In questo articolo desideriamo affrontare un tema comune a tutti quei radioamatori ed appassionati di autocostruzione elettronica che desiderano costruire dei progetti, con l’esigenza di controllare molteplici funzionalità e utilizzare un microcontrollore. Questo articolo punta quindi ad introdurre i dispositivi prodotti dalla ditta Arduino, andando ad elencare le potenzialità che questa scheda può offrire (anche nel mondo della radio).
Arduino e la famiglia delle schede a microcontrollore, possono infatti risultare un argomento difficile; tuttavia esistono molte modalità per approcciare ad Arduino, riuscendo ad ottenere risultati molto soddisfacenti. Tra le tante schede a microcontrollore esistenti sul mercato, abbiamo deciso di trattare Arduino perché, oltre ad essere una scheda open source costruita in Italia, rappresenta anche un punto di riferimento per la progettazione di prototipi elettrici ed ha una larghissima community nel mondo.
In questo articolo andremo ad introdurre Arduino, descrivendo nello specifico le sue potenzialità nel campo radioamatoriale.
BREVE INTRODUZIONE AD ARDUINO
Arduino è un progetto che ad oggi comprende una serie di schede elettroniche a microcontrollore ideate per scopi amatoriali, didattici e professionali. Il nome della scheda deriva da quello di un bar di Ivrea frequentato dai fondatori del progetto, (nome che richiama a sua volta quello di Arduino d’Ivrea, Re d’Italia nel 1002). Con Arduino si possono creare e controllare abbastanza rapidamente diversi circuiti elettrici.
Il prodotto si basa su un circuito stampato che integra un microcontrollore, collegato a delle porte I/O, a un regolatore di tensione e anche a un’interfaccia USB, oltre al collegamento ad un computer tramite un software, che ci permette di programmare il microcontrollore. La scheda è in grado di controllare (con i corretti programmi) una grande varietà di componenti elettronici come sensori, display, motori ecc… Dopo anni di sperimentazione open source è oggi possibile ottenere tramite la rete internet una raccolta di progetti vastissima, pure nel mondo radioamatoriale.
Il progetto e la prototipazione di Arduino, iniziò nel 2005 in Italia ad Ivrea e continua ancora oggi, con lo scopo di rendere disponibile, a basso costo (circa quello di una pizza), un dispositivo per il controllo che fosse più economico, intuitivo e versatile rispetto ad altri sistemi di prototipazione allora disponibili.
Potete trovare maggiori informazioni, visualizzando a questo link il sito della Arduino.
I PRODOTTI ARDUINO
La ditta Arduino, oltre ad aver prodotto il famosissimo ed utilizzatissimo Arduino UNO nelle varie versioni revisionate, ha anche realizzato negli anni delle ulteriori board che variano di dimensione e possono avere differenti scopi, permettendo una maggiore gestione di dispositivi. Ne esistono di dimensioni ridotte oppure con funzionalità aggiuntive come quella del Wifi. Arduino UNO rimane però a nostro avviso una delle schede più versatili ed un ottimo compromesso per la maggior parte dei progetti.
Visualizzate qui sotto alcuni dei più importanti modelli, prodotti dalla ditta Arduino.
ANALIZZIAMO ARDUINO UNO
Andiamo ora ad analizzare in maniera facile le parti più importanti della scheda Arduino UNO R3, che utilizza funzionalità simili alle altre schede descritte, ed è la più indicata per la maggior parte dei nostri progetti.
Arduino UNO R3 è caratterizzato dalla MCU “Micro Controller Unit” a 8 bit Atmega328P, che è il cuore pulsante del nostro Arduino, basato per l’appunto su questo integrato. Analizziamo ora, per punti, gli elementi più importanti che compongono la scheda:
1. Le prese di alimentazione
Arduino dispone di un classico jack di alimentazione (visualizzato nella foto seguente) che è possibile utilizzare per fornire delle tensioni comprese tra i 7 e i 12V DC, collegando batterie oppure alimentatori. In alternativa al jack, possiamo inserire delle tensioni da 5 a 12V DC nel pin VIN (voltage input) in accoppiata con il pin GND (ground). Vedi foto seguenti.
