Arduino è una piccola scheda elettronica programmabile open source, ideale per connettere il mondo dell'elettronica con quello del digitale. In questo modo, è possibile realizzare installazioni interattive, interaction design, domotica, robotica, droni, impianti di irrigazione automatici, antifurti e altro ancora, attraverso sensori e altre apparecchiature elettriche.
La forza di Arduino risiede nella sua utilità e, a volte, indispensabilità per persone e scopi diversi. Il progetto è nato in Italia, a Ivrea, nel 2005, con l'obiettivo di fornire agli studenti un dispositivo di controllo più economico per i progetti di Interaction Design rispetto ai sistemi di prototipazione disponibili all'epoca. I progettisti sono riusciti a creare una piattaforma facile da usare, ma che, allo stesso tempo, ha permesso una significativa riduzione dei costi rispetto ad altri prodotti sul mercato. Ad ottobre 2008, in tutto il mondo erano già stati venduti più di 50.000 esemplari di Arduino.
Alimentazione di Arduino
In questo tutorial, esploreremo diversi modi per alimentare i nostri progetti Arduino, superando l'alimentazione via pin output di Arduino, che è limitata a circa 20mA. Stando alle specifiche tecniche del microprocessore Atmel ATmega328/P, ogni pin di output è in grado di fornire una corrente massima di 40mA. Le stesse specifiche però danno un ulteriore limite di 200mA sul totale di tutte le porte, quindi il massimo di 40mA è ottimistico: vale solo se non si usano più di 5 porte.
Non è immediato quindi stabilire quanti milliampere si possano spremere da Arduino e bisogna tenere inoltre conto che tali valori sono i massimi ammessi alle condizioni di test. Continuiamo lo studio andando a considerare l’alimentazione dell’Arduino.
Alimentazione da USB
L’alimentazione da USB utilizza il classico standard a 5 Volt. Da questa porta possiamo alimentare l’Arduino collegandolo ad un alimentatore per smartphone, a qualsiasi altra presa USB come quella del pc o di un powerbank. Il limite di corrente massima da USB è definito a 500 mA. Arduino ha un polifusibile autoripristinante che protegge la porta USB del computer da corto circuiti e sovra-alimentazioni.
Leggi anche: Cosa Mangiare con le Emorroidi
I vari modelli di Arduino adottano diverse porte USB: l’UNO e il MEGA usano l’USB tipo B, l’Arduino NANO usa il tipo Mini-B.
Connettore Jack DC
Sulla scheda è presente un connettore jack 2.1mm x 5.5mm DC che accetta in ingresso tensioni non regolate con valori compresi tra 7 Volt e 12 Volt consigliati.
Pin Vin
Tra i pin header che l’Arduino fornisce per l’alimentazione, è presente il pin Vin. Il suo funzionamento e le sue caratteristiche sono analoghe alla precedente configurazione con jack: potremo infatti fornire alimentazione tra Vin e GND, in un range di tensioni tra 7 Volt e 12 Volt, con la garanzia dei regolatori di tensione e vari sistemi di protezione. Tale pin risulta comodo nel caso in cui non si abbia la disponibilità di una connessione USB o jack.
Pin 5V
Tra tutte le possibili soluzioni d’alimentazione, la scelta di utilizzare il pin 5V è sicuramente la più rischiosa. Infatti è possibile alimentare Arduino tramite questo pin, a patto di fornire tra il pin 5V e GND esattamente 5 Volt stabili e regolati.
Utilizzo di Transistor per Alimentazione Esterna
Per superare i limiti di corrente dei pin di output di Arduino, è possibile utilizzare transistor BJT (BC547) e MOS-FET (IRF520) per controllare circuiti con maggiore assorbimento di corrente.
Leggi anche: Gastrite: Cosa Non Mangiare
Componenti Aggiuntivi per Arduino
- Arduino Ethernet Shield: Si applica sopra il nostro Arduino (circa 30 €).
- Arduino Motor Shield: Utilizzata per il controllo della velocità e della direzione di motori in cc (corrente continua) o motori stepper (passo-passo) - (circa 20 €).
Arduino può essere acquistato nei negozi di elettronica oppure online. Abbiamo bisogno di led, cavetti elettrici, resistenze, breadboard, etc… Nei vari siti indicati è possibile acquistare il Kit di Arduino (circa 60 €) con un pò di componenti (Arduino, motorini, cavi, led, etc…). Oppure potete acquistare i vari componenti piano piano nel tempo.
Ricordatevi che per ogni acquisto online dobbiamo considerare circa 7 euro di spese di spedizione. I componenti fondamentali per iniziare sono la breadboard, dei cavetti elettrici, potenziometro e alcuni led.
Basi di Elettronica per Progetti Arduino
La prima cosa da fare in un progetto di Arduino è realizzare il circuito elettronico dove verranno utilizzati relè, led, sensori, motorini, etc. Per fare questo abbiamo bisogno di alcune basi di elettronica e soprattutto dobbiamo imparare i termini che utilizzerò nei prossimi tutorial:
- Vcc: Alimentazione positiva, collegata di norma tramite il filo rosso.
- Gnd o massa: Alimentazione a 0 volt (cioè di riferimento rispetto a Vcc), collegata di norma tramite filo nero.
- Segnale digitale: Segnale elettrico che può transitare solo tra 2 valori 0 e 1.
- Segnale analogico: Segnale elettrico che può transitare tra infiniti valori tra Vcc e Gnd.
- Led: Componente che, se correttamente alimentato, emette luce.
- Resistenza: Componente che regola la corrente che scorre nel circuito elettrico.
