Arduino UNO R4 WiFi e Minima

Lascia una risposta

Con l’introduzione della nuova release Arduino UNO R4 è stata compiuta senza alcun dubbio un’evoluzione tecnologica che non rappresenta solamente un avanzamento considerevole in termini di capacità di elaborazione e di connessione, ma inaugura anche una nuova era nel panorama dell’elettronica del fai da te.

Sono ormai passati 13 anni dal lancio di Arduino UNO R3, ora la versione R4 arriva per rivoluzionare il nostro approccio alla prototipazione, alla produzione, all’innovazione, ma soprattutto dal mio punto di vista una grande possibilità didattica.

Arduino UNO R4 innalza le potenzialità di prototipazione con un microcontrollore Renesas RA4M1 (Arm® Cortex®-M4) a 32 bit, ed un incremento della memoria 16 volte superiore al suo predecessore. UNO R4 viene proposto in due versioni: UNO R4 Minima e UNO R4 WiFi.

Arduino UNO R4 WiFi

(scheda tecnica ufficiale)

Il modello WiFi R4 conserva l’aspetto fisico di una classica Arduino UNO, così come la tensione operativa di 5 V prevista dalla maggioranza degli shields, ma su di essa troviamo il WiFi è integrato gestito da un coprocessore ESP32-S3, che permette anche connessioni Bluetooth/BLE.

Tra i vari miglioramenti troviamo una porta USB-C per la programmazione e le funzionalità HID (Human Interface Devices), permettendo quindi l’utilizzo di un Arduino UNO R4 come una tastiera o un mouse. Molto interessante la presenza di un connettore QWIIC per un collegamento I2C agevole a sensori e attuatori che rispettano questo standard di comunicazione senza la necessità di shields o breadboard.

Ben visibile nell’area sottostante della scheda una matrice di LED 12×8 che permette di disporre di un sistema di output integrato in grado di visualizzare in modo schematico (pixel) animazioni di caratteri alfanumerici e icone ed inoltre, grazie al software online LED Matrix Editor, messo a disposizione di Arduino è possibile realizzare la propria grafica pixel da includere nei propri sketch.

Di seguito elencate tutte le nuove caratteristiche della versione WiFi

  • Compatibilità hardware con il formato UNO: viene conservata la stessa struttura, l’organizzazione dei pin e la tensione operativa a 5 V della versione R3, assicurando così una totale compatibilità senza inconvenienti per le schede e i progetti preesistenti.

  • Memoria più ampia e clock più rapido: memoria ampliata (256 kB Flash, 32 kB RAM) e velocità di clock superiore (45MHz), permettendo elaborazioni più rapide e una gestione fluida di progetti anche sofisticati.

  • Alimentazione estesa fino a 24 V: la scheda supporta un intervallo più vasto di tensioni di alimentazioni d’ingresso, permettendo un’integrazione migliore con motori, strisce LED e altri attuatori mediante un’unica fonte di alimentazione.

  • Wi-Fi® e Bluetooth®: la scheda incorpora un modulo ESP32-S3, permettendo l’integrazione di connettività wireless nei propri progetti e la gestione remota attraverso Arduino IoT Cloud.

  • Periferiche aggiuntive incorporate: un DAC a 12 bit rende possibile la creazione di progetti audio complessi, CAN BUS e un OP AMP, fornendo una capacità di progettazione e una flessibilità accresciute.

  • Supporto HID: grazie al supporto HID incorporato, sarà possibile emulare un mouse o una tastiera quando è connesso a un computer via USB, agevolando l’invio di comandi da tastiera e movimenti del mouse.

  • Connettore QWIIC: un connettore Qwiic I2C, permette con estrema facilità l’interconnessione di sensori ed attuatori I2C in una modalità standard e sicura.

  • Supporto per RTC alimentato a batteria: sulla scheda sono incorporati pin supplementari, tra cui un pin “OFF” per spegnere la scheda e un pin “VRTC” per garantire l’alimentazione e il funzionamento dell’orologio in tempo reale integrato.

  • Matrice LED: matrice LED rossa 12×8, permette la visualizzazione di animazioni o visualizzazione di dati da sensori, evitando la necessità di hardware supplementare.

