Lezione di Arduino alle ITI Marconi di Rovereto

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Lezione di Arduino alle ITI Marconi di Rovereto
 1. Arduino va di moda.
Arduino è una piattaforma hardware open source programmabile, interamente realizzata in Italia, che
permette la prototipazione rapida e l'apprendimento veloce dei principi fondamentali dell'elettronica e
della programmazione.
È composto da una piattaforma hardware sviluppata presso l'Interaction Design Institute, un istituto di
formazione post-dottorale con sede a Ivrea, fondato da Olivetti e Telecom Italia.
Il nome deriva da un bar di Ivrea frequentato da alcuni fondatori del progetto. Il bar a sua volta ha
preso spunto dal Re d’Italia nel 1004: Arduino d’Ivrea.
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++.
Arduino può essere utilizzato per lo sviluppo di oggetti interattivi stand-alone ma può anche interagire,
tramite collegamento, con software residenti su computer, come Adobe Flash ed altri.
I punti su cui si basa il successo di Arduino sono 3:
OpenSource e la community:
Arduino è definito Hardware OpenSource, in quanto è stato progettato con la stessa politica del
software libero. I creatori di Arduino hanno voluto, quindi, divulgare gli schemi elettrici e le componenti
necessarie per creare una scheda Arduino.
Questa filosofia ha permesso di formare una Community on-line che aiuta gli aspiranti programmatori
di Arduino a sviluppare soluzioni anche complesse.
Viene a crearsi quindi un apparato nel quale chi ha un’idea può facilmente apprendere le nozioni di
base per portare a termine il progetto.
Nella community sono presenti inoltre numerosi progetti rilasciati liberamente dove è possibile
prendere spunto e informazioni per imparare a sviluppare con Arduino.
Semplicità ed efficienza:
Grazie all’intuitivo ambiente di sviluppo, chiunque conosce le basi del linguaggio C e C++ è in grado
di programmare Arduino collegandolo tramite USB.
Nonostante ciò, è possibile farne un uso più complesso interfacciandolo con potenti software.
Arduino sfrutta un approccio modulare simile a quello usato nella programmazione permettendo di
collegare delle estensioni chiamate shield in modo da ampliare le potenzialità di questo strumento.
Ad esempio è possibile aggiungere una Ethernet Shield per poter sviluppare un vero e proprio server
web in modo da poter controllare le luci della casa direttamente da un pagina http nella rete
domestica, accedendo dal tablet o dallo smartphone.
Inoltre ci sono numerosi esempi preinstallati assieme all’IDE che offrono il supporto essenziale per
imparare a utilizzare arduino e le principali shield in commercio.
Proprio per la sua semplicità è sempre più spesso utilizzato in ambienti scolastici in modo da offrire
agli studenti un riscontro pratico rispetto alle lezioni teoriche svolte.
ASISTAR srl Loc. Le Fratte, 49 -­‐ CC Ponte Regio I – 38057 Pergine Valsugana P.IVA 02175660220 Tel + 3 9-­‐0461 1862115 (4 linee r.a.) Fax: +39 0461 831044 URL: www.asistar.it -­‐ E-­‐mail: [email protected] Siamo Partner certificati di Pag. 1 Costo:
Il prezzo della scheda è inferiore ai 100 €.
Essendo Arduino un Open Hardware sono presenti sul mercato numerosi dispositivi, sviluppati da
altre aziende sfruttando gli schemi elettrici rilasciati liberamente, che costano anche meno.
2. Il nostro caso
Nella versione precedente della cassa automatica Wash Italy utilizzava una scheda proprietaria (
AREA SX ), ma per molte motivazioni Asistar è passata ad utilizzare Arduino:
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La nostra azienda sposa perfettamente i concetti di open source e di open hardware, infatti
siamo passati da un sistema proprietario, con cui era sviluppata la precedente cassa
automatica (Microsoft), a un sistema operativo Linux (Debian).
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Arduino ha una semplicità di sviluppo e modifica senza eguali.
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A differenza della scheda AREA SX, che si limita alla gestione degli input ed output, Arduino
offre la possibilità di programmare il firmware per interagire con sensori, attuatori, dispositivi.
