ISTITUTO D' ISTRUZIONE SUPERIORE A. AVOGADRO ABBADIA S. SALVATORE (SIENA)

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1 ISTITUTO D' ISTRUZIONE SUPERIORE A. AVOGADRO ABBADIA S. SALVATORE (SIENA) LABORATORIO DI TECNOLOGIA DISEGNO E PROGETTAZIONE A.S RELAZIONE PROGETTO D ESAME STAZIONE METEOROLOGICA METEO IIS AVOGADRO Data inizio esperienza: 28 / 03 / 203 Data di consegna: 07 / 06 / 203 Alunno: Alessio Batistini Fabrizio Boffa Classe: 5 C

2 INDICE.0 Obbiettivo. Pag Specifiche....Pag Software e Hardware utilizzati...pag Software..Pag Hardware..Pag Descrizione generale del progetto...pag Il progetto in particolare..pag Schema...Pag Hardware / sensori utilizzati..pag Fase della Programmazione del microcontrollore Arduinio. Pag Fase Web...Pag Parte..Pag Parte 2..Pag Parte 3..Pag Parte 4..Pag Parte 5..Pag Schemi Orcad Caputure - Layout circuiti stampati e varie foto del progetto..pag Fasi per la creazione di un PCB (Cirucito Stampato) Pag Conduzione della prova.pag Realizzazione del circuito stampato (PCB)..Pag Conclusioni Finali...Pag. 32 Eventuali allegati: Datasheet DHT22 2

3 .0 Obiettivo Progettare e realizzare una stazione meteorologica che utilizza il microcontrollore Arduino, che rileva le grandezze di temperatura, umidita e luminosità e li trasmette sia su un display LCD che su una pagina WEB. 2.0 Spacifiche Utilizzo del microcontrollore Arduino e realizzazione di una pagina WEB dinamica per la visualizzazione dei dati acquisiti su internet. 3.0 Software e Hardware utilizzati 3. Software: Pacchetto Software OrCAD (OrCAD Capture OrCAD Layout); Editor IDE di Arduino; 3.2 Hardware: n microcontrollore Arduino; n Shield Ethernet; 4.0 Descrizione generale del progetto La realizzazione della stazione meteorologica tramite il microcontrollore Arduino è divisa in due parti, e quindi in due gruppi distinti. La prima parte riguarda i vari sensori (temperatura, umidità, luminosità), dove si va a progettare un programma sull Editor IDE (editor messo a disposizione della casa costruttrice di Arduino) in grado di acquisire dai vari sensori i dati e poi restituirli in un display LCD e in una pagine WEB. La seconda parte riguarda la progettazione per l acquisizione dati da un anemometro (vento). Anche questa seconda parte andrà a restituire le varie informazioni sia su un display lcd, sia sulla stessa pagina WEB dei sensori. 3

4 5.0 Il progetto in particolare: La parte che andremo a sviluppare e quella riguardante i vari sensori. Il programma che successivamente andremo ad analizzare effettuerà queste funzioni: Effettua la lettura della porta I/O su cui è collegato il pulsante principale, se quest ultimo risulta LOW, cioè a 0, il programma continua il ciclo infinito incrementando in ogni ciclo il valore della connessione e tramite una funzione IF, al momento che il valore della connessione assume un certo valore, cioè dopo un determinato intervallo di tempo, viene effettuata la connessione. Al momento che il livello logico del pulsante va su HIGH, cioè il programma entra in un ciclo for continuo nel cui interno è impostato il menu principale. Nel menu principale si hanno tre alternative, la prima è di visualizzare i dati, la seconda è di forzare l invio dei dati al database, cioè effettuare una connessione forzata e infine lo spegnimento del display LCD. Nel primo caso il programma entra in un secondo menu, nel quale si ha la possibilità di scegliere quale dato si vuole visualizzare tra quelli a disposizione e, premendo di nuovo il pulsante, viene acquisito il valore e nello stesso istante viene stampato sul display. Nello stesso menu è presente anche la voce «Torna al menu principale» che riporta il programma al menu precedente. Nel secondo caso il programma effettua una connessione immediata senza tener conto dell intervallo di tempo impostato per la normale connessione. Nel terzo caso il programma spegne il display LCD e ritorna alla fase iniziale 5. Schema e Flow Chart Schema dei collegamenti: 4

5 Diagramma di flusso: 5.2 Hardware / sensori utilizzati: Arduino: E un circuito stampato al cui interno si trova un microcontrollore con PIN connessi alle porte Input / Output, situate al bordo del PCB. Questi PIN permettono il collegamento di vari componenti elettronici come sensori, led, resistenze, condensatori, ecc. Nel circuito stampato di Arduino si trova anche un regolatore di tensione che permette il collegamento del microcontrollore sia, tramite USB, ad un computer, sia alla rete elettrica. Programmazione base di Arduino: La programmazione del microcontrollore Arduino avviene tramite il computer. Infatti la casa costruttrice ha messo a disposizione il download del compilatore IDE di Arduino nel sito. La programmazione viene fatta tramite il linguaggio di programmazione C++ e quindi tramite appositi comandi e librerie. I seguenti sono alcuni esempi di comandi base della programmazione dell Arduino:. pinmode(2, OUTPUT); Comando che va ad indicare se il PIN 2 dell Arduino è un ingresso o un uscita. 5

