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Arduino: effetti luminosi per rendere attraente la lezione

Ormai è da tempo che svolgo i mie corsi su Arduino e gli allievi stanno diventando sempre più esigenti. Mi accorgo che andando avanti con le lezioni, gli allievi hanno l’esigenza, legittime, di realizzare esperienze di laboratorio sempre più attinenti al mondo reale che loro conoscono. Qualche anno fa era sufficiente mostrare come era semplice variare il colore di un diodo led RGB per avere interesse ed attenzione duratura, ciò mi permetteva di conseguenza di dettagliare alcuni aspetti di programmazione che se non spiegati con Arduino sarebbero risultati più difficili da comprendere, ma ora per mantenere lo stesso livello di attenzione è necessario aggiungere altri elementi di sensibilizzazione.

Maggiori pretese e quindi fin dalle prime lezioni si vuole “la sorpresa tecnologica”…

mamma mia quanto è faticoso fare l’insegnante!

Sono in quel periodo del corso in cui si accendono il led con Arduino in tutte le maniere possibili, dal blink al fade, in sequenza e in molti altri modi, ma alla lunga, mi rendo conto, la cosa può diventare un po’ “noiosetta”, vorrei evitare il più possibile l’effetto “sbadiglio” 🙂 e quindi ho pensato di modificare le prime esperienze con qualcosa di più coreografico.

Tutto nasce da alcune idee che ho sulla realizzazione di una struttura semplificata (ad incastro) per la realizzazione di un kit robotico basato su Arduino da usare a scuola e da realizzare con materiali di basso costo di facile reperibilità, sto costruendo alcuni prototipi usando il plexiglass.

E proprio mentre manipolavo il plexiglass ho avuto l’idea di utilizzare questo materiale per nuove esperienze che fanno uso di led.

Ho voluto condividere questa bozza di lezione con voi in modo che se vorrete potrete darmi suggerimenti o alternative che potranno essere in futuro sfruttate a scuola.

Tutti sapete che quando la luce passa attraverso due materiali diversi, come tra l’aria e l’acqua oppure tra l’aria e la plastica, subisce rifrazione, effetto tipico che potete notare quando ad esempio mettete una cannuccia in un bicchiere d’acqua, si nota che la cannuccia nell’acqua sembra piegata.
Sfruttiamo questo fenomeno per far cambiare direzione alla luce che attraversa uno strato di plexiglass e la variazione di percorso della luce viene realizzata incidendo (graffiando) la superficie di plastica, così facendo i raggi luminosi prodotti da diodi led che colpiscono la zona incisa si rifletteranno (cambiano direzione) provocando un effetto visivo molto bello.

Poiché siamo in periodo natalizio l’idea potrebbe essere quella di realizzare una piccola insegna su cui scrivere “Buone Feste” facendo variare il suo colore in maniera ciclica.

Scopo dell’esperienza:

reciclando materiali di uso comune reperibili a scuola, realizzare un’insegna luminosa che auguri “Buone Feste” ai visitatori della scuola.
Tempo di realizzazione 3 ore (max).

Materiali:

  • plexiglass (misure a piacere nel mio caso inferiori alla lunghezza massima di una breadboard)
  • piccolo trapano con punta per incisione
  • breadboard
  • Arduino UNO
  • 2 diodi RGB (nel mio caso ad anodo comune)
  • 4 resistenze da 82 ohm
  • 2 resistenze da 150 ohm
  • porta diodi (per evitare la saldatura diretta su millefori dei LED)
  • millefori
  • mammut (usati come supporto a scorrimento – vedi foto)
  • pezzi metallici per blocco insegna (ho usato delle punte da saldatore)

Vi state chiedendo perché ho usato i mammut e le punte da saldatore?
Perché nel magazzino della scuola ho trovato una scorta infinita e quindi mi sembrava uno spreco non usarli 🙂

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Pilotare una matrice di led con una tastiera PS2

