Pier Calderan. Robot fai-da-te

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1 Pier Calderan Robot fai-da-te

2 Robot fai-da-te Autore: Pier Calderan Copyright 2012 APOGEO s.r.l. Socio Unico Giangiacomo Feltrinelli Editore s.r.l. Via Natale Battaglia Milano (Italy) Telefono: Fax: Sito web ISBN: Impaginazione e redazione: Edimatica Srl via E. Fonseca Pimentel 4, Milano Copertina e progetto grafico: Enrico Marcandalli Editor: Fabio Brivio Redazione: Federica Dardi Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali. Nessuna parte di questo libro può essere riprodotta con sistemi elettronici, meccanici o altri, senza l autorizzazione scritta dell Editore. Nomi e marchi citati nel testo sono generalmente depositati o registrati dalle rispettive case produttrici. Le fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n Le fotocopie effettuate per finalità di carattere professionale, economico o commerciale o comunque per uso diverso da quello personale possono essere effettuate a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da CLEARedi, Centro Licenze e Autorizzazioni per le Riproduzioni Editoriali, Corso di Porta Romana 108, Milano, [email protected] e sito web Nomi e marchi citati nel testo sono generalmente depositati o registrati dalle rispettive case produttrici. Finito di stampare nel mese di maggio 2012 presso Grafica Veneta S.p.A. Trebaseleghe (PD)

3 Indice generale Introduzione...xv Da dove iniziare?...xvi Parte I...xvi Parte II...xvii Parte III...xvii Parte I Capitolo 1 Capitolo 2 Teoria fai-da-te Digitale e analogico...3 Concetti di base... 3 Campionamento... 5 Frequenza di campionamento... 5 Risoluzione (profondità di bit)... 5 Campionamento audio... 6 Trasmissione seriale di dati...10 Codifica dei dati...10 Reti e Wi-Fi...12 CPU...12 Memoria...13 Unità di misura informatiche...14 Elettronica...21 Concetti di base...21 Tensione...24 Corrente...25 Potenza...27 Resistenza...30 Capacità...31 Induttanza...33

4 vi Robot fai-da-te Capitolo 3 Capitolo 4 Capitolo 5 Capitolo 6 Capitolo 7 Componenti passivi...35 Concetti di base...35 Resistore...36 Condensatore...44 Induttore...49 Trasformatore...51 Relè...51 Altri componenti...52 Componenti attivi...57 Diodo...57 Diodo a giunzione...58 Diodo Schottky...58 LED...59 Diodo LASER...60 Transistor...60 Un esperimento con il transistor...62 Transistor MOSFET...66 Circuito integrato...66 Microprocessore...68 La storia in breve...69 Architettura...70 Istruzioni...71 Display...73 LED...73 LED IR...75 LED RGB...76 Display a LED 7 segmenti...76 LCD...77 Webcam...79 Webcam USB...79 Webcam Wi-Fi...80 Videocamera...81 Alimentazione...83 Pile e accumulatori...83 Pila alcalina...84 Accumulatore al nichel-cadmio...85 Accumulatore al nichel-metallo idruro...86 Accumulatore agli ioni di litio...86 Accumulatore al litio-polimero...86 Accumulatore ultra veloce...87

5 Indice generale vii Cella fotovoltaica...87 Serie e parallelo...88 Alimentatori...89 Capitolo 8 Capitolo 9 Capitolo 10 Capitolo 11 Capitolo 12 Motori elettrici...91 Motore in corrente continua...91 Motore senza spazzole...92 Motore passo-passo...93 Servomotore...93 Sensori...95 Fotorivelatori...95 Fotocellula...95 Fotodiodo...97 Fototransistor...98 Sensori all infrarosso...98 Sensori acustici...99 Trasduttore piezoelettrico...99 Sensore a ultrasuoni Accelerometro GPS Connettori Spine e prese TS mono TRS stereo RCA stereo USB MIDI Pin header Interruttori e pulsanti Cavi Cavo coassiale Filo unipolare Memoria File system Memoria RAM Memoria ROM Schede di memoria Elementi di fisica Premessa Forza Dinamica...120