  • Diagnosi degli errori durante l’esecuzione: Arduino UNO R4 Wi-Fi dispone di un sistema di identificazione degli errori che rileva i crash durante l’esecuzione e fornisce descrizioni approfondite e consigli relativi alla riga di codice che ha provocato il crash.

Specifiche tecniche
Scheda Nome Arduino® UNO R4 WiFi
SKU ABX00087
Microcontrollore Renesas RA4M1 (Arm® Cortex®-M4)
Modulo radio ESP32-S3-MINI-1-N8
USB USB-C® Porta di programmazione
Pin I/O Digitali 14
Pin Analogici 6
DAC 1
pin PWM 6
Comunicazione UART 1
I2C 1
SPI 1
CAN 1
Tensione di funzionamento Tensione operativa 5 V (ESP32-S3 is 3.3 V)
Tensione di alimentazione (VIN) 6-24 V
Corrente continua per i pin I/O 8 mA
Velocità di clock RA4M1 48 MHz
ESP32-S3-MINI-1-N8 fino a 240 MHz
Memoria RA4M1 256 kB Flash, 32 kB RAM
ESP32-S3-MINI-1-N8 384 kB ROM, 512 kB SRAM
Dimensioni Larghezza 68.85 mm
Lunghezza 53.34 mm

IMPORTANTE

Connettore ESP: il modulo ESP32-S3 su questa scheda funziona a 3,3 V. Il connettore ESP, situato vicino al connettore USB-C®, supporta solo i 3,3 V e non deve essere collegato a 5 V. Ciò potrebbe danneggiare la tua scheda.

Connettore Qwiic: il connettore Qwiic è collegato a un bus I2C secondario: IIC0. Questo connettore supporta solo i 3,3 V, collegare tensioni superiori potrebbe danneggiare la scheda. Per inizializzare questo bus usare l’istruzione Wire1.begin().

Assorbimento massimo di corrente per pin: l’assorbimento massimo di corrente per ogni pin della GPIO della serie UNO R4 è di 8 mA, quindi inferiore rispetto alle versioni R3 precedente. Superare questo limite potrebbe danneggiare il pin o la scheda.

Arduino UNO R4 Minima

(scheda tecnica ufficiale)

Le caratteristiche tecniche differiscono per l’assenza rispetto alla versione WiFi:

  • della matrice di LED
  • porta QWIIC

però su questa scheda è dotata di un connettore SWD, assente nella versione WiFi che permette la connessione esterna di un debugger per controllare il funzionamento di uno sketch in condizioni controllate e rilevare quindi errori o più semplicemente verificare lo stato del programma in tempo reale (variabili, memoria usata, ecc…)

Specifiche tecniche
Scheda Nome Arduino® UNO R4 WiFi
SKU ABX00080
Microcontrollore Renesas RA4M1 (Arm® Cortex®-M4)
Modulo radio ESP32-S3-MINI-1-N8
USB USB-C® Porta di programmazione
Pin I/O Digitali 14
Pin Analogici 6
DAC 1
pin PWM 6
Comunicazione UART 1
I2C 1
SPI 1
CAN 1
Tensione di funzionamento Tensione operativa 5 V (ESP32-S3 is 3.3 V)
Tensione di alimentazione (VIN) 6-24 V
Corrente continua per i pin I/O 8 mA
Velocità di clock RA4M1 48 MHz
ESP32-S3-MINI-1-N8 fino a 240 MHz
Memoria RA4M1 256 kB Flash, 32 kB RAM
ESP32-S3-MINI-1-N8 384 kB ROM, 512 kB SRAM
Dimensioni Larghezza 68.85 mm
Lunghezza 53.34 mm

IMPORTANTE

Anche per la versione Minima l’assorbimento massimo di corrente per pin: l’assorbimento massimo di corrente per ogni pin della GPIO della serie UNO R4 è di 8 mA, quindi inferiore rispetto alle versioni R3 precedente. Superare questo limite potrebbe danneggiare il pin o la scheda.

