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DETTAGLI RIVISTA N. 221 -Dicembre 2017/Gennaio 2018
   
(continua da home page)
Plotter da taglio per polistirolo
... la P400 (così si chiama) è una taglierina CNC, quindi una macchina che funziona a tecnica sottrattiva; è possibile ottenere anche degli oggetti tridimensionali realizzando dei puzzle 3D. Oltre che creare modelli di vario genere, può costruire sagome perfette per essere impiegate come decorazioni natalizie, come alberi, fiocchi di neve, nastri, scatole, palline bidimensionali, ma anche lettere scatolate, loghi, simboli, puzzle 3D, ecc. La P400 nasce dall’idea di creare una macchina in grado di lavorare materiali poveri e di facile reperibilità, che possono essere materiali di scarto per alcuni, ma che per altri diventano un foglio bianco su cui esprimersi in libertà. È questo lo spirito della macchina (e della tecnologia polyshaper su cui si basa, meglio descritto nel sito web www.polyshaper.eu) che presentiamo. L’idea di realizzare una CNC per il polistirolo nasce anche dal fatto che è un materiale economico e diffusissimo, tant’è che tutti ne abbiamo dei pezzi in casa. Essendo una CNC, la P400 si gestisce con i classici comandi G-code, caratteristici di tali macchine. La P400 è una macchina dalle dimensioni contenute (550x550x200 mm) che ben si presta, grazie ai tagli veloci e precisi di cui è capace, alla realizzazione degli oggetti più svariati; il limite è imposto solo dalla fantasia, dato che la macchina consente di realizzare oggetti composti da più parti stampate in espanso. A rendere ancora più appetibile il progetto è la velocità di taglio sensibilmente superiore rispetto a quella di deposizione di una stampante 3D, la possibilità di fare più tagli in parallelo e quella di scaricare da Internet diversi file già pronti all’uso. Inoltre, se per caso si commette qualche errore o si interrompe accidentalmente la stampa, non si rischia granché: si sta utilizzando del polistirolo economico, non i costosi PLA ed ABS delle 3D...
Bluetooth application
Nel fascicolo di novembre scorso vi abbiamo presentato il progetto di uno shield Bluetooth per Arduino, dotato di uno zoccolo sul quale possiamo montare tre diversi moduli, uno in alternativa all’altro; la diversa tipologia di moduli supportati e l’ampia configurabilità degli stessi, permettono di trovare la giusta soluzione hardware per ogni tipo di progetto basato su Arduino, nel quale è necessario disporre di un collegamento Bluetooth. Nell’articolo in questione ci siamo soffermati sugli aspetti hardware e software, mentre in questo articolo vogliamo estendere il discorso proponendovi alcune applicazioni pratiche dello shield. Si tratta di due applicazioni che abbiamo scelto per voi perché molto richieste, che fanno tutte uso del link Bluetooth. Partiamo con l’utilizzare lo shield, sul quale installiamo il modulo HC-05, per comandare l’impianto di illuminazione di casa, utilizzando lo smartphone, e comandi vocali; fare ciò potrebbe sembrare difficile, ma, come vedremo, sarà semplice ed economico, in quanto sfrutteremo un’app gratuita pensata proprio per interpretare i comandi vocali ed inviarli in remoto, via Bluetooth, ad una scheda a microcontrollore, come ad esempio la nostra Arduino dotata dello shield universale. Per completare questo progetto vi serve una scheda Arduino, lo shield Bluetooh universale e il modulo Bluetooth HC-05 montato su breakout board (lo potete acquistare dalla Futura Elettronica, www.futurashop.it), oltre che quattro relè.
Energy meter: il software
Nella prima puntata avete avuto modo di conoscere nei dettagli, specie quelli tecnici, il nostro misuratore di energia basato sull’accoppiamento mediante due trasformatori di misura ad un integrato che consente di rilevare i valori di tensione e corrente, nonché i rispettivi sfasamenti, così da conoscere la potenza attiva, quella reattiva e quella apparente, oltre che lo sfasamento (il cos). Da abbinare alla nostra scheda di misura, abbiamo sviluppato un software per la configurazione e taratura dell’integrato, nonché per la visualizzazione in tempo reale delle misure elettriche effettuate dallo stesso. Il software può essere utilizzato anche per tarare una base hardware diversa dalla nostra, dato che l’hardware di misura descritto nella prima puntata è solo uno dei tanti possibili esempi di sviluppo; se qualcuno volesse cimentarsi in un proprio progetto, purché basato sull’MCP39F511, può sfruttare il nostro software per la configurazione dell’integrato. Il software è diviso in due pagine distinte: la prima è necessaria per configurare/tarare l’integrato MCP39F511, presente sulla nostra scheda di misura, mentre la seconda serve per visualizzare in modalità grafica le misure elettriche in corso.
