I.T.I.S “Leonardo Da Vinci”

11/03/15 Classe IIE1A.S. 2014/2015

Arduino: nuovo artigianato

DISCIPLINA Introduzione Laezza

ITALIANO/STORIA Le origini di ArduinoLaezza, Sangiovanni , De

Santo

INGLESE Arduino Musella, Sangiovanni,

Varone

FISICA/DISEGNO Arduino: l’hardware De Rosa, Froncillo

CHIMICALa Pila come alimentatore

di ArduinoPatierno, Moliterno

MATEMATICA Basi della programmazione Cubuzio, Civetta, Esposito

DIRITTOLa legislazione sull’open-

sourceScognamiglio , Petrone

SCIENZEApplicazioni di Arduino in

campo medicoMoliterno, Patierno

SCIENZE

APPLICATE

Qualche applicazione di

Arduino

Amodeo, Improta,

Moliterno

ITALIANO/STORIAProf.ssa Rosalba Matrone

La storia di Arduino ha inizio nel 2001,

quando la Olivetti e Telecom Italia

creano l’Interaction Design Institute, un

istituto in cui si studia l’interazione tra

esseri umani e sistemi informatici.

ITALIANO/STORIA

Siamo a Ivrea, la città che aveva già conosciuto i fasti

di Olivetti ma di cui ormai non rimangono che le

ceneri. Qui insegna Massimo Banzi, geniale esperto

di informatica che ha «studiato elettronica alle

superiori, poi ingegneria all’università ma non ho

finito, perché onestamente era un po’ noioso».

ITALIANO/STORIA

L’impulso creativo gli scatta

nel 2002 da una domanda

piuttosto semplice:

Possibile, si chiede, che

gli studenti si occupino di

tecnologia avanzata

senza aver mai

programmato nulla? Che

proprio lì dove si studia

l’interazione uomo-

macchina le macchine

non interagiscono con gli

uomini?

ITALIANO/STORIA

Lo sviluppo è lungo, non è facile creare una scheda potente, economica e che si interfacci con Mac e PC.

Tuttavia nel 2005 è tutto pronto e grazie all’aiuto di David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis viene rilasciata la prima versione di questa «piattaforma di prototipazione elettronica open-source che si basa su hardware e software flessibili e facili da usare»

ITALIANO/STORIA

Arduino sta nel palmo di una mano e

consente di applicare sensori, attuatori e

altre componenti elettroniche per poi

programmarle con semplicità. Come

racconta Banzi, il nome viene dal bar

eporediese dove prendeva l’aperitivo.

ITALIANO/STORIA

Il successo va di pari passo con la crescita del movimento

dei makers, sostenitori del «If you can’t open it you don’t

own it» (Se non puoi aprirlo non è davvero tuo), gli

artigiani digitali che creano invece di comprare a scatola

chiusa dalle grandi industrie, che modificano gli oggetti

elettronici per adattarli alle loro esigenze.

GameBoy con Arduino Taccuino elettronico

con ArduinoITALIANO/STORIA

It was in the year 2005 that the first ever Arduino board was born in the classrooms of the Interactive Design Istitute in Ivrea,

Italy. Well, if you are not very familiar with the term, an Arduino is an Open Source

microcontroller that has opened the doors of electronics to a number of designers

and creative engineers.

INGLESE

TRADUZIONE Fu nel 2005 che il primo esemplare di Arduino prese vita presso l’istituto di progettazione interattiva di Ivrea in Italia. Se non si ha familiarità con questo

termine, è bene dire che Arduino è un microprocessore che conferisce notevoli opportunità

di utilizzo a programmatori e ingegneri elettronici.

Prof.ssa Giuliana Battimiello

The new prototype board, the Arduino, created by Massimo Banzi

and other founders, is a low cost microcontroller board that

allows to do great things in electronics. An Arduino can be

connected to all kind of lights, motors, sensors and other

devices; easy-to-learn programming language can be used to

program how the new creation behaves. Using the Arduino, you

can build an interactive display or a mobile robot or anything

that you can imagine.

INGLESE

TRADUZIONE

Il nuovo prototipo di Arduino creato da Massimo Banzi ed altri

fondatori, è un microprocessore che permette di fare grandi cose in

elettrotecnica.

Arduino può essere collegata a più tipi di fonti luminose, motori,

sensori ed altri apparati; il semplice linguaggio di programmazione può

essere adattato a nuovi bisogni. Usando Arduino è possibile ottenere

un display interattivo o un robot funzionale o ogni altra cosa

immaginabile.