Utilizzo della Breadboard
La breadboard è una basetta con dei fori dove è possibile inserire dei fili elettrici rigidi. In questo modo è possibile evitare saldature tra i vari componenti che formeranno il nostro circuito. I pin laterali (rossi e blu) sono collegati insieme per tutta la linea orizzontale. Questo serve per poter alimentare più componenti simultaneamente. Stessa cosa con la linea blu. Qui dobbiamo collegare il segnale di Arduino GND (con filo nero), in questo modo su tutta la linea blu abbiamo un segnale di massa.
Per semplificare possiamo dire che il segnale 5V invia una corrente nel circuito (che serve per alimentare i vari componenti) e il flusso di corrente termina nel pin GND. All’interno della breadboard invece i collegamenti sono costituiti da 5 pin verticali. Se inseriamo un segnale di 5V in uno qualsiasi dei 5 pin nei 4 rimanenti avremo un segnale di 5V. In mezzo alla breadboard c’è una linea di separazione. Le due metà della basetta non sono collegate, per far passare la corrente da una metà all’altra dobbiamo realizzare dei ponti.
Leggi anche: Consigli Alimentari per l'Helicobacter
Colleghiamo un cavetto rosso dal pin 3V di Arduino a un pin esterno della breadboard (la fila più vicina alla linea rossa). Un secondo cavo (nero) lo colleghiamo dal pin GND di Arduino a un pin della linea esterna della breadboard (linea blu). La nostra basetta è alimentata, ora possiamo portare l’alimentazione all’interno e accendere un led.
Il led ha due gambette, una lunga, dove collegheremo i 3V, e una più corta, dove collegheremo la massa (GND), facciamo attenzione a non invertire i collegamenti altrimenti bruciamo il led). Inseriamo il led in un punto qualsiasi della breadboard. Creiamo così due ponti tra le linee esterne (Arduino) e i pin vicini al led.
N.B: I pin presenti nella scheda Arduino (quelli in basso a sinistra) servono esclusivamente per costruire circuiti e quindi inviare al suo esterno dei segnali di 5V, 3V e GND. In questo caso creiamo un ponte tra le due metà della breadboard. In questo modo anche le linee orizzontali della seconda metà della breadboard saranno alimentate.
Un potenziometro è un componenente elettronico in grado di modulare la tensione in maniera manuale. Inseriamo il potenziometro nella breadboard - il potenziometro occupa tre pin. Nei due pin esterni dobbiamo inserire una tensione (es 3V) e un segnale di massa (GND), è indifferente quale pin collegare. Il pin al centro restituisce una tensione tra 0 e 3V in base a come muoviamo la levetta. Il pin al centro deve essere collegato con un cavetto al piedino lungo del led (quello che riceve la tensione).
Per finire utilizziamo un bottone per accendere e spegnere un led. Un bottone è un’interruttore che fa passare o meno la corrente in ingresso. Inseriamo il bottone al centro della nostra basetta. Colleghiamo i primi due pin del bottone con l’alimentazione di Arduino (è indifferente quale pin collegare).
Controllo di un Servo Motore con Arduino
Vediamo come controllare un servo motore con Arduino. Ecco i passaggi:
- Collega il servo motore all'Arduino UNO. Il filo arancione (dati) va a un pin digitale, il filo marrone (GND) a un pin GND, e il filo rosso (alimentazione) al pin 5V.
- Se il servo motore consuma più di 500mA, usa un'alimentazione esterna, mettendo la massa in comune con Arduino.
- Apri l'IDE di Arduino e incolla uno sketch per ruotare il servo in base ai gradi impostati.
Ecco un esempio di sketch:
#include <Servo.h>// Crea oggetto servo1 dalla libreria servoServo servo1;void setup() { // Inizializza servo1 su pin 6 servo1.attach(6);}void loop() { // Imposta il servo a 180 gradi servo1.write(180); delay(200); // Imposta il servo a 160 gradi servo1.write(160); delay(200); // Imposta il servo a 110 gradi servo1.write(110); delay(200); // Imposta il servo a 90 gradi servo1.write(90); delay(200); // Imposta il servo a 60 gradi servo1.write(60); delay(200); // Imposta il servo a 30 gradi servo1.write(30); delay(200); // Imposta il servo a 10 gradi servo1.write(10); delay(200);}L’istruzione che permette di impostare il servo ad un determinato angolo è: servo1.write(Angolo);
In caso si voglia utilizzare più di un servo motore è possibile creare un ulteriore oggetto Servo ed inizializzarlo, ad esempio:
#include <Servo.h>// Crea oggetti servo1 e servo2 dalla libreria servoServo servo1, servo2;void setup() { // Inizializza servo1 su pin 6 servo1.attach(6); // Inizializza servo2 su pin 7 servo1.attach(6);}void loop() { // Imposta il servo 1 a 180 gradi servo1.write(180); // Imposta il servo 2 a 0 gradi servo2.write(0);}In questo sketch di esempio inizializziamo 2 servo chiamati rispettivamente servo1 e servo2 sui pin digitali 6 e 7, dopodiché nella funzione loop li impostiamo a 180 e 0 gradi.
Il servo utilizzato in questo articolo è un modello di tipo 9G, dicitura che troviamo molto spesso nell’acquisto di questi motori, che sta ad indicare il loro peso (senza i cavi di collegamento), utile nella scelta in caso di costruzione di un aeromodello.
Controllo di un Motore DC
Un altro progetto interessante è controllare un motore DC nei due sensi di marcia. Per farlo, è possibile utilizzare un interruttore o il Monitor seriale. Si può utilizzare un integrato Ponte-H, come l'L293NE o SN754410, che può controllare 2 motori ed eroga in uscita fino a 1 Ampere di corrente. In questo tutorial vedremo come accendere e spegnere il motore o farlo ruotare a destra o sinistra.
tags: #alimentazione #esterna #arduino #uno #tutorial