Articoli correlati:

  1. Studenti che sperimentano – macchina telecomandata tramite WiFi con Arduino
  2. Arduino – lezione 04: realizzare un programma che identifica le variazioni di stato
  3. Arduino – lezione 05: controllo presenza
  4. Errori comuni nell’uso di Arduino – confondere pin analogici con pin digitali
  5. Appunti di programmazione su Arduino: esercizi di approfondimento su istruzione switch..case, display a 7 segmenti, Serial.read

Costruiamo EduRobot Black Panther – kit robotico didattico multipiattaforma

Lascia una risposta

Un robot che costa meno di un libro.

Al fine di supportare i colleghi che seguono i miei corsi, ho realizzato una struttura robotica che deriva da un precedente progetto che ho sviluppato per i miei studenti, si tratta della versione n. 6 del kit robotico che ho chiamato EduRobot, nominata “Black Panther”.

Ho pensato ad una struttura estremamente economica in cui, ad esclusione delle viti di serraggio delle varie parti, il resto dei materiali è costituito da schede di controllo, motori e sensori.

La struttura minima richiede almeno 3 livelli, ma è possibile innalzarla per aggiungere tutta l’elettronica necessaria per espandere le funzionalità del robot.

Tutti gli elementi sono stati stampati in 3D ed il materiale scelto è il PLA.

I costi complessivi di stampa, viti di serraggio e dadi, non supera i 10€.

Per prelevare i sorgenti per la stampa 3D seguire il link sulla mia pagina su Thingiverse.

Le funzioni che possono essere programmate sono le medesime dei più blasonati kit robotici in commercio, pertanto se la vostra scuola ha acquistato una stampante 3D, sarà sufficiente una manciata di elettronica a basso costo per realizzerete robot assolutamente inclusivo, sia per il portafoglio delle famiglie degli allievi che di quelle del docente.

Il cilindro di occupazione del robot ha un diametro di 135 mm e i motori sono esattamente centrati rispetto alla base del cilindro.

Per evitare spese aggiuntive al posto delle caster ball ho preferito utilizzare un elemento dotato di superficie curva, ovviamente tale elemento se lo desidera può essere sostituito da una caster ball metallica.

Sul terzo livello del robot sono stati già inseriti fori per fissare i microcontrollori: Arduino UNO R3 e BBC micro:bit e computer Raspberry Pi 3 o 4.

Sempre sul terzo livello nel caso si desidera utilizzare un BBC micro:bit, è possibile fissare una scheda motorbit.

Nel caso il controllo avvenisse con Arduino UNO R3 la scheda di controllo motori è costituita da un L298N che andrà impilato sulla scheda Arduino, secondo quanto indicato nel tutorial che segue.

Nei kit di base sul 3’ livello viene utilizzata una minibreadboard per facilitare la connessione tra i vari dispositivi elettronici.

Per entrambe le versioni il robot è dotato di un sensore ad ultrasuoni HC-SR04 fissato alla struttura. Per la valutazione della distanza dell’ostacolo si è preferito evitare l’utilizzo di un servomotore che facesse ruotare il sensore ad ultrasuoni al fine di ridurre i costi. La rotazione che valuta la distanza dell’ostacolo più vicino verrà svolta ruotando l’intero robot rispetto al suo baricentro.

Il robot è dotato di due sensori ad infrarossi da impiegare per la realizzazione di un robot segui linea.

Nella versione con scheda Arduino UNO R3 sarà possibile effettuare un controllo mediante scheda Bluetooth HC-05, il cui supporto potrà essere fissato sul terzo piano del robot.

Di seguito la lista dei materiali e le relative fotografie che ne dettagliano la costruzione delle parti meccaniche e delle schede, non viene dettagliata la connessione elettrica tra le parti e la programmazione, per ora riservato ai colleghi che frequentano o frequenteranno i miei corsi, ma molto probabilmente nel prossimo futuro, con un po’ di calma lavorativa estenderò a tutti la parte di spiegazione elettronica e programmazione.

Sto sviluppando corsi in cui mostro come, usando la medesima struttura robotica, sarà possibile controllare il robot mediante un Raspberry Pi oppure un Raspberry Pi Pico.