In Ivrea, there is this “Bar Di Re Arduino”, a pub on the cobble stoned state in the town. Well, this place is

where a new age of electronics had its roots! This bar was frequently visited by Massimo Banzi, one of the

founders of Arduino, who taught at Ivrea. He was the one who gave the name Arduino to this low-cost

microcontroller board in honor of the place!

TRADUZIONE

Ad Ivrea, in memoria di Re Arduino, c’è un “Bar di Re Arduino” nella particolare strada lastricata di sanpietrini della città. Bene, è in questo posto che una nuova era dell’elettronica ha avuto le sue radici. Questo bar era frequentato assiduamente da Banzi, uno dei suoi fondatori, che insegnava ad Ivrea. Fu lui che diede il nome attuale al microprocessore a basso costo in onore del

luogo del quale era stato pensato.

INGLESE

It was in the year 2002 that Banzi, a software architect by

profession, was recruited as an associate professor by

IDII in order to promote novel ways of doing interactive

design, in other words, physical computing.TRADUZIONE

Fu nell’anno 2002 che Banzi, un programmatore di

professione, fu riconosciuto come professore

associato da IDII poiché aveva promosso nuovi

metodi per una programmazione interattiva, in altre

parole, per la produzione di computer.

INGLESE

• Cosa può fare Arduino:

• Leggere sensori

• Controllare periferiche

• Comunicare tramite porta seriale Programmabile

• Componenti:

• CPU

• memoria ROM, EPROM, FLASH –

• memoria dati: RAM, EEPROM

• oscillatore fino a 16 MHz (materiale piezoelettrico. In questo caso un quarzo, ma può essere anche ceramico.)

• porte I/O

• componenti aggiuntivi: ADC, DAC, contatori, timer...

• Stabilizzatore di tensione Output: 5V o 3.3V - Corrente massima fino a 800 mA

FISICAProf. Vincenzo Marotta

Una scheda Arduino tipica consiste in un

microcontrollore a 8-bit AVR prodotto dalla

Atmel, con l'aggiunta di componenti

complementari per facilitarne

l'incorporazione in altri circuiti; nello

specifico i modelli ATmega8, ATmega168,

ATmega328, ATmega1280 e ATmega2560.

FISICA

Molte schede includono un regolatore di

tensione a 5 volt e un oscillatore a

cristallo a 16 MHz,

• L'alimentazione della scheda può

avvenire attraverso la porta USB del

computer, oppure attraverso un

adattatore in corrente continua a 9 volt,

con connettore cilindrico (diametro

2,1 mm e positivo centrale).

FISICA

High Performance, Low Power AVR® 8-Bit Microcontroller- 28-pin PDIP, 32-lead TQFP, 28-pad QFN / FML e 32-pad QFN / MLF• Tensione di funzionamento:- 1.8 - 5.5V• Gamma di temperature:- -40 ° C a 85 ° C• Velocità Clock:- 0-4 MHz 1.8 - 5.5V, 0 - 10 MHz 2.7 - 5.5.V, 0 - 20 MHz 4.5 - 5.5V• Potenza assorbita a 1 MHz, 1,8 V, 25 ° C- Active Mode: 0,2 mA

FISICA

(1) PORTA USB

(2) ALIMENTATORE

(3) JUMPER ALIMENTAZIONE

(4) PIN DIGITALI

(5) PIN ANALOGICI

(6) POWER PINS

(7) RESET SWITCH

(8) ICSP

(9) AVR-ATMEGA

DISEGNOProf. Fulvio Quagliata

54 pin in totale, operano a +5 V.

- massima corrente sui pin: 40 mA

• AREF - (per input analogici, voltaggio di riferimento ) Questo pin regola il voltaggio di massima risoluzione degli input analogici• GND - massa• PWM - I pin a disposizione con questa funzionalità sono 6. Il PWM, o pulse width modulation permette di creare un'onda di corrente regolabile. Questa è molto utile per comandare svariati sistemi elettronici. L'esempio più stupido è comandare i servomotori da modellismo.• TX - RX - porta seriale• RESET - Questo è un PIN digitale. Se la lettura di questo PIN=HIGH il controller si resetta FISICA

