarefacilmente con un microcontrollore,cercando di eliminare tutte le criticitàche avevano impedito a questidispositivi di entrare nel mondo delfai da te “povero” di conoscenzespecifiche e tecnologiche, ma “ricco”di inventiva e creatività.Nasce l’idea di Arduino: un microcontrollorecon tutti i vari collega-Lo storicoCommodore 64doveva il suo nomealla disponibilità di64Kbyte di memoriaper i programmi.menti esplicitati su una basettaeconomica e di pubblico dominio,da interfacciare a un computer(Mac, Windows, Linux) per la programmazionetramite un normalissimocavetto USB e soprattuttoprogrammabile in un linguaggioadatto anche ai principianti grazieall’ambiente di sviluppo integratoscritto in Java. Arduino ambiva adiventare uno strumento alla portatadi chiunque per la realizzazione diprototipi e progetti su piccola scalain cui la flessibilità e la potenzadi un microcontrollore permettevanodi raggiungere l’obiettivo senzaspendere una fortuna.Arduino è finalmente “UNO”A sei anni di distanza, il team cheha ideato Arduino può affermare diaver raggiunto l’obiettivo grazie allescelte dell’open source e dei CreativeCommons (trovi la spiegazioneapprofondita di queste “filosofietecnologiche” anche sul sito di Arduinostesso – arduino.cc) che hannoattirato l’attenzione di un significativonumero di utenti, sviluppatori,hobbisti, artisti e gente comune.Senza segreti e brevetti, Arduinoha permesso a numerose aziende discommettere su di esso sviluppandole schede stesse, espansioni (glishield) e altre periferiche dedicate.Forse si è perso un po’ dello spiritodel tinkerer che prende un oggettocomune e lo modifica aggiungendodei fili e un Arduino, come unmoderno McGyver, ma abbiamoguadagnato in maturità della soluzione,che solo ora abbandona laprecarietà della versione “beta” eapproda a un design di hardware esoftware stabili e definitivi – e perquesto chiamato UNO. Questo nonsignifica affatto che lo sviluppo siinterrompa con questa versione, ma12 Primi passi con Arduino

Perché Arduino UNO fa per tesancisce il passaggio alla fase piùmatura e stabile del prodotto.Saldatore, stagno,componenti e Arduino UNO:il nuovo trend ”cool”Per usare Arduino ti basta ArduinoUNO assieme al tuo computere quindi puoi essere indipendente:il tuo progetto non dipende dallavoglia di qualcun altro per realizzareuna scheda e scrivere del codiceassembler che ti viene vendutopreprogrammato su un microcontrolloreche devi acquistare e usarecosì com’è. Puoi però cercare, sec’è, qualcuno che ha già risolto deiproblemi simili, rendendo il tuo progettol’evoluzione di qualcosa di giàsperimentato, documentato e realizzato.Con pochicomponentielettronici e unabasetta breadboardpotrai realizzarealcuni sempliciprogetti.Dieci ore per diventare“trendy”Come resistere a questo rinascimentodel fai da te tecnologico?Non c’è progetto che grazie ad Arduinonon possa diventare possibileo acquistare una marcia in più. L’importanteè impadronirsi dei concettidi base e superare quei piccoli scogliiniziali che anche Arduino – purnella sua semplicità – ti porterà adaffrontare in queste prime dieci ore.Una volta che avrai superato questafase, sarai tu a voler andare avanti.Ti abbiamo preparato l’aperitivo esperiamo di farti venire una granfame di informazioni. Il Web potràoffrirti molti piatti gustosi, anche seproblemi linguistici e gusti diversi,assieme alla intrinseca complessità/confusionedella Rete potrebberodisorientarti. Non ti demoralizzaree partecipa alle community,ricordando che tutti gli “espertoni”che incontrerai hanno passato unperiodo da neofiti come te e perquesto sapranno capire i tuoi limitie apprezzare la tua iniziativa. Ricordasolo che sui forum, prima di chiedere,è buona educazione cercare eleggere quanto è stato già detto escritto.1Primi passi con Arduino 13

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