Per i colleghi insegnanti svolgerò nel prossimo futuro ulteriori corsi gratuiti a cui potrete iscrivervi attraverso la piattaforma ScuolaFutura, corsi che saranno svolti i diverse modalità: in presenza, MOOC e blended.

Per essere aggiornati sui progetti e sui corsi che svolgerò nel prossimo futuro vi invito ad iscrivervi al mio sito inserendo la vostra e-mail nel campo: “Iscriviti al blog tramite email” nella colonna destra in alto, in questo modo potrete essere aggiornati tempestivamente.

La sequenza di montaggio indicata di seguito è quella che secondo il mio parere vi consente di montare l’intera struttura in non più di 60 minuti, è essenziale però munirsi di cacciaviti a stella e pinza a becco lungo, ottimo sarebbe utilizzare un piccolo avvitatore.

In generale non è richiesta nessuna saldatura a stagno in quanto i motori (gialli) a 6V utilizzati possono essere acquistati anche con cavi già saldati, attenzione però che la connessione tra motore e cavi elettrici potrebbe essere delicata, pertanto si consiglia di serrare i cavi mediante una fascetta stringicavi, come dettagliato di seguito.

Se è necessario prolungare la lunghezza dei cavi è possibile adottare diversi metodi, quello che preferisco è l’utilizzo di connettori wago che possono essere acquistati con diverso numero di fori, nel caso di questo kit robot sono sufficienti wago da 3 fori.

Ovviamente, nel caso di rotture o disconnessione dei cavi dai poli del robot bisognerà per forza ricorrere alla saldatura a stagno. 

La fotografia che segue mostra tutti gli elementi da stampare in 3D per le due versioni di robot.

Di seguito elenco materiali e sequenza di montaggio.

Continua a leggere→

Articoli correlati:

  1. EduRobot – ASL (Alternanza Scuola Lavoro) – Manuale di costruzione – 1/3
  2. EduRobot – ASL (Alternanza Scuola Lavoro) – Manuale di costruzione – 2/3
  3. EduRobot – ASL (Alternanza Scuola Lavoro) – Manuale di costruzione – 3/3
  4. Utilizzo dell’LCD 16×2 Hitachi HD44780 1602 con modulo I2C PCF8574T
  5. Un base robotica molto semplice: EduRobot 4WD

BBC micro:bit – usare un sensore DHT 22

Lascia una risposta

Durante il mio ultimo corso sulla realizzazione di mini serre indoor, ho fornito ai corsisti le competenze di base per usare una serie di sensori controllati dal micro:bit. Alcuni colleghi possedevano kit generici di componentistica elettronica tra cui sensori non disposti PCB board, pertanto per alcuni non erano presenti quei componenti che permettevano l’interfacciamento al microcontrollore. È il caso ad esempio del DHT22 sensore di temperatura è umidità relativa che ha una modalità di utilizzo molto simile al più noto ed economico DHT11.

Le caratteristiche tecniche dei due sensori sono indicate di seguito:

DHT11 DHT22
Intervallo di temperatura 0 to 50 ºC +/-2 ºC -40 to 80 ºC +/-0.5ºC
Intervallo di umidità 20 to 90% +/-5% 0 to 100% +/-2%
Risoluzione Umidità: 1%
Temperatura: 1ºC		 Umidità: 0.1%
Temperatura: 0.1ºC
Tensione di funzionamento 3 – 5.5 V DC 3 – 6 V DC
Corrente di funzionamento 0.5 – 2.5 mA 1 – 1.5 mA
Periodo di campionamento 1 secondo 2 secondo

Il sensore DHT22 può essere acquistato nelle due modalità: su PCB board oppure in modalità solo componente come indicato nell’immagine che segue:

Il DHT22 per poter funzionare necessità di un resistore di pull-up che nella versione PCB è già presente. Nel caso si dispone del solo sensore è necessario aggiungere un resistore tra i 5k ohm e i 10k ohm connesso come nell’immagine che segue:

La modalità di utilizzo del sensore con il micro:bit è estremamente semplice e richiede solamente l’installazione di un’estensione che potrete cercare facendo clic su “Extensions” ed inserendo nel campo di ricerca dht22. L’estensione sarà DHT11_DHT22 in grado di gestire sia il DHT11 che il DHT22.

