Arduino

Il nome della scheda deriva da quello di un bar di Ivrea frequentato da alcuni dei fondatori del progetto (che richiama a sua volta il nome di Arduino d’Ivrea, Re d’Italia nel 1002).

Con Arduino si possono realizzare in maniera relativamente rapida e semplice piccoli dispositivi come controllori di luci, di velocità per motori, sensori di luce, temperatura e umidità e molti altri progetti che utilizzano sensori, attuatori e comunicazione con altri dispositivi. È fornito di un semplice ambiente di sviluppo integrato per la programmazione. Tutto il software a corredo è libero, e gli schemi circuitali sono distribuiti come hardware libero.
L’architettura
Arduino comprende una piattaforma hardware per il physical computing sviluppata presso l’Interaction Design Institute, un istituto di formazione post-dottorale con sede a Ivrea, fondato da Olivetti e Telecom Italia.

La piattaforma fisica si basa su un circuito stampato che integra un microcontrollore con pin connessi alle porte I/O, un regolatore di tensione e quando necessario un’interfaccia USB che permette la comunicazione con il computer. A questo hardware viene affiancato un ambiente di sviluppo integrato (IDE) multipiattaforma (per Linux, Apple Macintosh e Windows). Questo software permette anche ai novizi di scrivere programmi con un linguaggio semplice e intuitivo derivato da C e C++ chiamato Wiring, liberamente scaricabile e modificabile. I programmi in Arduino vengono chiamati sketch.
Arduino può essere utilizzato per lo sviluppo di oggetti interattivi stand-alone e può anche interagire, tramite collegamento, con software residenti su computer, come Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider, Vvvv.
La piattaforma hardware Arduino è spesso distribuita agli hobbisti in versione pre-assemblata, acquistabile in internet o in negozi specializzati. Molte informazioni sull’hardware sono disponibili per chiunque, ciononostante si tratta di hardware closed source in quanto la Distinta base e schemi elettrici funzionanti non sono mai stati rilasciati dallo staff di Arduino. Ciononostante la community di utenti è riuscita a reperire queste informazioni. Solo grazie a questo sforzo da parte della community di Arduino e alla benevolenza dello staff di Arduino nei confronti di eventuali repliche o plagi, chi lo desidera può legalmente auto-costruirsi un clone di Arduino o derivarne una versione modificata, scaricando gratuitamente lo schema elettrico e l’elenco dei componenti elettronici necessari[3]. Questa possibilità ha consentito lo sviluppo di prodotti Arduino compatibili da parte di piccole e medie aziende in tutto il mondo: è quindi divenuto possibile scegliere tra un’enorme quantità di schede Arduino-compatibili. Ciò che accomuna questi prodotti inerenti elettronica sperimentale e sviluppo è il codice sorgente per l’ambiente di sviluppo integrato e la libreria residente che sono resi disponibili, e concessi in uso, secondo i termini legali di una licenza libera, GPLv2.
Grazie alla base software comune ideata dai creatori del progetto, per la comunità Arduino è stato possibile sviluppare programmi per connettere, a questo hardware, più o meno qualsiasi oggetto elettronico, computer, sensori, display o attuatori. Dopo anni di sperimentazione, è oggi possibile fruire di un database di informazioni vastissimo.
Il team di Arduino è composto da Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, e David Mellis. Il progetto prese avvio in Italia a Ivrea nel 2005, con lo scopo di rendere disponibile, a progetti di Interaction design realizzati da studenti, un dispositivo per il controllo che fosse più economico rispetto ai sistemi di prototipazione allora disponibili. I progettisti riuscirono a creare una piattaforma di semplice utilizzo ma che, al tempo stesso, permetteva una significativa riduzione dei costi rispetto ad altri prodotti disponibili sul mercato. A ottobre 2008, in tutto il mondo erano già stati venduti più di 50.000 esemplari di Arduino.

Dopo la nomina ad amministratore delegato di Intel, Brian Krzanich farà produrre schede Arduino dotate di processore Intel.
Schede Arduino
Hardware
L’hardware originale Arduino è interamente realizzato in Italia dalla Smart Projects, mentre i cloni della scheda possono essere realizzati da chiunque in qualsiasi parte del mondo.
Una scheda Arduino tipica consiste in un microcontrollore a 8-bit AVR prodotto dalla Atmel, con l’aggiunta di componenti complementari per facilitarne l’incorporazione in altri circuiti. In queste schede sono usati chip della serie megaAVR – nello specifico i modelli ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 e ATmega2560.
Molte schede includono un regolatore lineare di tensione a 5 volt e un oscillatore a cristallo a 16 MHz, sebbene alcune implementazioni, come ad esempio la piccola LilyPad[5], abbiano un clock di 8 MHz e facciano a meno dello stabilizzatore di tensione.