6 . delay(000); Comando che ci permette di imporre un ritardo al comando successivo, in questo caso di secondo.. digitalwrite(2, HIGH); Supponendo che nel PIN 2 sia collegato un diodo LED, tramite questo comando si fa accendere (nel caso di HIGH) o spegnere (in caso di LOW) il LED. Un programma di Arduino è formato generalmente da 3 parti: a) Nella prima parte si va a dichiarare le librerie, gli ingressi, le uscite e qualsiasi variabile che andremo ad utilizzare (es. int LED, 2; #libreria <h>); b) La seconda è il void setup() : In questa parte si va a programmare le funzioni che l Arduino dovrà compiere alla sua accensione. a) La terza parte è il void loop() : In questa parte si va a programmare le funzioni che il microcontrollore continuerà ad effettuare illimitatamente. Infatti questo è un ciclo infinito che il microcontrollore compie quando è alimentato. Al momento che il nostro programma è terminato, si va ad effettuare la compilazione, che va a controllare se sono presenti errori nel programma e successivamente si va a caricare il programma sul microcontrollore. DHT22: E un sensore digitale di temperatura ed umidità relativa, può essere alimentato con una tensione da 3 a 6 V e con una singola linea digitale può essere interfacciato ad un microcontrollore. Ha un consumo ridottissimo e funziona in un range di temperatura che va tra i -40 C e gli 80 C ed un range di umidità che va dall o 0% al 00%. Dimensioni: PIN del Sensore: VDD 5V 2 DATA - Segnale 6

7 3 NULL Non collegato 4 GND MPL5A2: Questo è un sensore di pressione atmosferica a basso costo. Il vero è proprio sensore si trova al centro del PCB ed ha dimensioni molto piccole. Il sensore è saldato su un circuito stampato con 0K resistori pull-up sui pin I2C. L MPL5A2 funziona a tensioni che vanno dai 2,2 V fino a 5,5 V, quindi può essere alimentato sia con i 3,3 V che i 5 V presenti tra i PIN del microcontrollore Arduino. Al suo interno è presente anche un sensore di temperatura ma attualmente non esistono datasheet che lo presentano e così non è del tutto attendibile. PIN del Sensore: VDD 3,3 V o 5 V 2 - GND 3 SCL 4 SDA PIN Aggiuntivi: 5 RESET 6 - SDWON Sensore Luminosità. Questo sensore è stato realizzato utilizzando una Fotoresisenza e seguendo i vari STEP per la realizzazione del relativo PCB, indicati nel punto 5.2 Conduzioni della Prova, della relazione. Sensore Pioggia: Questo è un sensore capacitivo, cioè al momento che il sensore viene al contatto con l acqua la sua capacità sale. Encoder rotativo o incrementale: Gli encoder incrementali sono dei trasduttori analogici-digitali; allorquando l'albero del generatore viene ruotato, l'apparecchio fornisce dei segnali elettrici sotto forma di "treni di impulsi" sinusoidali oppure rettangolari. Il numero degli impulsi emessi costituisce un valore angolare di rotazione. Display LCD 6x2: I display LCD a matrice permettono di realizzare circuiti che non hanno bisogno della presenza del pc per rappresentare i dati elaborati provenienti nel nostro caso dal microcontrollore. Se pensiamo ad esempio al classico sensore di temperatura, possiamo rappresentare il valore letto dal sensore direttamente sul display piuttosto che inviarlo al pc, rendendo il sistema indipendente. 7

8 Essi sono diventati dispositivi evoluti che utilizzano un microcontrollore capace di eseguire diverse operazioni come l attivazione o meno del cursore, la possibilità di shiftare i caratteri del display a destra o sinistra e addirittura leggere i dati presenti sul display (permettendo l interazione con l utente). I comandi principali per i display 6x2 sono: a) lcd.println( Testo ); -> Per scrivere una stringa di testo. b) lcd.print(valore); -> Per visualizzare un valore. c) lcd.clear(); -> Per pulire il display di tutti i caratteri presenti. d) lcd. setcursor(0; 0) o (0; 6); -> Per indicare se i caratteri successivamente caricati sul display verranno visualizzati nella prima o nella seconda linea. Shield Ethernet: Questo è un circuito stampato che permette ad un microcontrollore Arduino di collegarsi ad Internet. Si basa sul chip ethernet Wiznet W500. Il WIZnet W500 implementa il protocollo ethernet con tutto lo stack TCP/IP e UDP. Supporta fino a quattro connessioni simultanee. Lo shield è accompagnato dalla libreria Ethernet che consente di scrivere sketch che si collegano a Internet. Lo shield ethernet si collega al circuito stampato dell Arduino tramite dei lunghi header che si estendono attraverso lo shield. Ciò mantiene intatto il layout dei pin e permette di poter montare un altro shield sovrapposto. La versione R3 introduce anche a questo shield lo standard della piedinatura.0 che consiste in 4 pin supplementari: 2 si trovano vicino al pin AREF e vengono utilizzati per la comunicazione TWI, gli altri 2 sono posti in prossimità del pin di RE- SET. Il pin IOREF è usato per adattare lo shield al circuito stampato su cui è montato. L'ultimo non è collegato ed è riservato per usi futuri. L'ultima revisione di questa shield aggiunge uno slot per micro-sd, che può essere utilizzato per archiviare i file per da inviare sulla rete. E' compatibile con la Arduino Duemilanove e Mega (utilizzando la libreria Ethernet). C'è la possibilità di aggiungere un modulo power-over-ethernet (PoE) che può essere saldato sulla scheda e consente di fornire energia allo shield da un tradizionale cavo Ethernet di categoria 5. E' compatibile con IEEE802.3af e funziona con tutti gli alimentatori PoE conformi attualmente disponibili. 5.3 Fase della Programmazione del microcontrollore Arduinio: Fasi salienti della programmazione del microcontrollore Arduino per la realizzazione del nostro progetto: 8