Seguire il link per consultare la pagina di riferimento dell’estensione utilizzata.

Come potrete leggere l’istruzione di configurazione riportata nell’immagine che segue è costituita da una serie di campi:

  • Query: permette la selezione del tipo di sensore, DHT11 o DHT22
  • Data pin: è il pin del micro:bit a cui dovremo connettere il pin data del DHT22
  • Pin pull-up: indica se presente il resistore di pull-up nel nostro caso dovrà essere impostato a true. Nel caso fosse impostato a false verrà utilizzato il resistore di pull-up interno del micro:bit che è di circa 13 K ohm.
  • Serial output: stabilisce se si vuole un output sulla serial monitor, false non mostra i dati, true li mostra
  • Wait 2 sec after query: se impostato su true consente di fissare l’intervallo tra due interrogazioni al sensore a 2 secondi, lasciare questa impostazione. È importante non ridurre questo intervallo altrimenti il sensore non riuscirà a fornirci la misura.

Durante la comunicazione tra sensore e micro:bit viene effettuato un controllo di eventuali errori di comunicazione, se ciò accade leggerete in output il codice di errore -999 se l’errore persiste per più secondo molto probabilmente il problema è di carattere elettivo, nella maggior parte dei casi una connessione mancante o errata connessione elettrica tra i dispositivi.

Aggiungo alcuni programmi che mostrano il funzionamento del DHT22.

Stampa su display della temperatura rilevata:

Link al programma.

Stampa su display della temperatura e dell’umidità rilevata:

Link al programma.

Stampa su Serial Monitor della temperatura rilevata:

Link al programma.

Stampa sulla serial monitor temperatura ed umidità rilevata:

Link al programma.

Buon Making a tutti 🙂

Articoli correlati:

  1. Coding a scuola con BBC micro:bit – lezione 8
  2. Puntata 1/3 : Invio dati da micro:bit alla piattaforma IoT ThingSpeak mediante modulo WiFi esp01
  3. BBC micro:bit: ripristinare alle condizioni di fabbrica
  4. Coding a scuola con BBC micro:bit – lezione 3
  5. Coding a scuola con BBC micro:bit – lezione 5

Pensieri da Prof. – Per comprendere un argomento, prova ad insegnarlo

Lascia una risposta

L’ultimo mese di scuola vissuto in Laboratorio Territoriale è stato estremamente faticoso ma pieno di soddisfazioni per aver visto nascere oggetti furori dal comune, rispetto e supporto reciproco tra studenti tutti concentrati su progetti di maturità o progetti di fine anno scolastico. Mi sono chiesto come tutto ciò fosse stato possibile e credo di non sbagliare dicendo che il far vivere studenti di età diversa per più ore al giorno che si supportano a vicenda abbia permesso di far comprendere loro il valore dell’insegnamento.

Spesso si tende a raggruppare gli studenti per età e competenze: sedicenni in un gruppo, diciottenni in un altro oppure più semplicemente per classe, invece, in molte accademie di talenti si preferisce un ambiente comune, dove studenti di diverse età si mescolano, permettendo un processo di apprendimento reciproco. Ad esempio, ho osservato una sessione di allenamento di calcio vicino casa mia, che coinvolgeva una grande quantità di ragazzi dai sette ai sedici anni. Ciascun giocatore più esperto era affiancato a uno più giovane per istruirlo sulle tecniche del gioco. Questo tipo di approccio è comune anche in molte rinomate scuole montessoriane, dove classi di diverse età interagiscono, creando opportunità per gli studenti più grandi di insegnare a quelli più giovani.

Senza accorgermene il metodo organizzativo che ho adottato risulta efficace poiché, trasmettere un’abilità a qualcuno, permette di comprenderla a un livello più profondo. Inoltre, l’interazione tra fasce d’età diverse fornisce ai più giovani un esempio tangibile da seguire e sviluppa l’empatia nei più grandi. Sono convinto che quando assisti qualcuno nel superare una difficoltà, migliorano anche le tue capacità di affrontare gli ostacoli e migliori anche le tue capacità relazionali. Pertanto, il detto “Chi non sa, insegna” potrebbe essere rivisitato in “Coloro che sono in grado di insegnare, sanno farlo meglio”.