2. La porta USB
La porta USB utilizzata da Arduino è di tipologia B e collegabile tramite un cavo USB da stampanti; assume due principali funzioni:
Può essere utilizzata per comunicare con il PC, caricando i programmi tramite questa porta identificata come una seriale, avendo anche la funzione di inviare i dati letti dalla scheda al PC.
Può anche avere un secondo scopo, quello di fornire l’alimentazione di 5V (con una corrente più limitata) alla scheda Arduino, tramite un powerbank, un caricatore per cellullari o altri dispositivi USB.
NOTA SULL’ALIMENTAZIONE: Quando colleghiamo un adattatore esterno o una batteria al jack di alimentazione principale (visto in precedenza), la scheda Arduino sceglierà di utilizzare automaticamente l’alimentazione del jack. L’alimentazione USB e quella esterna possono coesistere contemporaneamente.
3. Il pulsante di RESET
Il pulsantino (solitamente di colore rosso o giallo), montato vicino alla porta USB della board (vedi foto seguente), viene utilizzato per ripristinare il funzionamento della scheda qualora il programma si blocchi e la scheda Arduino smetta di funzionare. Il pulsante caricherà nuovamente il programma interno contenuto nella scheda.
4. Il chip Atmega328P-PU
L’MCU di Arduino UNO R3, è il componente più importante della scheda ed ospita il codice al suo interno, andando ad eseguirlo. Il chip ha una memoria flash da 32 KB utilizzata per la memorizzazione del codice, eseguendolo e facendolo interagire i con dispositivi esterni, collegati alla board attraverso le sue porte INPUT OUTPUT (I/O).
5. Il chip Atmega16U2
Funziona come un convertitore da USB a seriale, facendo colloquiare Atmega328P e il PC (visualizza immagine di seguito).
6. Le porte digitali
Le porte I/O digitali di Arduino UNO R3 sono 14 (vedi immagine seguente). Vengono pilotate direttamente dall’ MCU Atmega328P-PU, che viene utilizzato tramite queste porte per l’interazione con i dispositivi esterni.
7. Le porte analogiche
Le porte analogiche di Arduino UNO R3, sono anch’esse pilotate direttamente da Atmega328P-PU. Vengono utilizzate per la lettura dei segnali analogici provenienti da dispositivi esterni, e possono anche essere utilizzate come porte I/O digitali, se configurate correttamente.
8. Le Porte PWM
Le porte PWM possono essere utilizzate per emettere il segnale PWM (Pulse Width Modulation). Sono incluse le porte “D3, D5, D6, D9, D10, D11”, per un totale di 6 porte (contrassegnate da un asterisco). Queste porte possono eseguire la funzione PWM in base al timer / contatore interno di Atmega328P; il che significa che la MCU può svolgere altre attività quando queste porte emettono il segnale PWM attraverso il meccanismo hardware.
9. Le porte di alimentazione esterne
Arduino, oltre a eseguire le precedenti funzioni, eroga anche delle tensioni DC tramite dei suoi pin; queste possono essere utilizzate per alimentare piccoli carichi esterni, senza dover utilizzare un’alimentazione ulteriore. Esistono le seguenti porte di alimentazione, che erogano 5VDC e 3.3VDC, che è possibile localizzare nella sezione POWER.
Vi alleghiamo la mappatura di tutti i pin di Arduino UNO R3, che potete visualizzare nell’immagine seguente.
NOTA BENE: Esistono inoltre ulteriori funzionalità e connettori assegnabili e gestibili in questa scheda. In questo articolo abbiamo trattato le informazioni di maggiore importanza. Se desiderate approfondire la struttura di Arduino UNO R3, visitate il loro sito cliccando questo link la pagina della ditta Arduino.