9 ) La prima cosa da fare è collegare i sensori nelle apposite Uscite / Ingressi. (Se il sensore è Digitale nelle porte Digitali; Se il sensore è analogico nelle porte Analogiche). 2) La seconda fase consiste nel riuscire a far effettuare al microcontrollore Arduino l acquisizione dei dati provenienti dai vari sensori tramite i seguenti comandi: analogread (se sensore analogico); digitaread (se sensore digitale). Es. int luminosita_value = analogread(luminosita); -> Nel caso dell acquisizione della luminosità. 3) La terza fase è la connessione ad Internet del microcontrollore Arduino tramite la shield Ethernet. Prima di tutto dovremo andare a dichiarare il mac e IP Addres tramite questi comandi: byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED ; IPAddress server(76,9,39,246); EthernetClient client; Successivamente nel void loop(), dopo l acquisizione di tutti i dati, andremo ad effettuare la connessione, l invio dei dati al database e la disconnessione immediata dell Arduino tramite questa serie di comandi: a) if (client.connect(server, 80)) { b) client.print("get client.print(luminosita); if (isnan(temperatura) isnan(umidita) && (pressione_atmosferica > 349)) { client.print("&temperatura="); client.print("err"); client.print("&umidita="); client.print("err2"); else { client.print("&temperatura="); client.print(temperatura); client.print("&umidita="); client.print(umidita); if(pressione_atmosferica > 349) { client.print("&pressione_atmosferica="); client.print("err3"); else { client.print("&pressione_atmosferica="); client.print(pressione_atmosferica); 9

10 client.print("&precipitazioni="); client.print(precipitazioni); client.print("&invia=salva+i+dati/http/."); client.println(); c) client.stop(); 4) A questo punto quello che ci resta da fare è di visualizzare la visualizzazione dei dati sul display 6 x 2 tramite il seguente comando: lcd.print(luminosita_value); Per convenzione abbiamo diviso il programma in più di 3 parti, cioè abbiamo utilizzato altre funzioni oltre al void setup() e il void loop () :. // Dichiarazione delle librerie #include <DHT.h> #include <SPI.h> #include <Ethernet.h> #include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h> #include <Adafruit_MPL5A2.h> #include <Encoder.h> #include <CapacitiveSensor.h> // Dichiarazione PIN #define DHTPIN 2 Encoder myenc(5, 6); const int Pin_Pulsante = 7; const int Pin_Luminosita = A0; // Dichiarazione delle variabili int Pulsante = 0; int Vecchia_Posizione = 0; int Nuova_Posizione = 5; long Valore_Connessione = 0; float temperatura = 0; float umidita = 0; float luminosita = 0; int Valore_Luminosita = 0; float pressione_atmosferica = 0; long Valore_Spegnimento = 0; String precipitazioni = 0; // Dichiarazione Sensore Pressione Atmosferica. Adafruit_MPL5A2 mpl5a2; //Dichiarazione Sensore Temperatura/Umidità #define DHTTYPE DHT22 DHT dht(dhtpin, DHTTYPE); // Dichiarazione Sensore Piogggia 0

11 CapacitiveSensor cs_4_2 = CapacitiveSensor(4,3); // Dichiarazione Display LCD 6x2 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,6,2); // Dichiarazioni per la connessione internet byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED ; IPAddress server(76,9,40,32); EthernetClient client; 2. void setup(){ pinmode(pin_pulsante, INPUT); Serial.begin(9600); lcd.init(); // Inizializzazione Display LCD lcd.backlight(); // Luminosità Display LCD lcd.print(f("stazione Meteorologica")); delay(2000); while (!Serial) { ; mpl5a2.begin(); // Inizializzazione Sensore Pressione Atm. 3. void loop(){ Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del pulsante if(pulsante == ){ lcd.backlight(); // Luminosità Display LCD lcd.print(f("menu PRINCIPALE")); delay(000); for(;;){ Inizio: // Impostazione del fondoscala dell'encoder. while(nuova_posizione < 0){ myenc.write(30); Nuova_Posizione = 30; while(nuova_posizione > 30){ myenc.write(0); Nuova_Posizione = 0; if(nuova_posizione >= 0 && Nuova_Posizione < 0){