Versioni
Fino a oggi, sono state commercializzate 16 versioni dell’hardware Arduino:

Serial Arduino, programmata con una porta seriale DB9. Fa uso del microcontroller ATmega8;
Arduino Extreme, con interfaccia di programmazione USB, facente uso del chip ATmega8;
Arduino Mini, una versione in miniatura facente uso di un ATmega168 a montaggio superficiale;
Arduino Nano, una versione ancor più piccola della Mini, utilizzante lo stesso controller ATmega168 SMD e alimentata tramite USB;
LilyPad Arduino, un progetto minimalista (scheda circolare dal diametro di 50 mm, per circa 0.8 mm di spessore), per applicazione su indumenti, con lo stesso ATmega168 in versione SMD;
Arduino NG, con un’interfaccia USB per programmare e usare un ATmega8;
Arduino NG plus, con interfaccia di programmazione USB, con un ATmega168;
Arduino BT, con interfaccia di programmazione Bluetooth e con un ATmega168;
Arduino Diecimila, con interfaccia di programmazione USB e con un ATmega168 in un package DIL28;
Arduino Duemilanove, facente uso del chip Atmega168 (o Atmega328 nelle versioni più recenti) e alimentata in corrente continua tramite USB, con commutazione automatica tra le sorgenti di alimentazione;
Arduino Mega, che fa uso di un ATmega1280 a montaggio superficiale per I/O e memoria addizionale;
Arduino Uno, evoluzione della Duemilanove con un differente chip, programmabile e più economico, dedicato alla conversione USB-seriale;
Arduino Mega2560, che fa uso di un ATmega2560 (anch’esso a montaggio superficiale) ed è un’evoluzione dell’Arduino Mega;
Arduino Due, che fa uso di un Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU;
Arduino Zero Pro, dotata di un microcontrollore Atmel SAMD21 basato su core ARM Cortex M0+ a 32 bit.
Arduino Yun, che fa uso di un ATmega32u4 e Atheros AR9331, il quale supporta una distribuzione linux
La programmazione del microcontroller
In alcuni casi il microcontroller della scheda è pre-programmato con un bootloader che semplifica il caricamento dei programmi sulla memoria flash incorporata nel chip.

Arduino Yun
Arduino Yun
A livello concettuale, tutte le schede sono programmate attraverso una porta seriale RS-232, ma il modo in cui questa funzionalità è implementata nell’hardware, varia da versione a versione. Le schede seriali Arduino contengono un semplice circuito inverter che permette la conversione tra il livello della RS-232 e il livello dei segnali TTL.

Le versioni attuali di Arduino sono gestite via USB: la versione Uno utilizza un microcontrollore Atmega8U2 programmato come convertitore USB-seriale, mentre le precedenti versioni Diecimila e Duemilanove usavano chip adattatori USB-seriale, come gli FT232 di FTDI. Alcune varianti, come la Arduino Mini e la versione non ufficiale Boarduino, usano una scheda o un cavo adattatore USB-seriale staccabile.
Funzionalità di input/output
Per implementare il comportamento interattivo, Arduino è fornita di funzionalità di input/output (I/O), grazie alle quali essa riceve i segnali raccolti da sensori esterni. Il comportamento della scheda è gestito dal microcontroller in base ai valori provenienti dai sensori e alle decisioni determinate dal particolare programma in esecuzione in quel momento sulla scheda. L’interazione con l’esterno avviene attraverso attuatori pilotati dal programma per mezzo dei canali di output in dotazione.
Connettori I/O
A tale scopo, Arduino è dotata di molti dei connettori di input/output per microcontroller in uso su altri circuiti. Tutti i pin di I/O sono collocati sulla parte superiore della scheda mediante connettori femmina da 0,1″. Inoltre sono disponibili commercialmente molte schede applicative plug-in, note come “shields”.
Le schede Barebones e Boarduino, due cloni compatibili con la Arduino, sono dotate di connettori maschio sul lato inferiore del circuito in modo da poter essere connesse a una breadboard senza necessità di effettuare saldature.

I/O digitale
La Arduino Uno, ad esempio, che ha soppiantato la Duemilanove, offre 14 connettori per l’I/O digitale (numerati da 0 a 13). La direzione di funzionamento, input o output, è decisa dallo sketch programmato sull’IDE.

