Introduzione ad Arduino: una guida per principianti

Introduzione ad Arduino: una guida per principianti

Nella prototipazione, la piattaforma Arduino e le sue schede sono una costante consolidata che è diventata parte integrante della progettazione e dello sviluppo di nuove soluzioni in molti settori. Per i neofiti della creazione di prototipi è quindi fondamentale capire cos’è e cosa fa Arduino. Queste informazioni potrebbero risultare utili anche a chi è già esperto di prototipazione, come promemoria dell’infinito potenziale offerto dal marchio.

Sostanzialmente, Arduino è una piattaforma elettronica open source, un circuito programmabile, un computer a scheda singola. Con la possibilità di trasformare un input (ad es. la pressione di un pulsante, l’accensione di una sorgente luminosa o un messaggio SMS) in un output (ad es. l’invio di un’e-mail, l’avvio di un motore o il lampeggiamento di un LED) tramite un microcontrollore, le sue dimensioni compatte e l’interfaccia accessibile lo rendono la soluzione ideale per applicazioni di prototipazione economiche ed efficienti.

La sua semplicità e la sua flessibilità lo hanno reso la scelta preferita sia dai principianti che dai professionisti. Ciò che lo contraddistingue rispetto agli altri computer a scheda singola non è solo il suo ambiente di programmazione accessibile e chiaro, ma anche la natura open source del suo hardware e del suo software. Queste caratteristiche consentono ai membri della community di Arduino di esprimere la creatività nel modo in cui desiderano e di proporre nuove ed entusiasmanti applicazioni che integrano schede Arduino: la culla dell’innovazione. Grazie alla possibilità di utilizzare le schede Arduino su diversi sistemi operativi ad un prezzo conveniente, gli utenti di Arduino non sono limitati dalle restrizioni tipiche di altri computer e piattaforme a scheda singola.

È incredibilmente semplice iniziare a utilizzare Arduino e, nonostante l’enorme volume di prodotti disponibili per l’acquisto, i principianti possono beneficiare di diverse indicazioni per capire da dove cominciare e quali sono i primi passi da compiere. In questa guida troverai tutte le informazioni su come iniziare a utilizzare la tua primissima scheda Arduino, quali prodotti acquistare e cosa farne una volta ricevuti.

La tua prima scheda Arduino

A chi si avvicina al mondo Arduino per la prima volta, si consiglia di iniziare con una delle schede di base. La scheda Arduino Uno è perfetta per i principianti: è facile da usare, è dotata di un chip microcontrollore sostituibile ed è disponibile a un prezzo contenuto, fornendo al contempo tutte le funzionalità di base richieste per progetti semplici. Altre schede possono offrire una maggiore quantità di memoria o un numero di pin più elevato, ma se utilizzi la tua scheda per acquisire dimestichezza con Arduino e non sei certo di avere una reale necessità di utilizzare schede più avanzate, non vale la pena spendere più soldi per una scheda con funzionalità aggiuntive che probabilmente non userai.

Arduino Uno SMD R3 è una scheda microcontrollore basata su ATmega328. Dispone di 14 pin di ingresso/uscita digitali (di cui 6 utilizzabili come uscite PWM), 6 ingressi analogici, un oscillatore a cristallo da 16 MHz, una connessione USB, una presa per spinotto di alimentazione, un’intestazione ICSP e un pulsante di ripristino. Contiene tutto il necessario per supportare il microcontrollore; per iniziare è sufficiente collegarla a un computer con un cavo USB o alimentarla con un alimentatore CA-CC o con una batteria.

La Uno differisce da tutte le schede precedenti, in quanto non utilizza il chip driver FTDI USB-seriale.

Le funzionalità aggiuntive incluse con l’ultima versione R3 sono:

• ATmega16U2 invece di 8U2 come convertitore da USB a seriale
• Pinout 1.0:
  • Aggiunti pin SDA e SCL per la comunicazione TWI e posizionati vicino al pin AREF
  • Altri due nuovi pin posizionati vicino al pin RESET: lo IOREF che consente allo schermo di adattarsi alla tensione fornita dalla scheda e un pin non collegato riservato per scopi futuri
• Circuito RESET più forte

Specifiche del prodotto

Microcontrollore	ATmega328P
Tensione d’esercizio	5 V
Tensione di ingresso (consigliata)	7-12 V
Tensione di ingresso (limite)	6-20 V
Pin I/O digitali	14 (di cui 6 forniscono uscite PWM)
Pin I/O digitali PWM	6
Pin di ingresso analogico	6
Corrente CC per pin I/O	20 mA
Corrente CC per pin, da 3,3 V	50 mA
Memoria flash	32 KB (ATmega328P), di cui 0,5 KB utilizzati dal bootloader
SRAM	2 KB (ATmega328P)
EEPROM	1 KB (ATmega328P)
Velocità di clock	16 MHz
LED_BUILTIN	13
Lunghezza	68,6 mm
Larghezza	53,4 mm
Peso	25 g

Componenti di base

Sebbene la scheda Arduino Uno possa essere utilizzata come cervello delle applicazioni di prototipazione, per iniziare un progetto vero e proprio sono necessari componenti elettrici aggiuntivi. Abbiamo compilato una breve panoramica degli aspetti principali che potrebbero caratterizzare il tuo primo progetto:

• Breadboard  Una breadboard è un elemento essenziale quando si ha a che fare con la creazione di prototipi di circuiti. Consiste in una basetta di plastica con fori per i fili e viene spesso utilizzata come mezzo temporaneo per collegare i componenti. Una breadboard è composta da righe e colonne che semplificano i collegamenti.
  