12 delay(200); lcd.print("visualizza Dati"); while(nuova_posizione >= 0 && Nuova_Posizione < 0){ for(;;){ if(nuova_posizione < 0 Nuova_Posizione >= 0){ goto Inizio; if(valore_spegnimento == 60000){ goto Fine; if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del pulsante if(pulsante == ){ Nuova_Posizione = 5; for(;;){ Inizio2: while(nuova_posizione < 0){ myenc.write(60); Nuova_Posizione = 60; while(nuova_posizione > 60){ myenc.write(0); Nuova_Posizione = 0; if(nuova_posizione >= 0 && Nuova_Posizione < 0){ delay(200); lcd.print(f(" Temperatura")); while(nuova_posizione >= 0 && Nuova_Posizione < 0){ for(;;){ if(nuova_posizione < 0 Nuova_Posizione >= 0){ goto Inizio2; if(valore_spegnimento == 60000){ goto Fine; 2

13 if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; pulsante Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del if(pulsante == ){ Temperatura(); Valore_Spegnimento = Valore_Spegnimento + ; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); if(nuova_posizione >= 0 && Nuova_Posizione < 20){ delay(200); lcd.print(f(" Umidita'")); while(nuova_posizione >= 0 && Nuova_Posizione < 20){ for(;;){ if(nuova_posizione < 0 Nuova_Posizione > 20){ goto Inizio2; if(valore_spegnimento == 60000){ goto Fine; if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; pulsante Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del if(pulsante == ){ Umidita(); Valore_Spegnimento = Valore_Spegnimento + ; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); 3

14 if(nuova_posizione >= 20 && Nuova_Posizione < 30){ delay(200); lcd.print(f(" Luminosita")); while(nuova_posizione >= 20 && Nuova_Posizione < 30){ for(;;){ if(nuova_posizione < 20 Nuova_Posizione >= 30){ goto Inizio2; if(valore_spegnimento == 60000){ goto Fine; if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; pulsante Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del if(pulsante == ){ Luminosita(); Valore_Spegnimento = Valore_Spegnimento + ; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); if(nuova_posizione >= 30 && Nuova_Posizione < 40){ delay(200); lcd.print(f(" Press. Atm.")); while(nuova_posizione >= 30 && Nuova_Posizione < 40){ for(;;){ if(nuova_posizione < 30 Nuova_Posizione >= 40){ goto Inizio2; if(valore_spegnimento == 60000){ goto Fine; if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); 4

15 Connessione(); Valore_Connessione = 0; pulsante Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del if(pulsante == ){ Pressione_Atmosferica(); Valore_Spegnimento = Valore_Spegnimento + ; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); if(nuova_posizione >= 40 && Nuova_Posizione < 50){ delay(200); lcd.print(f(" Precipitazione")); while(nuova_posizione >= 40 && Nuova_Posizione < 50){ for(;;){ if(nuova_posizione < 40 Nuova_Posizione >= 50){ goto Inizio2; if(valore_spegnimento == -0){ goto Fine; if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; pulsante Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del if(pulsante == ){ Precipitazione(); Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); 5

16 if(nuova_posizione >= 50 && Nuova_Posizione < 60){ delay(200); lcd.print(f(" Torna Indietro")); while(nuova_posizione >= 50 && Nuova_Posizione < 60){ for(;;){ if(nuova_posizione < 50 Nuova_Posizione >= 60){ goto Inizio2; if(valore_spegnimento == 60000){ goto Fine; if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; pulsante Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del if(pulsante == ){ goto Inizio; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); Valore_Spegnimento = Valore_Spegnimento + ; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); if(nuova_posizione >= 0 && Nuova_Posizione < 20){ 6

17 delay(200); lcd.print(f(" Connetti")); while(nuova_posizione >= 0 && Nuova_Posizione < 20){ for(;;){ if(nuova_posizione < 0 Nuova_Posizione >= 20){ goto Inizio; if(valore_spegnimento == 60000){ goto Fine; if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del pulsante if(pulsante == ){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Spegnimento = Valore_Spegnimento + ; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); if(nuova_posizione >= 20 && Nuova_Posizione < 30){ delay(200); lcd.print(f(" Spegni Schermo")); while(nuova_posizione >= 20 && Nuova_Posizione < 30){ for(;;){ if(nuova_posizione < 20 Nuova_Posizione >= 30){ goto Inizio; if(valore_spegnimento == 60000){ goto Fine; if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; Pulsante = digitalread(pin_pulsante); // Lettura stato del pulsante if(pulsante == ){ Pulsante = 0; 7

18 delay(200); goto Fine; Valore_Spegnimento = Valore_Spegnimento + ; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); delay(); else { Fine: Valore_Spegnimento = 0; Nuova_Posizione = 0; lcd.nobacklight(); if(valore_connessione == 70000){ Acquisizione_Dati(); Connessione(); Valore_Connessione = 0; Valore_Connessione = Valore_Connessione + ; delay(); 3. void Temperatura(){ temperatura = dht.readtemperature(); if(temperatura == ) { lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Temperatura")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f(" ")); lcd.print(f("err")); else { lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Temperatura")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f(" ")); lcd.print(temperatura); lcd.print(f(" C*")); 4. void Umidita(){ umidita = dht.readhumidity(); 8