6 viii Robot fai-da-te Moto e velocità Esempio di trazione Acustica Ottica Capitolo 13 Parte II Capitolo 14 Capitolo 15 Capitolo 16 Laboratorio Premessa Attrezzatura per l elettronica Terza mano Multimetro Basetta presensibilizzata Bromografo fai-da-te Materiali per lo sviluppo e l incisione di PCB Incisione della basetta Attrezzatura per la meccanica Strumenti di misura meccanici Materiali vari Programmazione fai-da-te IDE di Arduino Premessa Installazione Esempi di codice Collegamento USB Caricamento dello sketch Verifica e compilazione Caricamento in memoria Modificare lo sketch Sketchbook Risorse Progetti Pure Data Installazione Programmazione grafica Oggetti, messaggi e numeri Modalità Edit Una patch di prova Risorse Processing Premessa Installazione Interfaccia...191

7 Indice generale ix Esempi di codice Libreria Arduino per Processing Capitolo 17 Capitolo 18 Capitolo 19 MIDI Concetti di base MIDI e audio Cantante robot Interfaccia MIDI Protocollo MIDI Struttura dei messaggi MIDI Canali MIDI Forma generica del messaggio Note On Estensione delle note MIDI Dinamica delle note MIDI Note Off Forma generica del messaggio Note Off Organizzazione dei messaggi MIDI Polyphonic Aftertouch Control Change Program Change Channel Aftertouch Pitch Bend Messaggi di sistema Un esempio di SysEx Altri messaggi di sistema Ritardi MIDI File MIDI Programmare il MIDI Open Sound Control Concetti di base Implementazioni Caratteristiche del protocollo Specifiche OSC Esempi di stringa OSC Esempi di OSC Type Tag String Esempi di messaggistica OSC Touchpad come controller Wi-Fi TouchOSC Esempio di comunicazione OSC TouchOSC Editor Creare un layout con TouchOSC Editor ZigBee Standard IEEE Xbee...246

8 x Robot fai-da-te X-CTU Configurazione del modem Programmazione del modem di trasmissione Programmazione del modem di ricezione Uso dei modem Xbee Capitolo 20 Parte III Capitolo 21 Capitolo 22 Capitolo 23 Capitolo 24 Fritzing Installazione Interfaccia Vista Breadboard Vista Schema Vista PCB Pannello componenti Inspector Esempi pratici Cosa fa il circuito Potentiometer L esempio fai da te PCB Vista PCB Esportazione del file di produzione Arduino fai-da-te X-duino (Arduino fai-da-te) Premessa ATmega Shield Xbee Shield fai-da-te Progetto n. 1:interfaccia MIDI Premessa Schema elettrico Layout con Fritzing Codice di prova Progetto n. 2: interfaccia LCD Premessa Schema elettrico Layout con Fritzing Codice di esempio Progetto n. 3: sintetizzatore Premessa Schema elettrico...315

9 Indice generale xi Layout con Fritzing Codice di esempio Pierduino Synth Capitolo 25 Capitolo 26 Capitolo 27 Capitolo 28 Capitolo 29 Progetto n. 4: controllo LED Premessa Controllo LED Controllo LED RGB Controllo di un display a 7 segmenti Progetto n. 6: controllo Wi-Fi Premessa Shield Xbee Codice di esempio Interfaccia TouchOSC Wi-Fi Progetto n. 7: controllo motori Premessa Controllo di un motore DC Controllo di un servomotore Controllo di un servomotore Progetto n. 8: sensori Premessa Sensore ottico Display dei dati di lettura Sensore acustico Sensore di temperatura Sensore di tocco Progetto n. 9: balloon Wi-Fi Premessa Propulsione a elica Firmata Test Connessione Wi-Fi Interfaccia di controllo Pure Data Layout TouchOSC Informazioni di sicurezza Pallone della mongolfiera Elio Gondola Viaggio nello spazio...404

10 xii Robot fai-da-te Capitolo 30 Robot androide Premessa Robotkea Robot WALL-E Robot pianista Risorse File di supporto al libro Siti di riferimento Link utili per Arduino Materiali vari Eventi nazionali di robotica Corsi di robotica Scuola di robotica...434