• PIN uscita corrente a 3.3V• PIN uscita corrente a 5V• Vin - PIN input corrente per alimentazione controller• Analog in - PIN input analogici. Possono percepire molto precisamente una corrente DC tra 0 e 5V, restituendo un valore da 0 a 1023.• Digital - PIN digitali programmabili per essere input o output, percepiscono se è presente o no corrente restituendo LOW se non c'è corrente e HIGH se c'è corrente, oppure possono essere programmati per generare corrente in output di massimo 40mA FISICA

La pila è un dispositivo che

trasforma l'energia chimica in

energia elettrica. Essa è costituita

essenzialmente da due conduttori di

prima classe costituiti da lamine

metalliche o di carbone (dette

elettrodi) immersi in un conduttore di

seconda classe costituito da

soluzioni elettrolitiche, sali fusi, solidi a

conducibilità ionica, ecc.

CHIMICA Prof.ssa Giovanna Gambi

Le pile o celle

galvaniche sono

dispositivi capaci di

sfruttare reazioni di

ossido-

riduzione spontanee

per trasformare

energia chimica in

energia elettrica.

Un tipico esempio

di cella galvanica è

la pila Daniell. CHIMICA

E’ composta da due barrette di zinco e di rame immerse in due soluzioni, rispettivamente di solfato di zinco e solfato di rame, che formano due semicelle.

Finché le due semicelle rimangono separate non avviene nessuna reazione

CHIMICA

Se colleghiamo con un filo conduttore le due lamine metalliche, lo zinco, che ha rispetto al rame una maggiore tendenza ad ossidarsi, perde elettroni e da metallo si trasforma in ione di zinco; gli elettroni persi passano attraverso il circuito elettrico esterno e vengono attratti dagli ioni rameici che si trovano nell’altra semicella trasformandoli in rame metallico

CHIMICA

Al termine dell’esperimento la barretta

di zinco sarà diventata più sottile

perché parte dello zinco è passata in

soluzione sotto forma di ione, mentre

quella di rame sarà diventata più

spessa, perché parte del rame presente

in soluzione si sarà trasformata in rame

metallico depositandosi sulla barretta

CHIMICA

La programmazione

Le funzioni sono uno degli strumenti più potenti del linguaggio di programmazione,

esse infatti permettono un notevole risparmio e riuso del codice, con immediati

vantaggi del programmatore. Le funzioni esistono più o meno in tutti i linguaggi e

vengono chiamate anche procedure o subroutine . Alcuni linguaggi fanno distinzione

tra funzioni che ritornano un valore e quelle che, invece, non ritornano valori. Se una

funzione ritorna un valore, in genere si utilizza l’istruzione return seguita,

eventualmente, da un valore. In caso contrario nessun parametro viene passato.

Per sviluppare un programma o una funzione è necessario ricorrere a due strumenti:

Algebra di Boole

Costrutti tipici del linguaggio di programmazione

Costrutti condizionali Costrutti iterativi

(if, if else ) (Do , While ,For )

MATEMATICA Prof.ssa Roberta de Cesare

Algebra di Boole

L’algebra di Boole prende il

nome da George Boole,

matematico inglese (1815-1864),

che pubblicò un libro nel 1854,

nel quale vennero formulati i

principi dell'algebra oggi

conosciuta sotto il nome del suo

inventore: algebra booleana. E’

un modello di algebra nel quale

esistono solo due numeri: 1 e 0

e le operazioni NOT, AND e OR ,

riportati in ordine di priorità. A

volte, al posto di 1 e 0 vengono

utilizzati rispettivamente T, (True)

e F, (False). Sull'algebra di

Boole si basa l'elettronica

digitale e il suo sviluppo.

MATEMATICA

Gli operatori logiciLe operazioni, nell’ algebra booleana, sono basate su tre operatori: AND, OR, NOT.

• ANDL’ operazione AND detta anche prodotto logico,

è vera se sono vere le condizioni.

• ORL’ operazione OR, viene anche detta somma logica. Essa è vera quando è vero uno dei due operandi.

• NOTL’ operazione NOT, detta negazione, inverte il valore di verità,

viene indicata con un trattino sopra il simbolo del bit. A differenza degli altri operatori, è unario, cioè opera su

una sola condizione. Se è uguale a 0 allora restituirà 1 e viceversa.