19 if(umidita == 0){ lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Umidita'")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f(" ")); lcd.print(f("err2")); else { lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Umidita'")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f(" ")); lcd.print(umidita); lcd.print(f(" %")); 5. void Luminosita(){ Valore_Luminosita = digitalread(pin_luminosita); luminosita = ((Valore_Luminosita * 000) / 00); lcd.clear(); lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Luminosita'")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f(" ")); lcd.print(luminosita); lcd.print(f(" %")); 6. void Pressione_Atmosferica(){ pressione_atmosferica = mpl5a2.getpressure(); if(pressione_atmosferica > 349){ lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Press. Atm.")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f(" ")); lcd.print(f("err3")); else { lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Press. Atm")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f(" ")); lcd.print(pressione_atmosferica); lcd.print(f(" kpa")); 7. void Precipitazione(){ long start = millis(); 9

20 long total = cs_4_2.capacitivesensor(500); if (total < 00){ precipitazioni = "Assenti"; if (total > 00 && total < 500 ){ precipitazioni = "Deboli"; if (total > 500 && total < 000){ precipitazioni = "Moderate"; if (total > 000){ precipitazioni = "Forti"; if (total < 0){ precipitazioni = "ERR4"; lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Precipitazione")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(precipitazioni); 8. void Acquisizione_Dati(){ temperatura = dht.readtemperature(); umidita = dht.readhumidity(); Valore_Luminosita = digitalread(pin_luminosita); luminosita = ((Valore_Luminosita * 000) / 00); pressione_atmosferica = mpl5a2.getpressure(); 9. void Connessione(){ 6x2 lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f("connessione in ")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f("corso...")); if (Ethernet.begin(mac) == 0) { 6x2 //Stampa la scritta "Config. Eth. errata" sul Display LCD 6x2 lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f("config. Eth. ")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f("errata")); delay(2000); // Pausa 2 secondo // Connessione if (client.connect(server, 80)) 20

21 { //Stampa la scritta "Connessione effettuata" sul Display LCD 6x2 lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f("connessione")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f("effettuata")); delay(2000); // Pausa 2 secondo //Stampa la scritta "Invio dei dati" sul Display LCD 6x2 lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f("invio dei ")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f("dati")); // Invio dati al Database client.print("get client.print(luminosita); if (isnan(temperatura) isnan(umidita) && (pressione_atmosferica > 349)) { client.print("&temperatura="); client.print("err"); client.print("&umidita="); client.print("err2"); else { client.print("&temperatura="); client.print(temperatura); client.print("&umidita="); client.print(umidita); if(pressione_atmosferica > 349) { client.print("&pressione_atmosferica="); client.print("err3"); else { client.print("&pressione_atmosferica="); client.print(pressione_atmosferica); client.print("&precipitazioni="); client.print(precipitazioni); client.print("&invia=salva+i+dati/http/."); client.println(); delay(2000); // Stampa la scritta "Disconnessione in corso..." sul Dispkay LCD 6x2 lcd.setcursor(0, 0); 2

22 lcd.print(f("disconnessione ")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f("in corso...")); delay(2000); // Pausa 2 secondi //Disconnessione client.stop(); //Stampa la scritta "Disconnessione effettuata" sul Display LCD 6x2 lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f("disconnessione ")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f("effettuata")); delay(2000); // Pausa 2 secondi else { // Stampa la scritta "Connessione fallita" sul Display LCD 26x2 lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f("connessione ")); lcd.setcursor(0, 6); lcd.print(f("fallita")); delay(2000); // Pausa 2 secondi //Stampa la scritta "Disconnessione effettuata" sul Display LCD 6x2 lcd.setcursor(0, 0); lcd.print(f(" Connetti")); 5.4 Fase Web: La fase Web è divisa in varie parti:. Creazione Host (sito internet) base; 2. Creazione Database e varie tabelle di esso; 3. Creazione pagine utili per l acquisizione e l invio dei dati dall Arduino al database in formato PHP; 4. Creazione pagine utili per la lettura dei dati dal Database; 5. Creazione pagine principali del sito internet con la lettura dei dati e altro. 22

