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Conrad è rivenditore ufficiale Arduino®
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Quello che una volta è iniziato come un progetto sperimentale per gli appassionati di elettronica sta emergendo sempre più come una soluzione professionale per applicazioni industriali. Non è quindi sorprendente che molte persone abbiano già sentito il nome Arduino. Ma non tutti sanno esattamente cosa c'è dietro. Quando si parla di microcontrollori, progetti, piattaforme, sketch, shield e sensori, la confusione è grande. Ecco perché vi spiegheremo in modo semplice e chiaro cos'è un microcontrollore Arduino. Inoltre, vogliamo mostrarvi le possibilità apparentemente illimitate di queste schede di sviluppo. La parte migliore? è tutto molto meno complicato di quanto sembri.
Cos'è Arduino?
In poche parole, Arduino è un sistema operativo in cui le uscite reagiscono secondo la programmazione e in funzione degli ingressi. Questo permette di controllare alcuni processi automaticamente. Si va da un semplice circuito LED a un complesso sistema di controllo di macchine.
Queste funzioni sono necessarie, per esempio, in una macchina da caffè dove certi processi dipendono dai valori dei sensori. Perché solo se lo scanner delle carte o il sensore nel controllo delle monete ha dato l'autorizzazione, viene visualizzato il menu di selezione. Tuttavia, il latte desiderato può essere selezionato solo se il sensore nei chicchi di caffè e il sensore nel contenitore del latte confermano che i contenitori non sono vuoti.
Ciò che in linea di principio sembra abbastanza semplice richiede un microcontrollore Arduino e un po' di know-how tecnico per la sua implementazione. Il primo Arduino con un controller ATMEL ATmega8 è stato sviluppato nel 2005 da Massimo Banzi e David Cuartielles in Italia. Il nome "Arduino" deriva da un bar di Ivrea dove i fondatori del progetto si sono incontrati.
Un Arduino consiste fondamentalmente di due componenti. Uno è l'hardware, cioè la scheda Arduino, e l'altro è il software (Arduino IDE), che crea il singolo programma di commutazione o controllo (sketch). Poiché sia le schede Arduino che il software Arduino sono sistemi open source, gli utenti possono adattarli entrambi alle loro esigenze individuali.
Come è costruito un Arduino?
Il nome Arduino non si riferisce a una specifica scheda o controller. Piuttosto, Arduino si riferisce a un'intera famiglia di prodotti o marchio. Usando la scheda Arduino Uno come esempio, spiegheremo prima la struttura in modo più dettagliato.
I componenti essenziali di una scheda Arduino
1. Connessione USB
Un cavo USB è collegato a questa presa per trasferire il programma di controllo individuale ad Arduino.
2. pulsante di reset
Questo pulsante può essere usato per resettare manualmente Arduino se smette di funzionare automaticamente a causa di un malfunzionamento.
3. Interfaccia ICSP (interfaccia USB)
Con un'interfaccia ICSP (In Circuit Serial Programming) un circuito logico può essere programmato direttamente nel sistema plug-in
4. Bus I²C
Con un bus I²C, i dati vengono inviati dal master agli slave collegati tramite le linee SCL (Serial Clock) e SDA (Serial Data).
5. LED incorporato
Il LED "L" è collegato internamente al PIN 13 ed è usato per scopi di test.
6. ingressi/uscite digitali
Questi pin I/O possono essere configurati come ingressi o uscite digitali. Sei di loro funzionano come uscite PWM modulate ad ampiezza di impulso, se necessario.
7. LED del display
I LED "RX" e "TX" indicano visivamente il trasferimento dei dati dal PC ad Arduino UNO
8. LED della tensione di funzionamento
Il LED "ON" LED segnala l'alimentazione alla scheda del microcontrollore. Si accende quando c'è tensione sulla scheda.
9. cristallo dell'oscillatore (controller).
Il cristallo assicura che l'oscillatore nel controller oscilli in modo stabile e alla frequenza sempre costante
10. Interfaccia ICSP (controllore)
Se necessario, il controller può essere programmato tramite questa interfaccia. Ma poiché questo è già stato fatto in fabbrica, di solito non è necessario.
11. microcontrollore
Un microcontrollore è un chip a semiconduttore che combina il processore, le periferiche e la memoria. A volte sono anche chiamati SoC (System-on-a-Chip).
12. Ingressi analogici
Se sono disponibili tensioni analogiche provenienti ad esempio da sensori come valori di ingresso, questi sei ingressi devono essere utilizzati.
13. PIN DI ALIMENTAZIONE
Questi pin possono essere usati per alimentare tensioni alla scheda del microcontrollore o per spillare tensioni come 3,3 V o 5 V.
14. diodo raddrizzatore
Un diodo raddrizzatore è fornito in modo che sia la corrente continua che quella alternata possano essere applicate alla connessione di alimentazione.
15. condensatori di carica
I condensatori di carica equalizzano la tensione di alimentazione. Un condensatore è collegato prima dello stabilizzatore di tensione a 5 V e un condensatore dopo.
16. Collegamento all'alimentazione
Per garantire che la scheda del microcontrollore possa funzionare anche senza connessione USB dopo la programmazione, deve essere alimentata tramite un alimentatore esterno
17. stabilizzatore di tensione
Lo stabilizzatore di tensione genera una tensione stabile di 5 V dalla tensione di alimentazione, che deve essere compresa tra 7 e 12 V (AC o DC).