Buon fine anno scolastico a tutti 🙂

Articoli correlati:

  1. Da Prof. 2.0: Il primo giorno (di scuola) che vorrei
  2. I dettagli sono importanti ed infiniti
  3. Anche gli “ammazza sogni” servono per sapere se stai andando nella giusta direzione
  4. Robotica e scelta della scuola superiore
  5. Robotica e scelta della scuola superiore – replica

BBC micro:bit – controllare due motori DC da 6 V con la scheda motor:bit

Lascia una risposta

Durante i corsi di formazione sulla realizazione di robot didattici che svolgo per i docenti utilizzo anche la scheda motor:bit di Elecfreaks. Di seguito, riprendendo parte della documentazione del wiki del prodotto pubblico l’introduzione alla realizzazione di un EduRobot basato su questa scheda motore. Per i dettagli costruttivi e di programmazione rimando ai miei corsi.

Motor:bit è una scheda di controllo motori utilizzabile con micro:bit. L’integrato il driver utilizzato è il TB6612, in grado di pilotare due motori con una corrente massima erogata per ciascun canale di 1.2A. Sulla scheda sono disposti 16 pin maschi I/O e su ciascuno di essi è presente il pin GND e Vcc, i pin 19 e 20 dedicati alla comunicazione I2C, i pinn 13, 14, 15 per la comunicazione SPI. Sulla scheda i pin I/O da P3 a P7 e da P9 a P10 permettono di pilotare direttamente dispositivi a 3.3V; mentre i pin da P13 a P16 e da P19 a P20 è possibile selezionare la tensione tensione 3.3V/5V mediante uno switch specifico. Sulla scheda è inoltre presente un buzzer passivo.

Caratteristiche

elemento parametro
nome del prodotto motor:bit
tensione di alimentazione 6-9 V DC
numero massimo di motori 2
massima corrente erogabile per ciascun motore 1,2A
numero di pin digitali 12
I2C presente
SPI presente
buzzer passivo presente
dimensione 60mmx47,5mm
peso 20g

Dimensioni

Pinout

Elementi principli della scheda

Connettore motore M1-M2

Ad M1 e M2 è possibile collegare separatamente a un motore DC con una corrente massima di 1.2A.

Buzze passivo

Il buzzer passivo è connesso al pin P0 di micro:bit e con esso, così come accade per il buzzer del micro:bit V2 è possibile riporodurre musica.

Switch di alimentazione

In basso a destra della scheda è presente uno switch che consente di accendere e spegnere la scheda.

Selezione alimentazione: 3,3V / 5 V

La selezione del livello di tensione può essere fatta solo per i pin: P13, P14, P15, P16, P19, P20.

Pin G-VCC-S Standard

4 porte GPIO (P13-P16) e 1 connettore dedicato per la comunicazione I2C (P19-P20). E’ possibile collegare dispositivi a 3.3V/5V in base selezione fatta con lo switch di selezione alimentazione.

Pin G-3V3-S Standard

E’ possibile collegare 8 dispositivi che lavorano con un’alimentazione di 3.3V. Tra questi, P3, P4, P10 possono essere utilizzati come connettori di ingresso per segnali analogici.

Connettore micro:bit

E’ possibile connettere un micro:bit V1 o V2.

Collegamenti elettrici

Programmazione

Dal MakeCode Editor aggiungere l’estensione motorbit:

Scrivere il codice che consente di far ruotare i motori in sequenza per 2 secondi:

programma: motorbit-01

Per ulteriori approfondimenti e sperimentazioni vi rimando ai miei corsi di prossima uscita su portale ScuolaFutura oppure Tecnica della Scuola.

Articoli correlati:

  1. A Torino la Code Week si festeggia anche con la MEGAcoder
  2. Nuova versione di DotBot:bit
  3. DotBot:Smart – un robot didattico veloce da costruire
  4. Winter Camp 2019 – sviluppare competenze attraverso le nuove tecnologie
  5. Cardboard RobotArm:bit – Realizzare un robot a basso costo