23 Parte : AlterVista ( ti offre lo spazio web gratuito per creare il tuo sito personale, il tuo blog, la tua galleria fotografica, il tuo forum o qualsiasi altro sito web tu voglia realizzare. Il servizio che dà l opportunità di creare un sito personale si chiama AlterSito. L'AlterSito è il classico servizio di hosting gratuito. È la soluzione per avere uno spazio web flessibile alle tue esigenze con la massima libertà di gestione e di intervento. Le caratteristiche iniziali sono espandibili senza limiti gratuitamente o con piccoli acquisti. Oltre a tutti gli altri servizi che AlterVista offre gratuitamente come Gallery, Blog, ecc, si va ad evidenziare il Database; Infatti ad ogni AlterSito, AlterVista associa un Database di Classe base che ovviamente, a pagamento tramite dei crediti, possiamo far aumentare di classe e quindi di prestazioni Parte 2: Come descritto in precedenza Altervista ci dà la possibilità di avere un Database di varie potenzialità. A noi basta avere un database base di Classe base, quindi gratuito. Database: In informatica, il termine database, banca dati o base di dati, indica un archivio dati, o un insieme di archivi, in cui le informazioni in esso contenute sono strutturate e collegate tra loro secondo un particolare modello logico (relazionale, gerarchico, reticolare o a oggetti) e in modo tale da consentire la gestione/organizzazione efficiente dei dati stessi grazie a particolari applicazioni software dedicate (DBMS), basate su un'architettura di tipo client-server, e ai cosiddetti query language per l'interfacciamento con le richieste dell'utente (query di ricerca o interrogazione, inserimento, cancellazione ed aggiornamento). In Database che noi andremo ad utilizzare e che AlterVista ci offre è il PhpMyAdmin. PhpMyAdmin : E un'applicazione PHP libera che consente di amministrare in modo semplificato database di MySQL tramite un qualsiasi browser. L'applicazione è indirizzata sia agli amministratori del database, sia agli utenti. Gestisce i permessi prelevandoli dal database MySQL. MySQL: E definito Oracle MySQL, è un Relational database management system (RDBMS), composto da un client con interfaccia a riga di comando e un server, entrambi disponibili sia per sistemi Unix o Unix-like come GNU/Linux che per Windows, anche se prevale un suo utilizzo in ambito Unix. Questo è un progetto Oper-Source. Andiamo a crearci la nostra tabella all interno del database. La tabella la andremo a chiamare Meteo e sarà divisa in 6 colonne: Data e ora; 23

24 Temperatura; Umidità, Luminosità; Direzione del vento; Velocità del vento: Parte 3: Le pagine per l acquisitone dei dati dall Arduino sono in formato PHP: PHP: (acronimo ricorsivo di "PHP: Hypertext Preprocessor", preprocessore di ipertesti; originariamente acronimo di "Personal Home Page" [] ) è un linguaggio di programmazione interpretato, originariamente concepito per la programmazione Web ovvero per la realizzazione di pagine web dinamiche. L'interprete ha una licenza open source e libera (ma incompatibile con la GPL). Il codice PHP della pagina dell acquisizione dei dati è il seguente: insert.php <form action="" method="get"> <input type="text" name="lucminosita" value="inserisci valore"> <input type="submit" name="invia" value="salva i dati"> </form> <?php if($_get['invia']){ $luminosita = $_GET['luminosita']; $temperatura = $_GET['temperatura']; $umidita = $_GET['umidita']; $pressione_atmosferica= $_GET['pressione_atmosferica']; $precipitazioni = $_GET['precipitazioni']; $conn= mysql_connect('localhost','arduinoboffa','')or die(mysql_error()); mysql_select_db("my_arduinoboffa", $conn) or die(mysql_error()); mysql_query(" INSERT INTO arduinodati (dataora, lucminosita, temperatura, umidita, pressione_atmosferica, precipitazionie) VALUES(NOW(), '$luminosita', '$temperatura', '$umidita', '$pressione_atmosferica', '$precipitazioni')") or die(mysql_error()); 24

25 ?> Parte 4: Le pagine che eseguono la lettura dei dati dal Database sono in formato PHP. Il codice PHP della pagina della lettura dei dati dal Database è il seguente: oggi.php <head> <title>diretta dati</title> <link rel="stylesheet" href=" type="text/css" media="screen" /> </head> <dati> <?php <table border="0" cellpadding=""> <tr><th> Data e ora </th> <th> Temperatura</br> (C*) </th> <th> Umidità</br> (%) </th> <th> Luminosita'</br> (%) </th> <th> Pres. Atmosferica</br> (kpa) </th> <th> Precipitazioni </th></tr> //connessione al database $conn= mysql_connect('localhost','meteoiisavogadro','')or die(mysql_error()); mysql_select_db("my_meteoiisavogadro", $conn); //identificazione del numero del mese di oggi su una variabile $oggi= date("j", time()); //selezione della tabella con data di oggi $result= mysql_query(" SELECT * FROM datimeteo where DAY(DataOra) = '$oggi' ORDER BY DataOra DESC") or die (mysql_error()); //trasformazione in array delle colonne della tabella selezionata while($row= mysql_fetch_array($result)){ //stampa degli array echo (' <tr><td>'.$row [dataora].'</td> <td>'.$row [temperatura]. '</td> <td>'.$row [umidita].'</td> <td>'.$row [luminosita].'</td> <td>'.$row [pressione_atmosferica].'</td> <td>'.$row [precipitazioni].'</td><tr> '); //refresh della pagina header("refresh: 0 ; url=". $_SERVER["PHP_SELF"]); 25

