POTENZIALITÀ AGRO-METEO DELLA PIATTAFORMA ARDUINO

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1 POTENZIALITÀ AGRO-METEO DELLA PIATTAFORMA ARDUINO Giambattista Toller1*, Aldo Biasi1, Stefano Corradini1 Fondazione Edmund Mach, via E.Mach 1, 38010, San Michele all Adige (Trento)

2 http//arduino.cc

3 Attività svolta nell ambito del Progetto Cent uro

4 Una piattaforma informatica è una base software e/o hardware su cui sono eseguite e/o sviluppate applicazioni Si può intendere come: Una piattaforma software, che indica il software di base sul quale sono eseguiti o sviluppati i software applicativi (ad es. Piattaforma Java). Una piattaforma hardware, cioè l'hardware sul quale vengono fatti eseguire un certo sistema operativo e un certo insieme di programmi applicativi; Una piattaforma operativa, tipo di piattaforma software che include il sistema operativo il quale è costruito a partire dalle istruzioni elementari del processore (instruction set). Un ambiente di esecuzione che comprende hardware e sistema operativo ed eventualmente elementi middleware specifici, application server ed altri strumenti di supporto all'esecuzione di programmi.

5 Open hardware e open source Gli schemi hardware di Arduino sono distribuiti in modo da poter essere utilizzati nei termini legali di una licenza Creative Commons Attribution Share-Alike 2.5, e sono disponibili sul sito ufficiale Arduino. Per alcune versioni della scheda sono disponibili anche il layout e i file di produzione. Il codice sorgente per l'ambiente di sviluppo integrato e la libreria residente sono disponibili, e concessi in uso, secondo i termini legali contenuti nella licenza GPLv2.

6 Creative Commons (CC) Creative Commons (CC) è un'organizzazione non profit con sede a San Francisco dedicata all'espansione della portata delle opere di creatività offerte alla condivisione e all'utilizzo pubblici. Essa intende altresì rendere possibile, com'è sempre avvenuto prima di un sostanziale abuso della legge sul copyright, il ricorso creativo a opere di ingegno altrui nel pieno rispetto delle leggi esistenti.

7 GNU General Public License La GNU General Public License è una licenza per software libero. È comunemente indicata con l'acronimo GNU GPL o semplicemente GPL. Contrapponendosi alle licenze per software proprietario, la GNU GPL assicura all'utente libertà di utilizzo, copia, modifica e distribuzione. La GPL ha incontrato un gran successo fra gli autori di software sin dalla sua creazione, ed è oggi la più diffusa licenza per il software libero.

8 Gli sviluppatori di Arduino Interaction Design Institute, Ivrea. Perché Arduino si chiama Arduino?

9 ? Il nome viene da Arduino Marchese d Ivrea Fruttuaria, 1015? Arduino d'ivrea ( ) fu un protagonista delle acerrime lotte per il potere che coinvolsero l'intera struttura feudale ai tempi dell Impero Romano-Germanico degli Ottoni. Nel 1002, approfittando della morte di Ottone III, un nutrito gruppo di vassalli ostili al potere. imperiale lo elesse re d'italia. Per dieci anni, tra il 1004 ed il 1014, Arduino cercò di mantenere la corona d'italia, ma la forte opposizione dei vescovi e di alcuni conti e marchesi fedeli all'imperatore non gli permise di portare a termine i propri piani.

10 Oppure da: Bar di Re Arduino Piazza Vincenzo Gioberti, 13, Ivrea, (TO)?

11 Arduino mega 61 Arduino nano 48 Arduino

12 Shield, chi era costui? Si tratta di piccole schede collegabili ad Arduino. Possono fare molte cose: Collegamenti radio, zigbee, telefonici. Controllo motori, connessione ethernet, Controllo schede memoria, etc.