18. cristallo dell'oscillatore (controller USB).
Il cristallo assicura che l'oscillatore nel controller USB oscilli in modo stabile e alla frequenza sempre costante
19. Interfaccia USB
L'interfaccia USB converte i segnali ricevuti tramite l'interfaccia USB in un formato adatto al controller.
Fondamentalmente, ogni scheda Arduino ha un controller con diversi ingressi e uscite. A seconda del controller utilizzato, c'è un numero maggiore o minore di uscite e ingressi o opzioni di connessione. Inoltre, le schede Arduino sono progettate in modo tale che schede aggiuntive (shields) possono essere collegate tramite gli headers. Questo crea un sistema impilabile che può essere impostato senza molti cablaggi.
Quali sono le serie di prodotti di Arduino?
Probabilmente la piattaforma Arduino più popolare è la scheda Arduino Uno. Ma oltre all'Arduino Uno, ci sono molte altre schede microcontroller di Arduino. Perché la varietà di prodotti delle schede a microcontrollore Arduino è tanto diversa quanto i diversi scenari di applicazione. Per una facile panoramica, abbiamo riassunto alcune schede attuali e popolari in una tabella:
| Microcontrollore | CPU | Ingressi analogici | Ingressi/uscite digitali | Memoria flash | Tensione d'esercizio | Dimensione (l X b) | |
| Arduino Zero | ATSAMD21G18 | 32-bit | 6 | 20 (di cui 10 PWM) | 256 kB | 3.3 V | 68,6 x 53,4 mm |
| Arduion Uno R3 | ATmega328P | 8-bit | 6 | 14 (di cui 6 PWM) | 32 kB | 5 V | 68,6 x 53,4 mm |
| Arduino Due | ATmelSAM3X8E | 32-bit | 12 | 54 (di cui 12 PWM) | 512 kB | 3.3 V | 101,5 x 53,3 mm |
| Arduino Mega 2560 | ATmega2560 | 8-bit | 16 | 54 (di cui 15 PWM) | 256 kB | 5 V | 101,5 x 53,3 mm |
| Arduino Leonardo | ATmega32u4 | 8-bit | 12 | 20 (di cui 7 PWM) | 32 kB | 5 V | 68,6 x 53,4 mm |
| Arduino Micro | ATmega32u4 | 8-bit | 12 | 20 (di cui 7 PWM) | 32 kB | 5 V | 48,3 x 17,8 mm |
| Arduino Nano | ATmega328P | 8-bit | 8 | 22 (di cui 6 PWM) | 32 kB | 5 V | 45 x 18 mm |
Ci sono anche diverse versioni dei singoli tipi, che differiscono in termini di costruzione e attrezzature. Per esempio, l'Arduino Uno è disponibile in una versione SMD o con un modulo WiFi. Ma ci sono anche diverse versioni del Micro e del Nano con diversi dati tecnici.
Arduino Uno Q
Arduino Uno Q segna l'inizio di una nuova era, nata dalla partnership strategica con Qualcomm. Questa scheda mantiene il familiare fattore di forma Uno, ma è un computer single-board (SBC) completamente nuovo, abilitato per Linux, progettato per l'edge computing di fascia alta e l'intelligenza artificiale (IA).
Uno Q utilizza un'architettura dual-brain: un processore quad-core Qualcomm Dragonwing™ QRB2210 con accelerazione IA (NPU) integrata gestisce complesse applicazioni Linux e IA, mentre un microcontrollore STM32U585 separato garantisce il controllo in tempo reale dei classici connettori Arduino. Lo sviluppo è facilitato dal nuovo Arduino App Lab, che supporta sketch, Python e modelli IA.
Arduino MKR
Con Arduino MKR, Arduino ha sviluppato la propria serie Arduino specialmente per i Makers.
Oltre ai vari compiti di commutazione e controllo, il focus con Arduino MKR è sulle capacità di comunicazione delle schede e degli shield.
Queste vanno da SigFox per applicazioni IoT e WiFi per l'integrazione di reti wireless all'uso della rete GSM.
Arduino PRO
Con Arduino Pro, Arduino ha un sistema potente che è progettato per applicazioni industriali complesse, robotica e controlli di macchine intelligenti, tra le altre cose.
Le schede sono corrispondentemente ampie e potenti, come la Portenta H7 con un processore dual-core che può elaborare compiti complessi in tempo reale. In combinazione con Arduino IoT Cloud, il controllo centrale è facilmente possibile.
Arduino Education
Per la formazione, Arduino ha anche lanciato il programma Arduino® Education. Sulla base di vari progetti, viene insegnata un'introduzione facile e veloce alla programmazione delle schede Arduino.
I prodotti educativi sono stati sviluppati appositamente per le scuole secondarie, le scuole professionali e le università. Il concetto di apprendimento universale è inteso a sostenere gli educatori nell'impartire conoscenze sui temi della programmazione, dell'elettronica, dell'elettrotecnica e della meccatronica con materiale didattico e kit pratici. Pertanto, gli Education Kit sono adattati individualmente all'obiettivo di apprendimento o al gruppo di studenti.