26 ?> </table> </dati> Parte 5: Questa ultima parte sarà caratterizzata dall uso di altre applicazioni e linguaggi come l HTML. HTML: In informatica l'hypertext Markup Language (HTML) (traduzione letterale: linguaggio a marcatori per ipertesti) è il linguaggio di markup solitamente usato per la formattazione di documenti ipertestuali disponibili nel World Wide Web sotto forma di pagine web. Questa fase è suddivisa a sua volta in altre 5 fasi: a. Scelta di un template base idoneo. b. Creazione e modifica della pagina web index,html: Questa è la pagina inziale del nostro sito e noi abbiamo scelto di inserirci i dati del giorno stesso che si aggiornano ogni 5 minuti. In questa pagina index oltre alle normali modifiche si deve anche inserire un collegamento alla pagina della lettura dei dati della pagina in PHP. Questo può essere effettuato tramite il comando FRAME; Questo comando ci permette di far visualizzare in una pagina web un'altra pagina, ovviamente di dimensioni ridotte. c. Creazione della pagina giorni.html: In questa pagina andremo a inserire il collegamento dei dati dei giorni precedenti (fino a 7 giorni precedenti). Il concetto è lo stesso della pagina index.html, l unica differenza è che i dati essendo dei giorni precedente non vengono aggiornati ogni 5 minuti ma shiftano ogni 24 ore da un giorno a quello precedente. NB: In ogni pagina Web in formato html ci sarà un collegamento diretto al sito della scuola. d. L ultimo passaggio è la modifica dell aspetto delle pagine internet, con la modifica dello sfondo, del logo, ecc. Il sito internet di prova è: Schemi Orcad Capture - Layout dei circuiti stampati e varie foto 26

27 Sensori DHT22 e Pressione Atmosferica: J J2 DHT 22 Con DHT 22 J J4 Press. Atmosf erica Press. Atmosf erica Con Collegamenti a Arduino: J9 2 VCC VSS 2 J3 3 4 Pressione Atmosf erica Reset J0 2 Pulsante scl J8 2 sda 3 k VCC k VSS VCC J HEADER 0 J VCC Encoder J Dispaly LCD HEADER 0 J5 2 3 VCC 4,7 k Temperatura - Umidita VCC J6 2 k Luminosita J7 2 0 M Precipitazioni 27

28 Sensori di luminosità e precipitazioni: J 2 J2 Precipitazione Precipitazione Con J4 J3 2 2 Luminosita Luminosita Con Foto Varie: 28

29 7.0 Fasi per la creazione di un PCB (Cirucito Stampato) 7. Conduzione della prova L esercitazione introduce le principali modalità operative del software offerta da OrCAD che si è affermato da lungo tempo nel campo delle tecniche CAD (computer aided designe) - CAE (computer aided engineering). Il pacchetto OrCAD è strutturato in più moduli interagenti ed integrati tra loro nel senso che il lavoro svolto in una data fase può essere sfruttato in una fase successiva. In particolare fanno parte di OrCAD: OrCAD Capture che viene usato per il disegno del circuito; OrCAD PSice che viene usato per la simulazione dei circuiti e OrCAD Layout che consente di creare il master per circuiti stampati ossia di definire il posizionamento (Layout) dei componenti e delle linee di connessione al fine di realizzare schede a circuito stampato (PCB: printed circuiti board). Fase: Disegno del circuito con Capture Per iniziare apriamo Capture e clicchiamo su file e poi su new, in questo modo si crea il nuovo progetto e così facendo si salva il file nella directory che gli abbiamo dato. Successivamente si clicca su Place e poi su Part, dove si possono trovare tutte i componenti per creare il nostro circuito e si inizia a piazzarli, le resistenze, gli header ecc Adesso colleghiamo tutti i componenti nel modo opportuno e si passa alla creazione della Netlist, andando nel menù Tool Tools e successivamente sul comando Create Netlist. All interno di questo comando dobbiamo anche cambiare i millimetri, perché OrCAD Layou non riesce a leggerli, in pollici. Adesso elenchiamo altri comandi importanti del menù Tool: Annotate: Permette di gestire correttamente i riferimenti. Rules Check: Controlla le violazioni delle regole di progetto sulle pagine dello schema selezionate. Bill of materials: Crea un elenco dei materiali per le pagine selezionate. 29

30 2 Fase: Disegno dei layout del circuito e produzione del master Per disegnare il layout di un circuito (posizione dei componenti nella scheda), effettuare lo sbroglio (definire il migliore percorso delle piste per realizzare i collegamenti elettrici previsti senza incroci) ed ottenere il master (riproduzione del circuito su foglio di carta trasparente), si parte dallo schema circuitale realizzato con OrCAD Capture. In particolare si utilizza il file di descrizione del circuito (netlist) generato con il comando Tool/create netlist di Capture con estensione.mnl Layout è il secondo Software che si trova nel pacchetto di OrCAD, che ci consente la realizzazione del circuito stampato su una basetta di rame chiamata PCB (Printed Circuit Board). Adesso aprendo Layout dobbiamo riportare il circuito creato su Capture. Per prima cosa clicchiamo su file e poi su Open, a questo punto il software ci chiede la directory del file DEFAULT.THC. che è la libreria che usiamo noi, in formato.tch, e successivamente ci chiede la directory della Netlist che abbiamo creato con Capture. Ina alcuni casi, al passaggio dal primo al secondo software del pacchetto OrCAD, possiamo avere delle incongruenze tra i componenti, così dobbiamo dare delle specifiche per farli riconoscere da Layout. Successivamente si va su view spreadsheet e poi su Layer e si imposta che il circuito si fatto su uno o più layer cioè una o più facce nel nostro caso abbiamo usato solo una faccia, il BOTTOM, e poi sempre su view spreadsheet si va a Padstacks, che ci consente di modificare le dimensioni dei Pad (piazzole) di ogni componente. A questo punto, riandiamo ancora una volta su view spreadsheet e clicchiamo su nets, che ci consente di modificare lo spessore delle piste. Dopo di questo, andiamo ad usare il comando autoroute.board, cioè lo sbroglio, dove vengono create le piste e se va a buon fine possiamo stampare il nostro circuito. Invece per riportare allo stato iniziale, cioè al circuito senza lo sbroglio, dobbiamo usare il comando unroute.board. Infine il Master, è la basetta lucida trasparente, dove ci viene stampato il circuito. 7.2 Realizzazione del circuito stampato (PCB) I circuiti stampati possono essere classificati in: A singola faccia: i componenti sono su un lato della basetta (TOP) ed i collegamenti sono stampati nel lato opposto (BOTTOM) A doppia faccia: i componenti sul TOP e collegamenti sia sul TOP che sul BOTTOM; in questo caso i collegamenti tra le piste TOP e quelle BOTTOM avvengono tramite fori metallizzati Multistrato: componenti sul TOP e collegamenti su tre o più piani. Inoltre le tecniche di montaggio dei componenti possono essere: THT (Trough hole technology) inserzione a foro passante SMT (Surface mount technology) a montaggio superficiale Nel nostro caso abbiamo realizzato un circuito a singola faccia con tecnica THT. I materiali di partenza per la produzione di circuiti stampati è il semilavorato, dal 30

