Laboratorio Arduino seconda lezione Pietro Bonora - L.S. Sabin - Bologna

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1 Laboratorio Arduino seconda lezione Pietro Bonora - L.S. Sabin - Bologna Abbiamo imparato a: - Comunicare tra Arduino e il PC (caricando programmi) e viceversa (attraverso il monitor seriale) - Collegare e gestire un attuatore digiale (LED) - Collegare e gestire un sensore digitale (pulsante) - Collegare e leggere i valori di un sensore analogico. (non ho scritto gestire...) LE SFIDE DI OGGI: - Collegare la danger shield e prendere contatto con i suoi componenti; - Imparare a gestire i principali ingressi/uscite della danger shield Approfondimento delle seguenti tematiche: - programmazione strutturata; - lettura dei sensori analogici e controllo proporzionale; - analisi dei circuiti costruiti finora (e magari sviluppo con qualcosa di nuovo...)

2 LA DANGER SHIELD Scheda di espansione per Arduino, che permette di simulare il comportamento dei principali sensori e attuatori analogici e/o digitali. 3 potenziometri (sliders) collegati agli ingressi A0.. A2 Pulsanti: LED: 5 e 6; fotocellula e LM35: A3 e A4; Knock sensor: 5; Buzzer: 3 C'è anche un display a 7 segmenti, ma è collegato a uno shift register ed è più complicato da utilizzare. LED sui potenziometri: 9, 10, 11.

3 Documentazione: PRECAUZIONI DI SICUREZZA PER L'UTILIZZO DELLA DS 1) Scollegare USB e alimentazione da Arduino; 2) Proteggere la porta USB di Arduino con un pezzo (meglio 2) di nastro isolante 3) Inserire DELICATISSIMAMENTE la danger shield sui contatti femmina di Arduino. Attenzione a non piegare i contatti maschio della DS. 4) Se non è presente, inserire con estrema delicatezza l'integrato nello zoccolo.

4 /* dichiarazione variabili e costanti: */ int s0=0; // inizializzo i valori di input provenienti dai sensori: lettura dei tre sliders int s1=0; int s2=0; int ta=0; // lettura fotoresistenza int p1=0; // lettura sensore temperatura const int s0pin=a0; //inizializzazione dei PIN dei tre sliders const int s1pin=a1; const int s2pin=a2; const int p1pin=a3; // PIN fotoresistenza const int t1pin=a4; // PIN Sensore di temp. LM35 (non so se lo uso...) // su A3 possibile altri tipi resistenze; sotto, procedura di setup: void setup() { // initializzo comunicazione seriale a 9600 bits per secondo: Serial.begin(9600); pinmode (s0pin,input); // dichiaro tutti i PIN come pin di input (provengono tutti dai pinmode (s1pin,input); // sensori. pinmode (s2pin,input); pinmode (t1pin,input); pinmode (p1pin,input);

5 void loop() { //loop: legge i vari sensori s0=analogread (s0pin); s1=analogread (s1pin); s2=analogread (s2pin); ta=analogread (t1pin); p1=analogread (p1pin); //le letture vengono inserite in una stringa e inviate al PC via seriale. Serial.print (s2); Serial.print (" "); Serial.print (s1); Serial.print (" "); Serial.print (s0); Serial.print (" "); Serial.print (ta); Serial.print (" "); Serial.print (p1); Serial.println (" "); delay (1000); /* la stringa contiene: sliders 1,2,3 nell'ordine; temperatura; fotoresistenza (che è poi il potenziometro). */ delay(10); // delay tra le letture per stabilità: 10 ms.

6 Attività: 1) Provare a costruire un programma che gestisca gli output (accenda i LED o faccia suonare il buzzer, ecc.) 2) Condizionare il comportamento degli attuatori in base alla lettura dei sensori. Per fare questo occorre l'istruzione if if/else allows greater control over the flow of code than the basic if statement, by allowing multiple tests to be grouped together. For example, an analog input could be tested and one action taken if the input was less than 500, and another action taken if the input was 500 or greater. The code would look like this: if (pinfiveinput < 500) { // action A else { // action B else can proceed another if test, so that multiple, mutually exclusive tests can be run at the same time.

7 Each test will proceed to the next one until a true test is encountered. When a true test is found, its associated block of code is run, and the program then skips to the line following the entire if/else construction. If no test proves to be true, the default else block is executed, if one is present, and sets the default behavior. Note that an else if block may be used with or without a terminating else block and vice versa. An unlimited number of such else if branches is allowed. if (pinfiveinput < 500) { // do Thing A else if (pinfiveinput >= 1000) { // do Thing B else { // do Thing C

8 La struttura decisionale if è fondamentale perché condiziona l'azione di un robot alle letture dei sensori. Nella programmazione strutturata le strutture fondamentali sono tre: - sequenza (operazioni eseguite in ordine); - decisione (azione intrapresa in base al funzionamento di una variabile) - ciclo (azioni che si ripetono n volte o fino al verificarsi di una determinata condizione). Noi le abbiamo incontrate tutte e tre. Si può dimostrare che qualsiasi blocco di istruzioni si può realizzare con un'opportuna combinazione di queste tre strutture (teorema di Bohm-Jacopini).

9 TARATURA SENSORI E CONTROLLO PROPORZIONALE Problema: gli sliders leggono valori da 0 a 1023, mentre i sensori analogici reali (fotocellula e sensore di temperatura) non lavorano in condizioni corrispondenti alla loro portata minima e massima, e spesso in situazione di esercizio ci ritroviamo con una gamma di valori molto ridotta. Oppure, può essere utile trasformare i valori letti dal sensore (da 0 a 1023) in una scala corrispondente alle unità di misura reali. Esempio: supponiamo di lavorare con un sensore di temperatura che lavora tra 10 e 50 C: 0 corrisponde a 10 C, 1023 a 50 C. La funzione map(value, fromlow, fromhigh, tolow, tohigh) applica un fattore di scala alla variabile indicata come value ) Esempio: la variabile di temperatura è indicata con t; map(t,0,1023,10,50) trasforma la scala da 0 a 1023 in una scala da 10 a i valori tolow e tohigh possono essere anche negativi; - se tolow>tohigh, si inverte l'ordine dei valori (da crescenti diventano decrescenti).

10 Due problemi che affronteremo la prossima volta: Non abbiamo ancora gestito uscite analogiche, che sono complicate per due motivi: 1) Arduino è un oggetto digitale, quindi per produrre un segnale analogico occorre costruirlo artificialmente tramite una tecnica particolare. 2) Gli attuatori analogici richiedono spesso una potenza che Arduino non può fornire. Arduino è un dispositivo di controllo e non può erogare la potenza necessaria, per esempio, a un motore elettrico. Va fornita una sorgente esterna. La gestione di una situazione di tipo if, condizionata dalla lettura di un sensore, ha una soglia in cui prima di un certo valore accade una cosa e dopo questo valore ne accade un'altra. Questo dà dei problemi in prossimità di questo valore, perché per gli errori di misura il sistema può oscillare continuamente rimbalzi, diventando instabile. Questo problema si risolve generando un'isteresi e modificando il programma in modo che lavori a doppia soglia.