ARDUINO
Introduzione generale:
E' una piattaforma hardware composta da una serie di schede elettroniche dotate di un microcontrollore. È stata ideata e sviluppata da alcuni membri dell'Interaction Design Institute di Ivrea come strumento per la prototipazione rapida e per scopi hobbistici, didattici e professionali. Il nome della scheda deriva da quello del 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 realizzare in maniera relativamente rapida e semplice piccoli dispositivi come controllori di luci, di velocità per motori, sensori di luce, autolavaggi, temperatura e umidità e molti altri progetti che utilizzano sensori, attuatori e comunicazione con altri dispositivi. È abbinato ad un semplice ambiente di sviluppo integrato per la programmazione del microcontrollore. Tutto il software a corredo è libero, e gli schemi circuitali sono distribuiti come hardware libero.
Architettura:
Arduino comprende una piattaforma hardware per il physical computing sviluppata presso l'Interaction Design Institute, un istituto di formazione post-dottorale con sede a Ivrea, fondato da Olivetti e Telecom Italia.
La piattaforma fisica si basa su un circuito stampato che integra un microcontrollore con dei pin connessi alle porte I/O, un regolatore di tensione e, quando necessario, un'interfaccia USB che permette la comunicazione con il computer utilizzato per programmare. A questo hardware viene affiancato un ambiente di sviluppo integrato (IDE) multipiattaforma (disponibile per Linux, Apple Macintosh e Windows). Questo software permette anche ai novizi di lavorare con Arduino, in quanto i programmi sono scritti in un linguaggio di programmazione semplice e intuitivo, chiamato Wiring, derivato dal C e dal C++, liberamente scaricabile e modificabile. I programmi in Arduino vengono chiamati sketch.
Arduino può essere utilizzato per lo sviluppo di oggetti interattivi stand-alone e può anche interagire, tramite un collegamento e un opportuno codice, con software residenti su computer
Grazie alla base software comune ideata dai creatori del progetto, per la comunità Arduino è stato possibile sviluppare programmi per connettere, a questo hardware, più o meno qualsiasi oggetto elettronico, computer, sensori, display o attuatori. Dopo anni di sperimentazione, è oggi possibile fruire di un database di informazioni vastissimo.
Funzionalità I/O
Per implementare il comportamento interattivo, Arduino è fornita di funzionalità di input/output (I/O). Tramite le funzionalità di input, la scheda riceve segnali raccolti da sensori esterni. Il comportamento della scheda è gestito dal microcontroller in base ai valori provenienti dai sensori e alle operazioni determinate dal programma in esecuzione in quel momento sulla scheda. L'interazione con l'esterno avviene attraverso attuatori pilotati dal programma, che fornisce le istruzioni per mezzo dei canali di output in dotazione.
Connettori I/O
A tale scopo, Arduino è dotata di molti dei connettori di input/output per microcontroller in uso su altri circuiti. Tutti i pin di I/O sono collocati sulla parte superiore della scheda mediante connettori femmina da 0,1". Sono inoltre disponibili commercialmente molte schede applicative plug-in, note come "shields".
Le schede Barebones e Boarduino, due cloni compatibili con la Arduino, sono dotate di connettori maschio sul lato inferiore del circuito in modo da poter essere connesse a una breadboard senza necessità di effettuare saldature.
I/O digitale
La Arduino Uno, ad esempio, che ha soppiantato la Duemilanove, offre 14 connettori per l'I/O digitale (numerati da 0 a 13). La direzione di funzionamento dei connettori utilizzati, input o output, deve essere stabilita mediante apposite istruzioni da inserire nello sketch programmato sull'IDE.
Sei dei quattordici canali I/O possono produrre anche segnali Pulse-width modulation (PWM). Attraverso i segnali PWM è possibile, ad esempio, regolare l'intensità di luminosità di un LED o la velocità di rotazione di un motorino elettrico[6]. L'hardware di tre dei pin di I/O (9, 10 e 11) implementa la possibilità di gestirli direttamente attraverso la funzione analogWrite(), che permette di controllare la PWM del segnale analogico in uscita in maniera efficiente, senza dover eseguire linee di codice appositamente predisposte. Tale funzione deve ricevere in ingresso due parametri, il primo dei quali è il numero del pin pilotato, mentre il secondo rappresenta l'intensità della modulazione (espressa in una scala da 0 a 255): ad esempio, analogWrite(9, 128) attiverà un led collegato al pin 9 al 50% della sua luminosità.
I/O analogico
Sempre sulla Uno sono presenti altri 6 connettori specificamente dedicati a ingressi di segnali analogici (collegati quindi ad una ADC), che ricevono valori di tensione letti da sensori esterni, fino a un massimo di 5 Volt, che sono convertiti in 1024 livelli discreti (da 0 a 1023). Questi 6 connettori possono essere riprogrammati (sempre dal codice dello sketch sull'IDE) per funzionare come normali entrate/uscite digitali, aumentando quindi il numero di uscite digitali (mentre i connettori digitali non possono essere usati come analogici).