13 Microcontroller Digital I/O Pins Analog Input Pins DC Current per I/O Pin Flash Memory SRAM EEPROM Clock Speed Serial port used to receive (RX) and transmit (TX) TTL serial data External Interrupts Pulse Width Modulation BUS SPI LED BUS I2C Analog Reference Voltage Reset MEGA 1280 ATmega (of which 14 provide PWM output) ma 128 KB of which 4 KB used by bootloader 8 KB 4 KB 16 MHz Serial 0: (RX) and 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) and 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) and 16 (TX); Serial 3: 15 (RX) and 14 (TX). External Interrupts: 2 (interrupt 0 ), 3 ( interrupt 1 ), 18 ( interrupt 5 ), 19 (interrupt 4 ), 20 ( interrupt 3), and 21 ( interrupt 2 ). PWM: 0 to 13. SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS). LED: I C: 20 (SDA) and 21 (SCL) AREF. Reference voltage for the analog inputs. Reset. DUEMILANOVE 328 NANO 168 NANO 328 ATmega 328 ATmega 168; ATmega (di cui 6 utilizzati come uscite PWM) 14 (of which 6 provide PWM output) 6 a 10 bit di risoluzione (ovvero 1024 valori differenti; 0-5V) 8 at 10 bits of resolution 40 ma 40 ma 16 KB (ATmega168) or 32 KB 16 KB (di cui 2 KB utilizzati (ATmega328) of which 2 KB dal bootloader) used by bootloader 1 KB (ATmega168) 1 KB or 2 KB (ATmega328) 512 bytes (ATmega168) or bytes KB (ATmega328) 16 MHz 16 MHz Serial: 0 (RX) e 1 (TX). Interrupt esterni: 2 e 3. PWM: 3, 5, 6, 9, 10, e 11. SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). LED: 13. I2C: 4 (SDA) and 5 (SCL). AREF. Voltaggio di riferimento per gli ingressi analogici. Reset. Serial: 0 (RX) e 1 (TX). External Interrupts: 2 and 3. PWM: 3, 5, 6, 9, 10, and 11. SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). LED: I C: 4 (SDA) and 5 (SCL). AREF. Reference voltage for the analog inputs. Reset.

14 Arduino Mega Microcontrollore: ATmega2560 (noi ATmega1280) Tensione di alimentazione 6-20V; (raccomandata 712V) Ingressi/uscite Digitali: 54 (di cui 14 possono essere utilizzate come uscite PWM) Ingressi analogici: 16 Corrente Dc per pin I/O: 40 ma Memoria Flash: 256 kb (di cui 8 kb utilizzati dal bootloader) SRAM: 8 kb EEPROM: 4 kb Clock: 16 MHz

15 Come si programma Arduino programming language (derivato da c+ +) Ambiente di sviluppo molto facile i programmi si chiamano sketch Comunque programmare non è mai una banalità

16 Semplice programma per l'accensione ripetuta di un LED nell'ambiente di sviluppo di Arduino #define LED_PIN 13 void setup () { pinmode (LED_PIN, OUTPUT); // abilita il pin 13 per l'output digitale } void loop () { digitalwrite (LED_PIN, HIGH); // accende il LED delay (1000); // aspetta 1 secondo (1000 millisecondi) digitalwrite (LED_PIN, LOW); // spegne il LED delay (1000); // aspetta un secondo }

17 Le nostre prove 1. Modem GPRS GSM862GPRS (QUAD) di Telit (105 ) 2. Memoria flash ARDUINOSDLETT (13.0 ) 3. Orologio in tempo reale PCF8583 (3.58 ) 4. Multiplexer analogico ADG406BNZ (10.25 ) + PCF8574P (2.48 ) 5. Display a cristalli liquidi PC1602AR-H 16x2 (10.27 )

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19 Prova 1: Modem GPRS GSM862GPRS (QUAD) Permette la connessione di Arduino all INTERNET Con i protocolli HTTP FTP

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21 Libelium Hilo-Sagem ~ 70

22 Prova 2: Secure Digital (SD) card utilizza una memoria flash contenuta al suo interno. consumo energetico ridotto (in sleep = 250 ua, Lettura / Scrittura = 80 ma). dimensioni molto contenute (32 24 mm per 2,1 mm di spessore), capacità di memorizzazione elevate (64 GiB e più) velocità di trasferimento che raggiunge i 22,5 Mb/s nelle nuove 150x.

23 I prefissi per multipli binari sono una serie di prefissi istituiti dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) nel dicembre 1998 per evitare l'uso da parte degli informatici dei prefissi standard SI per indicare non i multipli decimali (per cui sono stati pensati e standardizzati) ma binari, sfruttando il fortuito caso che la decima potenza del 2 (1024) è molto vicina alla terza potenza di 10 (1000). Fattore 2^10 2^20 2^30 2^40 2^50 2^60 2^70 2^80 Simbolo IEC Ki Mi Gi Ti Pi Ei Zi Yi kibibyte mebibyte gibibyte tebibyte Nome IEC kibi mebi gibi tebi pebi exbi zibi yobi Nome esteso kilobinary megabinary gigabinary terabinary petabinary exabinary zettabinary yottabinary byte, kibibyte, mebibyte, gibibyte, ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ indicato indicato indicato indicato Simbolo SI k M G T P E Z Y Nome SI kilo mega giga tera peta exa zetta yotta con KiB con MiB con GiB con TiB Fattore SI Errore 10^3 +2,4% 10^6 +4,9% 10^9 +7,4% 10^12 +10,0% 10^15 +12,6% 10^18 +15,3% 10^21 +18,0% 10^24 +20,8% Da notare l'uso di una B maiuscola per differenziare Byte e bit.