Grove Zero
Uno dei prodotti più interessanti sviluppati da Seeed Studio, nota per le innumerevoli board dedicate alla prototipazione e al mondo Arduino, è la serie Grove: si tratta di un sistema modulare orientato anch’esso alla prototipazione, composto da una board base a microcontrollore (che ne rappresenta il cervello) e tantissime schede dedicate contenenti sensoristica, interfacce di I/O, link wireless, display e via di seguito, specializzate per vari utilizzi (automazione, domotica, strumentazione, robotica ecc.), il tutto caratterizzato dalla semplicità di assemblaggio e interconnessione che contraddistingue Grove, dovuta alla presenza di un connettore standardizzato. Questo permette di realizzare varie configurazioni semplicemente attaccando insieme le board come fossero mattoncini LEGO (Fig. 1). Nell’ambito del progetto Grove, Seeed Studio propone ora un nuovo prodotto: si chiama Grove Zero ed è uno starter kit basato su board contrassegnate da un codice a colori, plug-and-play, specificamente progettate e realizzate per l’istruzione secondo il programma STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics). Ciascuna board è dotata di un connettore a ritenzione magnetica (tipo connettore di alimentazione degli Apple MacBook) che prolunga i contatti di un lato verso l’altro; questo rende semplicissimo comporre, come se si trattasse di mattoncini tipo LEGO, varie configurazioni, con la massima semplicità. Anche la programmazione è semplice, supporta Module Matcher, Microsoft MakeCode e JavaScript. Attraverso la combinazione dei moduli che hanno differenti funzionalità, chiunque, anche i ragazzi delle scuole di ogni grado possono creare i loro progetti facilmente e rapidamente. Zero Grove probabilmente richiama la semplicità d’uso e l’orientamento del progetto proprio a chi comincia da zero.
L'albero nell'albero di Natale
Decorazioni natalizie e in particolare per l’albero, ne abbiamo viste di tutti i tipi: statiche e animate, passive e luminose, a forma di sfera, campana, stella, pacchetto regalo, fiocco e tanto altro ancora. Ma quella che abbiamo ideato e vi proponiamo in questo articolo è ancor più originale, perché sebbene abbia delle luci che si accendono, è in sè un piccolo albero di Natale da appendere. Già, un albero miniatura con incorporate le luci, che si può appendere ai rami del tradizionale albero di Natale, ma che si può anche utilizzare appeso ai festoni e a qualsiasi altro elemento decorativo o da decorare, essendo piccolo e leggero. Il nostro piccolo albero è formato da un circuito stampato a forma di pino dotato di basamento, sulle cui estremità si trovano otto LED, la metà dei quali rossi e per la metà rimanente verdi; il tutto viene alimentato con una pila a bottone da 3 volt, tipo CR2032; una volta fornita l’alimentazione, ossia inserendo la pila e chiudendo l’apposito jumper sul lato posteriore, i LED iniziano a lampeggiare alternativamente accendendosi in modo da comporre un’animazione a zig-zag. Ma senza perdere altro tempo vediamo di cosa si tratta, analizzandone il circuito, che, come appare dallo schema elettrico, è davvero semplicissimo.
Convertitore 4-20 mA con ATtiny25
Convertitore 4-20 Uno dei problemi che capitano più di frequente a chi realizza sistemi di acquisizione e di automazione a vari livelli è il dover convertire segnali provenienti da sensori, per poi analizzare la situazione e fare le opportune regolazioni con un sistema a microcontrollore. Normalmente questi sensori hanno un’uscita di tipo analogico a standard industriale, in quanto essi trovano già largo impiego in sistemi regolati da PLC. Molti sensori usano due standard tipici nell’ambiente industriale: lo 0-10V ed il 4-20mA, supportati da tutti i sistemi a PLC e di regolazione industriale. deriva da quello inventato negli U.S.A. per controllare i sistemi pneumatici, è un loop di corrente e quindi riesce a superare grandi distanze compensando agevolmente le cadute di tensione dovute alla lunghezza del cavo tra il sensore e l’apparecchio di controllo; inoltre ha uno zero “in tensione” cioè quando la grandezza da misurare è zero il segnale elettrico è comunque presente. Questo lo rende meno sensibile ai disturbi presenti nel campo e, in caso di guasto, la corrente va a zero, perciò il sistema di controllo riesce facilmente a rilevarlo e a segnalarlo all’operatore. Non c’è un preciso standard per quanto riguarda la tensione di alimentazione, tuttavia nel mondo industriale tutto avviene con i 24Vcc e quindi di solito i circuiti 4-20mA sono costruiti per gestire tensioni che vanno dai 9 ai 24V in continua. Quando si deve convertire un segnale 4-20mA in 0-10V, uno dei trucchi pratici che si usano nel mondo industriale è quello di mettere un resistore di precisione da 500 O in parallelo ad un ingresso 0-10V e poi correggere l’applicazione tenendo conto che il fondo scala è a 2V e non a zero. Tuttavia il maker appassionato di elettronica che vuole usare questo tipo di sensori non dispone di un sistema PLC da interfacciare, ma tante volte si trova a dover applicare a una porta ADC di un microcontrollore il segnale corrispondente. Abbiamo quindi pensato di realizzare e pubblicare un progetto di convertitore da 4-20mA a 0-10V per risolvere detto problema. Ne è nato il progetto di queste pagine, che rappresenta una soluzione “elegante”, efficiente e poco dispendiosa per ottenere tale risultato.