Sei dei canali I/O possono produrre segnali Pulse-width modulation (PWM). Attraverso i segnali PWM è possibile, ad esempio, regolare l’intensità di luminosità di un LED o la velocità di rotazione di un motorino elettrico[6]. L’hardware di tre dei pin di I/O (9, 10 e 11) implementa la possibilità di gestirli direttamente attraverso la funzione analogWrite(), che permette di controllare la PWM del segnale in uscita in maniera efficiente, senza dover eseguire linee di codice appositamente predisposte[7]. La funzione accetta due parametri, il primo dei quali è il pin pilotato mentre il secondo rappresenta l’intensità della modulazione (espressa su una scala da 0 a 255): così, ad esempio, analogWrite(9, 128) attiverà un led collegato al pin 9 al 50% della sua luminosità.

I/O analogico
Sempre sulla Uno, sono presenti altri 6 connettori specificamente dedicati a ingressi di segnali analogici (collegati quindi ad una ADC), cioè valori di tensione letti da sensori esterni i cui valori, fino a un massimo di 5 Volt, sono convertiti in 1024 livelli discreti (da 0 a 1023). Questi 6 connettori possono essere riprogrammati (sempre dal codice dello sketch sull’IDE) per funzionare come normali entrate/uscite digitali.
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Alimentazione elettrica
L’alimentazione della scheda può avvenire attraverso la porta USB del computer, o attraverso la maggior parte degli alimentatori USB, oppure attraverso un adattatore in corrente continua a 9 volt, con connettore cilindrico (diametro 2,1 mm e positivo centrale). In quest’ultimo caso, la scheda commuta automaticamente sull’alimentazione esterna quando il connettore dell’alimentatore esterno è inserito, mentre commuta autonomamente sull’alimentazione USB in caso di disconnessione del connettore. La Arduino-NG e la Arduino Diecimila, versioni meno recenti, necessitano di essere commutate a mano, azionando uno switch ubicato tra la porta USB e l’ingresso dell’alimentazione esterna.

Schede Arduino compatibili
L’enorme quantità e l’estrema variabilità d’uso e di componenti rendono difficile definire univocamente una scheda Arduino-compatibile. Solitamente, essa contiene un microcontroller a 8 16 o 32 bit AVR, PIC o ARM, con clock variabile tra 1 e 96 MHz. Molte schede incorporano componenti aggiuntivi pensati per i più svariati utilizzi.

La programmazione del microcontrollore
La programmazione può avvenire tramite il protocollo ISP e un’altra scheda Arduino utilizzata come programmatore, tramite la USB (in alcuni casi, il microcontrollore contiene USB hardware), oppure grazie a un programmatore esterno dedicato.
Software
L’ambiente di sviluppo integrato (IDE) di Arduino è un’applicazione multipiattaforma scritta in Java, ed è derivata dall’IDE creato per il linguaggio di programmazione Processing e per il progetto Wiring. È concepita per iniziare alla programmazione artisti e altri neofiti, che siano a digiuno di pratica nello sviluppo di software. Per permettere la stesura del codice sorgente, l’IDE include un editore di testo dotato inoltre di alcune particolarità, come il syntax highlighting, il controllo delle parentesi, e l’indentazione automatica. L’editor è inoltre in grado di compilare e lanciare il programma eseguibile in una sola passata e con un solo click. In genere non vi è bisogno di creare dei Makefile o far girare programmi dalla riga di comando.
Insieme con l’IDE vengono scaricati vari sketch di esempio, per introdurre l’utente alla programmazione della macchina; le tematiche sono molto basiche, come ad esempio gestire gli ingressi analogici e digitali, far accendere un led in modo pulsante e variabile; si possono però anche affrontare problemi più complessi come la gestione di un display LCD o di una scheda telefonica GSM. Oltre alle varie librerie già incorporate (più di una decina), l’utente può aggiungerne di nuove con uno strumento di importazione compreso nell’IDE. Per vedere i risultati di uno sketch è attivabile dall’IDE una finestra seriale di monitoring, sulla quale far comparire l’output di istruzioni Serial.print(parametro) incorporate nello sketch stesso.
Derivati
Benché gli schemi hardware e il sorgente software siano resi disponibili con licenze copyleft, il nome Arduino e il logo sono marchi registrati e possono essere usati solo dietro permesso. Il documento che esprime la politica d’uso del nome “Arduino” mette l’accento su come il progetto sia aperto a incorporare lavori altrui nel prodotto ufficiale.
Quale conseguenza di queste convenzioni sulla protezione del nome, un gruppo di utilizzatori ha effettuato un “fork” (nel senso esteso del termine) dell’Arduino Diecimila, distribuendo una scheda equivalente chiamata “Freeduino”; il nome volutamente non è registrato ed è quindi liberamente utilizzabile.
fonte: https://it.wikipedia.org/wiki/Arduino_(hardware)

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