24 metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET ) usati nelle memorie flash hanno funzionamento simile alle idrovalvole: una camera di dimensioni variabili, contenente acqua o cariche elettriche, modula il flusso idrovalvola Effetto tunnel usato per iniettare cariche nella camera chiusa (floating gate) del MOSFET La meccanica quantistica prevede che una particella abbia una probabilità, piccola ma finita, di attraversare spontaneamente una barriera arbitrariamente alta.

25 SEEEDUINO ARDUINOSDLETT Piccola scheda dotata di slot per SD max 2GiB (limite max FAT16) Permette ai dispositivi come Arduino e Seeeduino di leggere e scrivere le SD card con apposite librerie disponibili gratuitamente. Abbiamo regolarmente scritto e letto i dati da una SD da 512 MiB. Libreria ad oggetti C++: Class SD: definisce oggetti file-system FAT16 Class File: definisce oggetti file

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27 Adafruit Data logging shield for Arduino $ Nassau Street, Unit 4C, New York, NY L interfaccia gestisce schede SD formattate per FAT16 (DOS) o FAT32 (Windows 95) (FAT=File Allocation Table ). Real time clock (RTC) lavora anche quando Arduino è staccato. La batteria dura alcuni anni. Sono incluse librerie sia per SD che per RTC che facilitano molto la programmazione. C e un area di sperimentazione a connessioni forate per saldare connettori, circuiteria o sensori. Il regolatore a 3.3V serve come stabile tensione di riferimento ed alimenta in modo affidabile le schede SD, che richiedono molta potenza per funzionare. Preferibile usare questa scheda con un Arduino con il chip 328.

28 Seeeduino Stalker Prezzo 36, microcontrollore ATmega168. Dispone di RTC (Real Time Clock), slot per micro SD card, 20 I/O, protocollo di comunicazione I2C e UART(universal asynchronous receiver/transmitter ), connettore per inserire moduli wireless come Xbee, Bluetooth e RF. Può essere impiegata come hub per la raccolta dati real time da sensori esterni, come data logger GPS, per il monitoraggio, ecc.

29 Prova 3: Orologio in tempo reale PCF8583 Memoria RAM a basso voltaggio 240 x 8 bit Corrente di esercizio (a fscl = 0 Hz): max 50 μa Funzione orologio con calendario quadriennale Timer universale con allarme e indicatore di overflow Base dei tempi a khz o 50 Hz Bus serial di input - output (I2C-bus) Funzioni programmabili di allarme, timer e interrupt L orologio in tempo reale è stato usato con successo nella sequenza: Arduino, via bus I2C imposta sull orologio un ora di risveglio e poi si suicida tramite un relè bistabile sull alimentazione Quando suona la sveglia, l RTC manda un impulso al relè, che cambia stato ri-accendendo Arduino Arduino prende da RTC il tempo e imposta il proprio orologio

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31 Prova 4: Multiplexer 2 x ADG406BNZ 16/1 + 1 expander I2C 8bit PCF8574P Multiplexer analogico 16 x 1 resistenza on max: 125Ω Range temp.:-40 c to +85 c; 1. Usato per espandere il numero di ingressi oltre quello presente sulla scheda Arduino (2009=6, nano=8, mega=16). 2. Due ADG406BNZ sono pilotati in modo indipendente per mezzo di un PCF8574P. 3. La resistenza on del multiplexer è di circa 100 ohm; vanno perciò usati circuiti ad alta impedenza o in corrente

32 Uso del multiplexer = = = = = =15 ADG406BNZ multiplexer 16/1 arduino Bus I2C PCF8574P Expander I2C 8bit

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34 Shield Multiplexer 48 ingressi Adds an additional 48 analog or digital inputs or outputs to the Arduino and Arduino Mega using three Texas Instruments CD74HC4067 Analog Multiplexers; HC = High speed CMOS, 12 ns

35 Prova 5: Display a cristalli liquidi PC1602AR-H 16x2 (10.27 ) Least Significant Nibble or 4 1 or 5 2 or 6 3 or 7 Most Significant Nibble

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38 Ecco tutto l apparato sperimentale

39 Conclusioni Imparare l uso di Arduino non è particolarmente gravoso (però almeno un po di elettronica ) I prezzi delle schede sono popolari Esistono shield pronti per molte applicazioni Esiste una vasta comunità di utenti Nel prossimo autunno ci piacerebbe tenere un piccolo corso di Arduin-agro-meteo ( posti limitati, prenotatevi fin da ora!! )

40 Si Può Fareeee