Cond 1 Cond 2 AND

F F F

F V F

V F F

V V V

Cond 1 Cond 2 AND

F F F

F V V

V F V

V V V

Cond 1 NOT

V F

F V

MATEMATICA

Istruzione IFUno dei costrutti principali è l’IF. Esso permette di porre una condizione ed eseguire delle scelte in base ai dati

passati in input. Esempi:

Teoria Esempio

if (condizione) if (valore < 50)istruzione stampa : valore minore di 50

else elseistruzione stampa : valore maggiore o uguale a 50

L’espressione che compare dopo la parola chiave IF deve essere di tipo logico. Se la condizione risulta vera

viene eseguita l’ istruzione seguente. In caso contrario si esegue l’ istruzione subito dopo else. Poiché le

istruzioni all’ interno dell’ IF possono essere anche più di una è opportuno inserirle all’interno delle parentesi { }.

Per più scelte si può usare ELSE IF che permette di porre un’ulteriore condizione.

intero A= 50 scrivi sullo schermo « Inserisci un numero tra 0 e 100»; Intero B = -numero inserito da tastiera-;

if(B<A) { scrivi sullo schermo « il numero inserito e minore di 50»;

} else if (B>A) {scrivi sullo schermo «il numero inserito è maggiore di 50»;

} else { //poiché A non è minore o maggiore di B , devono essere uguali

scrivi sullo schermo « il numero inserito è cinquanta»;}

MATEMATICA

La Programmazione Iterativa (1)I tre costrutti comunemente usati per i cicli iterativi sono : While, Do e For.

int i = 0

while (condizione) while (i<50){ {

// Istruzioni da eseguire stampa : numero minore di 50

} }

La condizione viene controllata, se questa è vera viene eseguita l’ istruzione. Una volta

terminata l’istruzione viene di nuovo controllata la condizione fino a che non risulta falsa e si

prosegue con il resto del programma.

L’ istruzione DO può essere considerata una variante all’istruzione while, la differenza sta nel

fatto che si esegue almeno una volta il ciclo e dopo viene controllata la condizione

int 1 =0 ;

Do do{ {

// istruzione i=i+1 } scrivi sullo schermo «Il

numero<50»}

while (condizione) while (i<50)

MATEMATICA

La Programmazione Iterativa (2)

Il FOR inizializza una variabile, verifica una condizione incrementa o decrementa la variabile

iniziale.

for(inizializzazione, condizione, incremento)

{

istruzione

}

Esempio

for(int i=0 i<50 i=i+1 )

{

// istruzione

scrivi sullo schermo «Il numero minore di cinquanta»

}

Le istruzioni vengono indicate un numero di volte stabilito dall’indice.

MATEMATICA

La direttiva CEE del 14 Maggio 1991 n°

250, che riguarda i programmi per

elaboratore espressi in qualsiasi forma e i

lavori di progettazione, per realizzarli, si

prefigge di:

DIRITTO Prof. Ercole Arcone

• Armonizzare le legislazioni dei vari Stati membri.

• Assicurare ai creatori di opere e alle imprese

europee che le utilizzano una tutela che non li

ponga in condizione di svantaggio rispetto ai

loro concorrenti di altri paesi.

• Ridurre l’effetto monopolistico del diritto

d’autore, che conferisce una tutela troppo ampia

e di durata eccessiva per questo tipo di opere.

Tutto questo è scaturito dalla necessità di

adattare la legislazione sul diritto d’autore ai

progressi della tecnologia. Inoltre è stata

proposta una repressione della pirateria

mediante pene più severe.

DIRITTO

I programmi per elaboratori sono qualificati come opere letterarie e tutelati in base al diritto d’autore, perché originali.

La tutela non si estende ai principi, alla logica, agli algoritmi e al linguaggio di programmazione nonché alle interfacce.

I diritti spettano a chi ha creato il programma: se questo è realizzato nel corso di lavoro subordinato o di un contratto d’opera spettano al datore di lavoro o al committente.

DIRITTO

I diritti esclusivi comprendono: la riproduzione di qualsiasi forma, l’adattamento, la distribuzione sotto qualsiasi veste giuridica.

Costituisce violazione dei diritti esclusivi il possesso e il commercio di copie illecite. Il legislatore nazionale ha recepito tale direttiva mediante il decreto legislativo del 29 Dicembre 1992 n°518 che aggiorna la Legge del 22 Aprile 1943 n°633 detta Legge sul Diritto d’autore.

Successivamente, la Legge n°248 del 18 Agosto 2000 ha rafforzato la protezione del diritto d’autore, inasprendo le sanzioni penali.

DIRITTO

• Diritto alla paternità dell’opera.

• Diritto Inedito.