Poiché in ambito didattico mi occupo anche di probematiche legate alla formazione di allievi diversamente abili ho la necessità di realizzare nelle prossime settimane per un allievo un dispositivo che mi permetta di scrivere del testo su un display molto grande, il testo deve poter essere scritto mediante una normalissima tastiera PS2, stavo incominciando a progettare il dispositivo, quando una ricerca su web mi ha regalato la soluzione e guarda caso proprio su uno dei miei siti preferiti instructables, fonte di ispirazione per moltissimi miei esperimenti. Il progetto che mi risolverà il problema è: PS/2/You: Go-anywhere, LED digital message board
Nel progetto sono stati uniti insieme tre matrici di led per un totale di 768 led, una tastiera PS2, un microcontrollore Ardweeny (è dotato di un ATmega328 e lo si programma come Arduino, per il montaggio del kit seguite il link).
Probabilmente io sostituirò Ardweeny con un Arduino nano perché è già in mio possesso. Vi allego il video che mostra il funzionamento del dispositivo.

Arduino: dimensionare la resistenza serie di protezione per un diodo led

Durante le esercitazioni di laboratorio con Arduino, giustamente alcuni studenti mi hanno fatto notare che negli esempio introdotti, in serie al diodo LED non ho inserito nessuna resistenza di protezione.
Giustissima osservazione, tenete conto però che l’inserimento del diodo LED è stato fatto sul pin 13 su cui è già predisposta su scheda una resistenza serie di 1 K Ohm è quindi non è necessaria nessuna resistenza aggiuntiva, ma in ogni caso è importante fare alcune precisazioni.
Se l’inserimento viene fatto su altri pin, diversi dal 13, è necessario inserire una resistenza di protezione che riduce la caduta di tensione sul LED, non inserendo una resistenza il diodo potrebbe bruciarsi. Per chi ha notato che il diodo, se collegato ad altro pin diverso dal 13, continua a funzionare regolarmente, ciò dipende dal fatto che l’accensione è stata limitata per un brevissimo tempo e in generale i diodi da 5mm di diametro che utilizziamo in laboratorio sono molto resistenti, in ogni caso l’assenza della resistenza di protezione riduce drasticamente il tempo di vita del LED.

A questo punto mi trovo costretto a richiamare alcune brevi nozioni sul dimensionamento della resistenza serie per un diodo LED che deve essere fatta anche tenendo conto del colore che si sta utilizzando.

La corrente di esercizio per pilotare un diodo LED oscilla tra i 15 e i 20 mA.

La caduta di tensione ai capi del LED varia in funzione del colore:

  • colore rosso: 1,8 V
  • colore giallo: 1,9 V
  • colore verde: 2,0 V
  • colore arancio: 2,0 V
  • colore blu: 3,0 V
  • colore bianco: 3,0 V

Per calcolare la resistenza R serie bisogna utilizzare la seguente formula:

R = (Vpin – V)/I

dove R e la resistenza da inserirte, Vpin la tensione nella situazione di valore logico “1” (+5V), V la caduta di tensione ai capi del diodo LED, I la corrente.

Facciamo un esempio pratico:

  • supponiamo di utilizzare un diodo LED rosso;
  • la tensione sui pin digitali quando siamo nella condizione di “ALTO” (oppure 1 o in altro modo ON) è pari a circa +5V
  • la corrente di esercizio del led è di circa 20 mA

Il valore della resistenza serie sarà:

R = (5 – 1,8)/0,02 = 160 Ohm

160 Ohm non è un valore commerciale, il primo valore disponibile è 180 Ohm e il successivo è 220 Ohm.

Noterete in ogni caso che per valori superiori fino ad 1 KOhm il diodo LED funziona senza alcun problema, ovviamente per valori più elevati di resistenza il diodo avrà una luminosità inferiore.

In allegato circuito disegnato sulla lavagna a lezione: