Come si usa Arduino: una guida pratica

Questo articolo vuole essere la guida pratica più semplice possibile all’uso di Arduino per un principiante. L’hardware e il software Arduino sono stati progettati per essere usati da artisti, designer, hobbisti, hacker, principianti e da chiunque sia interessato a creare oggetti o ambienti interattivi. Arduino, infatti, può interagire con sensori vari, pulsanti, LED, motori, altoparlanti, unità GPS, videocamere, Internet e persino il tuo smartphone o la tua TV! Inoltre, è ottimo per acquisire segnali sul PC. Insomma, puoi far fare al tuo Arduino praticamente qualsiasi cosa: l’unico limite è rappresentato dalla tua fantasia.

Fondamentalmente, Arduino è una piccola scheda con un microcontrollore programmabile che accetta e memorizza il codice inviato dal tuo computer permettendoti di ottenere risultati interessanti che vanno dal controllo delle luci alla creazione di musica, dall’acquisizione di dati dai sensori più vari al controllo di attuatori per applicazioni domotiche, robotiche o di qualsiasi altro tipo. Ne puoi trovare alcuni esempi e prezzi direttamente qui.

La scheda, il linguaggio di programmazione e la maggior parte dei progetti che trovi online sono open-source. Ciò significa che puoi usarli ed eventualmente modificarli in base alle tue esigenze. Essendo open source, semplice e con un prezzo molto basso, Arduino è diventato uno strumento di riferimento per la creazione e la condivisione di progetti fai-da-te basati sull’elettronica.

Scheda e altre cose che occorre procurarsi

Lo stesso Arduino è una scheda fisica che si collega al computer tramite un cavo USB e scarica il codice da un’applicazione sul PC, chiamata Arduino IDE (Integrated Development Envirnoment, cioè “ambiente di sviluppo integrato”). È possibile trovare procedure dettagliate di installazione di questo software di gestione, per Windows, Mac e Linux, sul sito ufficiale di Arduino (www.arduino.cc).

La connessione di una scheda Arduino Uno a un PC tramite una porta USB. Puoi trovare a ottimi prezzi le schede Arduino da collegare al computer qui.

Il software in questione – chiamato anche solo Arduino – è dove si realizza il codice del proprio programma (o sketch, come si chiama). Per i principianti di Arduino, è in Arduino IDE che si incolla il codice copiato dai progetti di altre persone. Quando invii dal tuo computer il codice ad Arduino, esso viene memorizzato sul suo chip. Puoi caricare ed eliminare il codice dal tuo Arduino quante volte vuoi.

L’ambiente di sviluppo integrato (IDE) di Arduino è un’applicazione multipiattaforma scritta in Java ed è derivata dall’IDE per il linguaggio di programmazione Processing e dai progetti Wiring. È progettato per introdurre alla programmazione artisti e altri principianti ​​che non conoscono lo sviluppo del software. È anche in grado di compilare e caricare programmi sulla scheda con un solo clic.

Dunque, puoi semplicemente realizzare i progetti con sketch open-source già disponibili (questo è ciò che fa quasi qualsiasi utente principiante di Arduino). La conoscenza della programmazione non è necessaria per iniziare con Arduino. Hai solo bisogno di un po’ di pazienza. La complessità del progetto varia, ma la maggior parte sono realizzabili esclusivamente con Arduino, un PC e poco altro.

Infatti, come avrai capito, Arduino comprende sia un circuito programmabile fisico (spesso indicato come microcontrollore) sia una parte software, o IDE (Integrated Development Environment), che viene eseguita sul computer, utilizzata per scrivere e caricare il codice del computer sulla scheda fisica. Per questo la piattaforma Arduino è diventata molto popolare tra chi si avvicina all’elettronica.

Inoltre, l’IDE di Arduino utilizza una versione semplificata di C ++, facilitando l’apprendimento della programmazione. Ad esempio, le seguenti 10 linee di codice sono tutto ciò che serve per far lampeggiare il LED che si trova sulla tua scheda Arduino, quale la sempreverde Arduino Uno, che è una delle schede più popolari della famiglia Arduino e un’ottima scelta per i principianti.

Ci sono molte varietà di schede Arduino, che possono essere utilizzate per scopi diversi. Alcune schede hanno un aspetto leggermente diverso da quello della Arduino Uno, ma la maggior parte delle schede Arduino ha la maggior parte di questi componenti in comune: alimentazione USB, pin di connessione vari, pulsante di reset, indicatore led alimentazione on/off, chip, etc.