Non solo IDE
Molte applicazioni Windows e Linux sono ormai accessibili on-line, grazie alle applicazioni web e al cloud, che consentono l’utilizzo di software anche molto evoluti e complessi, che in passato necessitavano di un’installazione locale (con tutte le problematiche del caso, come la compatibilità con il sistema operativo e l’hardware) l’unico requisito è essere connessi ad Internet. In questo modo i produttori di software possono sviluppare un unico prodotto, fruibile dal maggior numero di persone possibile. Fino a poco tempo fa, il limite era rappresentato dalla difficoltà di utilizzare le periferiche fisiche connesse al PC, ma con l’avvento dei nuovi browser e di nuovi linguaggi di programmazione (HTML5 ad esempio) anche questo limite è stato superato, permettendo alle applicazioni web di avere accesso anche alle periferiche fisiche. A questa innovazione non è sfuggito Arduino, per il quale sono stati sviluppati ambienti di programmazione alternativi (uno dei quali è il nostro FishIDE, pubblicato nei fascicoli n. 219 e n. 220) alcuni dei quali utilizzabili on-line. In molte di queste soluzioni alternative all’IDE ufficiale vengono utilizzati linguaggi di programmazione visuali, che consentono di scrivere programmi più semplicemente rispetto ad una programmazione a riga di comando. La semplicità di programmazione alla quale ci ha abituato Scratch e la larga diffusione di questo linguaggio, sono state la base per creare molte altre varianti all’IDE Arduino, tali che con semplici Drag&Drop in un ambiente visuale è possibile muovere i primi passi nel mondo della programmazione. Successivamente gli sviluppatori di Google hanno proposto delle librerie (chiamate blockly) con l’intento di fornire un valido strumento per creare ambienti di programmazione visuali. Insomma, è stata messa tanta “carne al fuoco” e in questo articolo vogliamo farvi vedere quali soluzioni sono oggi disponibili per la programmazione di una scheda Arduino (o Fishino e non solo...) e quali nuovi linguaggi di programmazione sono accessibili dai maker di tutto il mondo.
Assistente di parcheggio LASER
L’aumento delle dimensioni delle automobili avvenuto negli anni, a parità di segmento, se da un lato ha regalato quella comodità degli occupanti che nelle utilitarie di trent’anni fa era un miraggio, dall’altro ha costretto molti automobilisti a fare i conti con box e parcheggi sotterranei costruiti e dimensionati per i veicoli di una volta. Non si parla solo di larghezza (i posti auto in Italia hanno spesso dimensioni ridicole...) ma anche di lunghezza. Ecco quindi che più d’uno riveste il fondo del box con strisce in materiali morbidi come le schiume, perché inevitabilmente, per farci entrare tutta l’auto, una volta si e una volta no urta la parete di fondo. L’elettronica, che ha dimostrato di avere una soluzione per tutto, naturalmente ce l’ha anche per questo problema; ve lo dimostriamo in questo articolo, dove proponiamo un sistema di misura basato sulla tecnologia ST Flight Sense (ToF) per il rilevamento di prossimità implementata da uno specifico integrato della ST stessa e dotato di un visualizzatore anulare a LED che cambia colore a seconda della distanza. Qualcosa, quindi, di simile ai sensori di parcheggio montati sulle auto, che però stavolta è fisso sulla parete di fondo del posto auto. Quando ci avviciniamo, i LED si accendono a luce verde, poi man-mano divengono gialli, quindi rossi e, appena la distanza si riduce al minimo, lampeggiano di rosso indicando che occorre fermarsi. Per ottenere tutto questo ci avvaliamo di un recentissimo prodotto della ST, ovvero un misuratore di distanza a laser che possiamo considerare l’evoluzione di quello descritto nel fascicolo di aprile 2017, cui rimandiamo chi volesse conoscere nel dettaglio fondamenti e teoria di funzionamento dei sensori basati sul tempo di volo (ToF) degli impulsi laser. Per effettuare una misura, invia contro l’oggetto o parete da rilevare un raggio di luce e rileva la riflessione su di essa; ciò funziona solo se la superficie dell’oggetto o la parete non assorbono eccessivamente ciò che li investe.