IL SOFWARE DI PROGRAMMAZIONE
Per poter leggere i dati trasmessi e ricevuti dalla scheda Arduino, per programmare il nostro Atmega328P e creare i nostri programmi (denominati “sketch”), possiamo ricorrere all’utilizzo del software di Arduino, che oltre ad essere gratuito è totalmente open source e frequentemente aggiornato da una community molto attiva.
Il software può essere scaricato direttamente dal sito ufficiale della ditta Arduino cliccando a questo link.
Per la guida informativa su come installare il programma, esistono veramente molti tutorial video disponibili su YouTube. In ogni modo, l’installazione sarà comunque guidata dall’installer del programma stesso.
ARDUINO E I PROGETTI RADIOAMATORIALI
Arduino risulta un’ottima piattaforma di sviluppo per noi radioamatori. Tramite la sua programmazione molto flessibile e la possibilità di connettere e controllare un’infinità di componenti, noi radioamatori possiamo ricavare progetti molto interessanti, semplificando la nostra autocostruzione. Tra i molti progetti radioamatoriali, Arduino viene principalmente utilizzato dagli OM per:
– Costruire ricevitori e trasmettitori su varie frequenze;
– Costruire generatori di segnali e altre utili strumentazioni;
– Fabbricare dei beacon RF e dispositivi di monitoraggio;
– Controllare il posizionamento delle antenne, tramite la gestione dei control box.
Per fornirvi degli spunti più precisi su cosa Arduino può fare, vi consigliamo di dare spazio alla vostra fantasia, cercando e trovando online una vastissima scelta di progetti open source; qui di seguito trovate un esempio di costruzione di un possibile progetto controllato tramite una scheda Arduino.
I SENSORI PER ARDUINO
La scheda Arduino è oltretutto molto famosa per l’innumerevole quantità di sensori che può facilmente gestire. Abbiamo sensori che misurano la temperatura, l’umidità, l’accelerazione, la forza elastica, il livello dell’acqua e molto altro ancora… Grazie alle molteplici librerie compatibili ed alla piattaforma, questi sensori sono molto semplici da usare e configurare. Molti di essi perlopiù si alimentano a 5V e sono interfacciabili ad Arduino tramite segnali analogici, digitali, o adoperando veri e propri protocolli.
Nelle varie fiere, online, e presso i rivenditori autorizzati, si possono reperire facilmente sensori già pronti e compatibili con i microcontrollori. Per darvi un’idea, di seguito vi elenchiamo alcuni esempi, contenuti nell’immagine sottostante.
LE SHIELD PER ARDUINO
Per facilitare di molto la prototipazione, i vari hobbisti e costruttori di prototipi automatizzati con Arduino hanno dato vita alle “shields”. Questa tipologia di articoli si presenta come un circuito stampato che permette di connettere Arduino ai nostri sensori/componenti in maniera compatta (e senza dover allestire cablaggi disordinati). La shield infatti permette di concentrare in piccole aree molti componenti e molte piste, con lo scopo di riordinare il nostro progetto, che risulterà molto facile da inscatolare e gestire.
Esistono shield già pronte con circuiti di ogni tipo, ed altre che possono essere create con l’ausilio di basette millefori pre-allestite. La creatività può anche portare l’auto costruttore a progettarsi la sua personale versione di scheda. Vi invitiamo a visitare il sito web di RobotStore cliccando questo link, per visualizzare nel dettaglio alcune tipologie di shields e approfondirne l’argomento. Di seguito, potrete visualizzare alcune immagini d’esempio.
Siamo giunti alla fine di questo articolo. Ci auguriamo che la tematica riguardante Arduino e le sue applicazioni (anche in campo radioamatoriale) possa esservi piaciuta, potendo ispirare alcuni ad auto costruire e iniziare ad allestire qualche progetto, mettendo ulteriormente le mani in pasta. Nel nostro canale YouTube abbiamo inoltre caricato un video inerente, che vi alleghiamo di seguito.
Per qualsiasi curiosità o domanda, vi invitiamo a commentare qui sotto tramite l’apposita sezione “commenti”. Con la speranza che l’articolo e il video siano stati di vostro gradimento ed ispirazione, vi auguriamo un buon proseguimento!
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