La scheda Arduino Uno è un’ottima scelta per il tuo primo Arduino. Ha tutto ciò di cui hai bisogno per iniziare. Dispone di 14 pin di input / output digitali (di cui 6 possono essere utilizzati come uscite PWM), 6 ingressi analogici, una connessione USB, un jack di alimentazione, un pulsante di reset e altro. Basta collegarlo a un computer con un cavo USB o alimentarlo con un alimentatore a 5 V DC.

Caratteristiche e piedinatura della scheda Arduino di base, la Arduino Uno.

La scheda Arduino Mega 2560 è la seconda scheda più comune della famiglia Arduino. È un po’ come il fratello maggiore della Arduino Uno. Vanta 256 KB di memoria (8 volte in più rispetto alla Uno). Ha anche 54 pin di input e output, 16 dei quali sono pin analogici e 14 dei quali possono fare PWM. Ma, soprattutto, ha una risoluzione in tensione di circa 1 mV, contro i 5 mV della Uno.

Sebbene la tua scheda Arduino sia carina, non può fare molto da sola: devi collegarla a qualcosa. Con un semplice codice, Arduino può controllare e interagire con un’ampia varietà di sensori , ovvero trasduttori cose che possono misurare luce, temperatura, grado di flessione, pressione, prossimità, accelerazione, monossido di carbonio, radioattività, umidità, pressione barometrica, etc.

Inoltre, esistono le cosiddette “shield”, che fondamentalmente sono schede di circuito precostituite che si adattano al tuo Arduino e gli forniscono funzionalità aggiuntive: controllo di motori, connessione a Internet, comunicazione cellulare o altre comunicazioni wireless, controllo di uno schermo LCD, e molto di piu. Molti scudi Arduino sono impilabili e hanno uno sketch di esempio o una libreria.

Per iniziare a usare Arduino, ti consiglio di acquistare uno dei numerosi kit di avvio, in modo da avere tutti i diversi pezzi necessari per eseguire la maggior parte dei progetti. Ad esempio, l’Adafruit Experimentation Kit (circa 85 €) o lo SparkFun Inventor’s Kit (circa 95 €) includono entrambi un buon assortimento di parti e guide per il loro utilizzo. Infatti, inizialmente, potresti non sapere che cosa ti serve.

Se invece vuoi risparmiare un po’, puoi acquistare solo la scheda Arduino, un kit di jumper misti (Maschio-Femmina, Maschio-Maschio e Femmina-Femmina) e, magari, un bel kit di sensori assortiti (ve ne sono diversi, e prendendoli tutti insieme in un kit risparmierete un bel po’ di soldi). Altri componenti utili (led, resistenze, condensatori) li potete acquistare via via in negozi fisici di elettronica.

Oltre a ciò, è bene avere un multimetro (circa 15-20 € per un buon compromesso fra qualità e prezzo, ma evitate i piccoli tester “gialli”, che sono davvero scadenti) per testare i componenti elettrici, e un saldatore (circa 10 €) per realizzare collegamenti elettrici definitivi con le saldature. Può essere anche molto utile includere, nell’ordine di Arduino, una breadboard, per testare i circuiti in modo veloce.

Una classica breadboard utilizzata per realizzare dei circuiti provvisori o di test con Arduino.

 

Le varie fasi dell’uso di Arduino in pratica

Passo 1: Installa sul tuo PC Arduino IDE ed i driver per Arduino

Prima di iniziare qualsiasi progetto, devi far dialogare Arduino con il tuo computer. Ciò consente di scrivere e compilare il codice che Arduino deve eseguire, oltre a fornire un modo ad Arduino di lavorare a fianco del tuo computer. L’installazione del pacchetto software Arduino su Windows è molto semplice: in pratica, scarica e installa il software Arduino IDE dal sito di Arduino, se non lo hai già fatto.

È inoltre necessario scaricare i driver USB compatibili con Arduino, in modo che il computer possa interfacciarsi correttamente con Arduino. Essi variano, ad esempio, a seconda del sistema operativo o della sua versione che utilizzi. Una volta scaricato Arduino IDE, segui le istruzioni per installarlo. L’installazione include i driver, quindi in teoria dovresti essere pronto per usarlo subito.

Quando si installa Arduino occorre scegliere i componenti da installare, driver compresi.

Se hai problemi a far funzionare il software o con i driver, puoi consultare una delle tante guide online per il processo di configurazione iniziale di Arduino. Oppure, con Windows, prova a seguire questi passaggi per installare i driver manualmente. Collega la scheda e attendi che Windows avvii la procedura di installazione del driver. Dopo pochi istanti, il processo fallirà, nonostante i suoi migliori sforzi. Poi:

  • Fai clic su Start Menu -> Pannello di controllo.
  • Passa a Sistema e sicurezza -> Sistema. Quando la finestra del sistema è attiva, apri Gestione periferiche.
  • In Porte (COM e LPT), dovresti vedere una porta aperta denominata Arduino UNO (COMxx).
  • Fai clic con il pulsante destro del mouse su Arduino UNO (COMxx) -> Aggiorna software driver.
  • Scegli Sfoglia il mio computer per il software del driver.
  • A questo punto seleziona il file del driver di Uno, denominato ArduinoUNO.inf, che si trova nella cartella Driver di download del software Arduino.