• Diritto alla integrità dell’opera.

• Diritto di ritiro dell’opera per gravi ragioni morali.

Inoltre ci sono i diritti patrimoniali che devono essere intesi come diritti di utilizzazione economica in ogni sua forma e modo.

DIRITTO

La tutela delle invenzioni industriali è il

brevetto, che legalmente si riferisce al

“Regio Decreto 29 Giugno 1939 n°1127”

L’articolo 12 della suddetta norma è stato

in seguito modificato dal Decreto del

Presidente della Repubblica(DPR) n°338 del

22 Giugno 1979.

DIRITTO

La domanda del brevetto per le invenzioni

industriali deve essere presentata presso

l’ufficio Centrale Brevetti (U.C.B.) e, in base

all’articolo 3 della Legge sulle invenzioni, il

brevetto dura 20 anni a partire dal momento

in cui viene depositata la domanda e non

può essere rinnovato e non può prolungare

la durata.

DIRITTO

Esistono diverse applicazioni mediche basate su Arduino, dal monitoraggio delle condizioni

di salute a distanza alla telemedicina.

Uno dei progetti è quello realizzato da Scott W Harden.

BIOLOGIA Prof.ssa Anna Bonifacio

Scott W Harden ha costruito una versione aggiornata del suo circuito basato su

Arduino per il monitoraggio del battito cardiaco.

L’obiettivo principale è fornire un hardware per la raccolta dei dati sul battito cardiaco

con un costo ridotto.

Scott utilizza una scheda audio del pc per leggere i dati analogici provenienti dall’

amplificatore, dopodiché un sensore misura la frequenza cardiaca.

BIOLOGIA

Questo progetto e basato sul principio della

fotopletismografia, che è un metodo non

invasivo per misurare la variazione di

volume del sangue nei tessuti utilizzando

una sorgente luminosa e una rilevatore.

BIOLOGIA

Poiché la variazione di volume ematico è in

relazione al battito cardiaco, questa

tecnica può essere utilizzata per calcolare

la frequenza cardiaca. Trasmissione e

riflessione sono due elementi

fondamentali per la fotopletismografia.

BIOLOGIA

Per la trasmissione dati si usa una sorgente di luce emessa nel tessuto e un rivelatore di luce posizionato sul lato

opposto del tessuto per misurare la luce risultante.

A causa della limitata profondità di penetrazione della luce attraverso i

tessuti, la trasmissione è applicabile solo a part del corpo come il dito o il lobo dell’

orecchio.

BIOLOGIA

Tuttavia nel riflesso la sorgente luminosa e

il rilevatore di luce sono posti entrambi

sullo stesso lato di una parte del corpo.

La luce viene emessa nel tessuto e la luce

riflessa viene misurata dal rilevatore.

Poiché la luce non deve penetrare nel corpo

il PPG riflesso può essere applicato a

qualsiasi parte del corpo umano.

BIOLOGIA

In entrambi i casi la luce rilevata riflessa o trasmessa attraverso la parte del corpo fluttuerà a seconda del flusso sanguigno pulsatile causato dal battito del cuore.

BIOLOGIA

Utilizzare Arduino per comandare il

movimento delle ruote di un drone.

In seguito vi illustreremo brevemente

come abbiamo programmato la scheda

Arduino a tale scopo.

SCIENZE APPLICATE Prof. Gianpiero Gigliofiorito

Il programma che viene usato per scrivere i

programmi per Arduino si chiama arduino.exe ed

è scaricabile dal sito ufficiale della piattaforma.

Il programma si presenta con un'interfaccia

grafica senza nome chiamata sketch.

SCIENZE APPLICATE

La struttura base del linguaggio di

programmazione di Arduino si sviluppa

sulla definizione di due funzioni: void setup e void loop . Queste due

funzioni racchiudono le necessarie impostazioni

per il funzionamento dei dispositivi collegati ad Arduino e i blocchi

di istruzioni per svolgere quanto

richiesto.

SCIENZE APPLICATE

Ecco alcuni esempi di progetti sviluppati nel mondo da ‘makers’:

Arduino suona le lattine di Coca-Cola

SCIENZE APPLICATE

Un mini robot-Arduino

SCIENZE APPLICATE

Muovere gli scacchi a distanza con Arduino

SCIENZE APPLICATE

ARRIVEDERCI

Prof.ssa Annabella Marcello

Per aver concesso l’opportunità di svolgere questa

attività