31 quale per tranciatura si ricava la basetta. Essa è costituita da un supporto isolante; su un su entrambe le facce del quale è incollato il sottile foglio di rame solitamente spesso 35µm. Alla fine del processo di produzione del PCB, parte del rame sarà eliminata per attacco chimico, e rimarrà solamente il tracciato disegnato sul master. La tecnica usata per il PCB è di tipo sottrattivo e consiste nell eliminazione della basetta del rame che non costituisce il tracciato. Per riportare il disegno del master sulla basetta il procedimento più usato è la fotoincisione che si articola nelle seguenti fasi: a) Fase di stesura del fotoresist Sulla superficie di rame, preventivamente pulita con polvere abrasiva, viene distribuita una particolare vernice sensibile alla luce ultravioletta, chiamata fotoresist. I fotoresist possono essere di tipo negativo se polimerizza alla luce e di tipo positivo se depolimerizza alla luce. La polimerizzazione è una reazione chimica che rende il fotoresist polimerizzato inattaccabile sia allo sviluppo che all incisione. Esistono in commercio anche basette presensibilizzate sulle quali cioè il fotoresist è già stato applicato e quindi consentono di evitare l operazione di stesura manuale della lacca sempre piuttosto critica. E bene sapere che nel caso che il fotoresist venga applicato manualmente occorre essiccarlo ponendolo in apposito forno a circa 70 C per 0-5 min. b) Fase di stampa Sulla superficie del master, che riproduce positivamente il circuito in quanto il tracciato è costituito da zone opache, viene posta, normalmente dal lato del disegno, a contatto con la superficie ramata della basetta già coperta da fotoresist positivo (ovvero già polimerizzato ma che depolimerizza alla luce). Il wafer così formato è appoggiato e poi pressato nel bromografo nel quale viene esposto alla luce ultravioletta per un tempo variabile tra secondi. c) Fase d sviluppo La basetta stampata viene immersa in una vaschetta contenente una soluzione di acqua e di idrossido di sodio (soda caustica) in proporzione di 7 grammi per ogni litro di acqua. Agitando leggermente la basetta dopo alcuni minuti sarà ben visibile la riproduzione del master (zone protette ancora dal fotoresist polimerizzato) mentre le zone non protette dall esposizione nel bromografo (zone depolimerizzate) perdono il fotoresist. Alla fine di questa fase si passa la basetta sotto l acqua per il lavaggio e si controlla accuratamente il circuito che si è prodotto. d) Fase di incisione chimica In questa fase la basetta viene posta in una macchina (detta macchina per incisione) contenente percloruro ferrico sciolto in soluzione acquosa in proporzione grammi per litro di acqua. In questo modo viene asportata dalla basetta la parte in rame non protetta e quindi rimane solo il tracciato del circuito. L operazione di incisione richiede tempi variabili in funzione della temperatura della soluzione (minore se la soluzione è calda) ma comunque varia tra 5-20 minuti. e) Fase di taglio e foratura Si riducono le dimensioni della basetta alle misure strettamente necessarie a circuito stampato, si arrotondano gli spigoli e si eseguono le forature delle piazzole con l uso dei trapani con punte di vari diametri. f) Fase di strippaggio 3

32 In questa fase, con l uso di solventi quali acetone, alcool etc. Si asporta il fotoresist che ricopre il circuito ottenendo un tracciato in rame. Tale tracciato può infine essere tratta con la lacca saldante che oltre a favorire la saldatura protegge il circuito dall ossidazione. g) Fase di montaggio dei componenti e saldatura Si impiegano supporti spugnati e ruotanti che, una volta capovolti, permettono di avere davanti le persone e le piste per le saldature. 8.0 Conclusioni Finali: Il progetto è stato completato con successo. 32