  Scopri le breadboard
   
• Cavo USB di tipo B Utilizzato per alimentare la scheda Arduino, il cavo USB di tipo B si collega alla porta USB di tipo A del computer.
  
  Scopri i cavi USB di tipo B
   
• Cavi jumper Usa i cavi jumper sulla breadboard per creare collegamenti temporanei tra diversi componenti.
  
  Scopri i cavi jumper
   
• Resistori Per la limitazione del flusso di elettricità, è quasi sempre necessario un resistore, al fine di proteggere i componenti dal sovraccarico e prevenire i cortocircuiti. Sono un componente essenziale dei progetti di elettronica.
  
  Scopri i resistori
   
• Fotoresistori Con un fotoresistore, il tuo Arduino può misurare i cambiamenti di luce. La sua resistenza diminuisce con l’aumentare dell’intensità della luce.
  
  Scopri i fotoresistori
   
• Condensatori Un condensatore è in grado di immagazzinare una carica elettrica, fungendo da piccola batteria ricaricabile, sebbene il suo funzionamento sia molto diverso.
  
  Scopri i condensatori
   
• Transistor  Un transistor viene utilizzato come interruttore o come amplificatore di un segnale. Trattandosi di un dispositivo costituito da un semiconduttore, funziona come un interruttore di corrente comandato. Puoi anche prendere in considerazione un MOSFET, un tipo di transistor.
  
  Scopri i transistor
   
• Diodi  Il diodo è un altro dispositivo a semiconduttore che consente di dirigere il flusso di corrente in una sola direzione.
  
  Scopri i diodi
   
• Relè Interruttore di corrente comandato simile a un transistor, un relè è un componente meccanico costituito da una bobina che viene tirata indietro da una molla.
  
  Scopri i relè
   
• LED  Un LED (Light Emitting Diode, diodo ad emissione di luce) è un diodo che emette energia sotto forma di luce. Con i LED è necessario l’utilizzo di resistori.
  
  Scopri i LED

Utilizzo del software Arduino

Una volta acquistato un Arduino Uno, puoi già iniziare a prendere dimestichezza con il suo software con un solo componente aggiuntivo. Tutto ciò che serve è un cavo USB di tipo B.

Installazione

Dopo aver scaricato l’ambiente di sviluppo integrato (Integrated Development Environment, IDE) per Arduino dal sito Web di Arduino, dovrai installarlo sul tuo computer (l’IDE è disponibile per Windows, Mac e Linux). Le istruzioni di installazione specifiche per il sistema operativo in uso sono disponibili qui.

In alternativa, puoi anche utilizzare il comodo Web Editor di Arduino: le relative istruzioni sono disponibili qui.

Collegamento

Collega la scheda al computer tramite il cavo USB di tipo B. In tal modo Arduino si accende ed è possibile programmarlo mentre viene alimentato dal collegamento USB.

Configurazione

Per iniziare a utilizzare la scheda, seleziona la voce “Arduino Uno” nel menu Tools (Strumenti)>Board (Scheda). Quindi, seleziona la porta seriale in Tools (Strumenti)>Port (Porta). Per scoprire a quale porta è collegato Arduino, puoi scollegare la scheda e riaprire il menu. La voce che scompare è quella della tua Arduino Uno (dovrebbe essere COM3 o superiore). Quindi, ricollega Arduino e seleziona la porta seriale che ora viene visualizzata di nuovo. Hai configurato la tua scheda Arduino!

Progetto di prova

Come primo progetto di prova, segui queste brevi istruzioni che spiegano come far lampeggiare il LED integrato del tuo Arduino usando un progetto di esempio fornito con la tua scheda.

1. In IDE, fai clic su File>Examples (Esempi)>01.Basics>Blink (Lampeggiamento). In tal modo verrà caricato il codice di esempio per il tuo progetto. Pertanto, per il momento non dovrai eseguire alcuna codifica.

2. Quindi, fai clic sul pulsante con il segno di spunta nella parte superiore sinistra della finestra IDE. Questo pulsante verifica il codice, cioè controlla la presenza di errori e successivamente lo compila, in modo che sia pronto per il caricamento sulla scheda Arduino.

3. Se la fase di compilazione ha esito positivo (come dovrebbe essere quando si utilizza il codice di esempio), l’IDE mostrerà un messaggio nella finestra di output in basso, che indica che il codice è stato compilato.

4. L’ultimo passaggio dopo la compilazione è il caricamento del codice sulla scheda Arduino. Per fare ciò, è sufficiente fare clic sul pulsante freccia accanto al segno di spunta nella parte superiore sinistra della finestra IDE.

5. Il LED integrato di Arduino ora dovrebbe lampeggiare. Hai completato il tuo primo progetto di prova e sei pronto per affrontare compiti più complessi con la tua scheda Arduino.

Lo Starter Kit Arduino

Il punto di partenza ideale per il tuo primo progetto Arduino è lo Starter Kit Arduino. Progettato appositamente per i principianti, il kit ti guida attraverso le nozioni di base sull’uso pratico di Arduino. Concepito per la scheda Arduino UNO, imparerai attraverso la realizzazione di numerosi progetti creativi, contenuti in un libro incluso nel kit.

Inoltre, nel kit è compresa una selezione dei componenti elettronici più utilizzati e utili, che ti permette di evitare la ricerca e la scelta tra tutti i componenti essenziali. Partendo dalle basi dell’elettronica e passando poi a progetti più complessi, il kit ti aiuterà a controllare il mondo fisico con sensori e attuatori. Una volta completati i progetti inclusi nel kit, avrai un’idea dettagliata del software e dei circuiti e, soprattutto, avrai ottenuto la conoscenza necessaria per passare a progetti più complessi.

Contenuto del kit

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