Light Saber a LED
La saga di Guerre Stellari, ideata da George Lucas e iniziata quarant’anni fa con il primo film Star Wars, ha affascinato e in qualche caso divertito più di una generazione; il suo successo ha visto avvicendarsi molte pellicole proposte al pubblico in trilogie, l’ultima delle quali è la trilogia Sequel che nel 2015 ci ha regalato il primo e più recente episodio: “Star Wars: Il risveglio della Forza”. Cavalcando l’imminente uscita nelle sale cinematografiche del secondo film di questa trilogia, dedicato alla vita di Han Solo e che in Italia verrà intitolato “Star Wars: Gli ultimi Jedi!”, ci è sembrato doveroso festeggiare il 40° anniversario della saga con un progetto sicuramente ludico, ma affascinante e sopratutto utile regalo di Natale per bambini, ragazzi e “bambini cresciuti” nostalgici di Guerre Stellari. Si tratta di una rievocazione della spada laser, naturalmente innocua e realizzata con LED che danno l’effetto visivo dell’arma protagonista di scene e duelli di Star Wars: un giocattolo, se vogliamo, utilizzabile sia per diletto che per recite e manifestazioni artistiche, ma anche da preparare e tenere pronto per carnevale, dove maschere in tema Star Wars sarebbero quanto mai attuali.
Radiocomando 4 CH LoRa
Le tecnologie di comunicazione RF che conosciamo da un paio di anni con il nome LoRa, hanno cambiato il modo di realizzare sistemi di scambio dati e di comando a distanza via radio, introducendo nuovi concetti e aprendo ai progettisti nuovi orizzonti; le tecnologie Long Range (questo significa il termine LoRa...) sono tutte quelle che permettono comunicazioni a distanza relativamente grande, non in senso assoluto ma relativamente alla potenza impiegata, che solitamente rimane nei margini imposti dalle normative che regolamentano bande radio come la ISM. Tradotto in pratica, questo significa che, grazie a particolari algoritmi che elevano il rapporto segnale/rumore (ovvero l’intelleggibilità delle informazioni ricevute dall’unità ricevente in rapporto all’inevitabile rumore di fondo dello stadio front-end e dell’etere), è possibile estendere la portata dei collegamenti a parità di potenza impiegata in trasmissione e di sensibilità del ricevitore RF. Le tecnologie più note sono la LoRa brevettata dalla Semtech e la SigFox, che hanno trovato subito applicazione in sistemi di sensoristica, automazione ed anche nel semplice radiocomando; sono inoltre candidate all’impiego nell’Internet delle cose.
L'ambiente MikroE
Nella scorsa puntata abbiamo preso in esame le periferiche di comunicazione seriale sincrone, trattando come esempi il bus SPI ed il bus I²C, che oggi sono standard per sensori, memorie ecc. In questa puntata continuiamo a descrivere le periferiche di comunicazione che si trovano nei microcontrollori Microchip (che sono quelli su cui è focalizzata la nostra attenzione in questo corso), ma spostando la nostra attenzione sulle periferiche asincrone, quali ad esempio la OneWire e l’UART. Le periferiche asincrone non sono solamente OneWire e UART, ma noi analizzeremo queste due perché pertinenti all’hardware Microchip. Come abbiamo già spiegato nella sesta puntata, nella comunicazione asincrona il segnale di clock non è condiviso fra trasmettitore e ricevitore, quindi la comunicazione avviene attendendo, dal lato al momento ricevente, il termine dell’invio dei dati da parte dell’unità che sta trasmettendo e viceversa. Questo modus operandi, se da un lato fa risparmiare il costo della linea dedicata al clock, dall’altro rende più complessa la comunicazione, in quanto le parti coinvolte devono concordare a priori i parametri di comunicazione come la velocità, il numero di bit trasmessi, i segnali di start e di stop ed altro.
 
 
   
 
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