Se hai un computer Mac, scarica il software Arduino per Mac dal sito Web di Arduino. Estrai il contenuto del file .zip ed esegui l’app. È possibile copiare il software nella cartella delle applicazioni, ma verrà eseguito correttamente dal desktop o dalle cartelle di download. Non è necessario installare alcun driver aggiuntivo per Arduino UNO, dunque è tutto davvero molto semplice.

Passo 2: copia, incolla ed esegui un codice in Arduino IDE

Apri il software Arduino IDE e incollavi il codice dello sketch di un progetto che vuoi realizzare. Dopodiché, fai clic su Sketch ->  Verifica / Compila per assicurarti che il codice sia “ok”. Salva il file e collega la scheda Arduino al computer con il cavo USB. Fai clic su File ->  Carica. Ora tutto è pronto dal lato software. Per ora, puoi scollegare Arduino dal computer per mettere insieme il circuito che vuoi realizzare.

La finestra di Arduino in cui copiare o scrivere gli sketch che volete caricare sulla scheda.

Ora che il software è installato e il tuo Arduino è configurato, potresti voler verificare che tutto funzioni bene prima di caricare la sketch del tuo progetto. Il modo più semplice per farlo è usare l’applicazione di esempio “Blink”. Apri il software Arduino facendo doppio clic sull’applicazione Arduino. Assicurati che la scheda sia collegata al computer, quindi apri la sketch di esempio del LED lampeggiante:

File -> Esempi –> 1.Base -> Blink. Dovresti vedere il codice per l’applicazione “Bllink” aperta dopo averla trovata sul seguente menù:

Per caricare questo codice sul tuo Arduino, seleziona la voce nel menu Strumenti –> Board che corrisponde al tuo modello, Arduino Uno in questo caso. Seleziona poi il dispositivo seriale della tua scheda dal menu Strumenti -> Porta seriale. Su Windows, è probabile che sia la COM3 o superiore. Su Mac o Linux, ciò dovrebbe essere qualcosa contenente “con /dev/tty.usbmodem”.

Infine, fai clic sul pulsante Carica in alto a sinistra nel tuo software Arduino IDE. Attendi qualche secondo e dovresti vedere i LED RX e TX che si trovano sulla scheda Arduino lampeggiare. Se il caricamento ha esito positivo, il messaggio “Caricamento completato” apparirà nella barra di stato. Alcuni secondi dopo il termine dell’upload, dovresti vedere il LED vicino al pin13 sulla scheda che inizia a lampeggiare.

Il LED che lampeggerà sulla scheda Arduino Uno.

Passo 3: Impara a creare un codice con l’editor di Arduino IDE

Complimenti! Ora sei sicuro di avere il tuo Arduino attivo e funzionante. L’ambiente di sviluppo integrato (IDE) di Arduino, come probabilmente avrai nel frattempo visto, non si limita solo compilare e caricare programmi sulla scheda, ma include un editor del codice che vogliamo creare, con funzionalità quali l’evidenziazione della sintassi, la parentesi graffa e il rientro automatico.

I programmi Arduino sono scritti in C o C ++. L’IDE di Arduino viene fornito con una libreria software chiamata “Wiring”, dal nome del progetto Wiring originale, che semplifica molte operazioni di input / output comuni. Gli utenti devono solo definire due funzioni per realizzare un programma ciclico in grado di girare prima sul proprio computer e poi sulla scheda Arduino su cui verrà caricato:

  • Setup (): una funzione viene eseguita una volta all’inizio di un programma e può inizializzare le impostazioni;
  • Loop (): una funzione chiamata ripetutamente fino a quando la scheda si spegne.

Schema tipico di uno sketch per Arduino.

Per creare o editare uno sketch, al solito apri il software IDE di Arduino e seleziona la scheda in uso. Per selezionare la scheda, vai a Strumenti (Tools), seleziona Schede (Boards), dopodiché seleziona la scheda che intendi usare, ad es. Arduino Uno. Vai poi a Strumenti ed a Porta (Port) per selezionare la porta alla quale la scheda Arduino è connessa. Scrivi il codice nello spazio dell’editor e compilalo. Una volta che è compilato, il codice è pronto per essere caricato sulla scheda Arduino.

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