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Proprio per la sua semplicità, con Arduino è possibile creare rapidamente un prototipo per il
progetto offrendo anche un testing veloce ed affidabile.
Arduino ci ha proiettati in una nuova frontiera dell’automazione, semplificando notevolmente la parte
elettronica, agevolando la parte di programmazione e favorendo uno sviluppo facile e veloce delle
idee.
3. Il progetto Lavanderie Self-Service
L’obiettivo era quello di realizzare un sistema che riuscisse a centralizzare tutti i pagamenti e tutte le
attivazioni delle singole periferiche (essiccattoi, lavatrici, erogatori di prodotti) mediante un’interfaccia
semplice ed intuitiva per rendere più agevole l’utilizzo della cassa automatica.
Arduino funge da interfaccia di prototipazione che permette di interagire con le lavatrici, gli essiccatoi,
gli erogatori di prodotti e restituire al sistema i dettagli sullo stato dei macchinari oltre che attivare o
disattivare dispositivi.
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Arduino si occupa di interfacciarsi con i macchinari della lavanderia (lavatrici, essiccatoi, eroga
prodotti) in 2 modi:
1 Gestisce gli output delle lavatrici ed aspetta un segnale di input di fine operazione.
2 Gestisce gli output degli erogatori e degli essiccatoi, e non aspetta nessun segnale di input.
Infine arduino riceve le informazioni, le elabora ed esegue quanto richiesto.
Inoltre abbiamo sviluppato, a scopo di testing, un simulatore di lavatrice utilizzando Arduino Uno.
Il simulatore riceve in input, dalla cassa automatica, un segnale di attivazione con il quale si abilita un
pulsante (che permetterà poi di attivare effettivamente la lavatrice).
Una volta premuto il pulsante si accende un led (che simula la lavatrice in funzione) e resta acceso
per cinque minuti.
Per tutto il tempo in cui il led resta acceso deve restituire al sistema un segnale di occupato.
6. Sviluppo del firmware che simula una Lavanderia
La modalità della simulazione è la seguente:
Un utente che vuole lavare i suoi panni li deve inserire nella lavatrice dopodiché deve effettuare il
pagamento presso la cassa automatica.
La cassa attiva la lavatrice per un tempo pari a 3 minuti entro i quali l’utente deve premere il pulsante
per avviarla (nel simulatore la lavatrice in funzione corrisponde ad un led acceso).
Se l’utente non preme il pulsante entro i 3 minuti la lavatrice diventa nuovamente disponibile per un
nuovo pagamento.
Inoltre bisogna tenere presente:
● La lavatrice alza o abbassa il segnale sul piedino n°8 a seconda se è occupata (1) o libera (0);
● La lavatrice riceve un segnale 1 sul piedino n°9 quando è stato effettuato un pagamento, in
modo che la lavatrice possa rendere disponibile l’utilizzo del pulsante di partenza lavaggio;
● La lavatrice legge lo stato del pulsante sul piedino n°10 e fa partire il lavaggio simulato
dall’accensione del led;
● Il led che simula la partenza del lavaggio è collegato sul piedino n°7;
Gli studenti saranno impegnati nello sviluppo del firmware per simulare una lavatrice.
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“Se ci pensate, rendere disponibili i progetti dei vostri prodotti è come invitare i vostri concorrenti ad
eliminarvi” (Massimo Banzi - Wired)
Perchè le aziende dovrebbero usare e sviluppare hardware open source?
In questa impostazione si possono evidenziare alcune criticità:
● Qualsiasi concorrente può facilmente copiare il prodotto e distribuirlo ad un costo
inferiore;
● Produrre prototipi di questo tipo è più costoso che svilupparli, brevettarli ed avviare
successivamente una produzione di massa.
● Se il progetto viene sviluppato con il contributo di una comunità, c’è il rischio che il progetto si
trasformi in un “giochino per geeks”, cioè per pochi appassionati. Le comunità che
supportano questi progetti sono infatti composte solitamente da individui con competenze
tecniche di gran lunga superiori alla media.
● Molti produttori sono riluttanti a produrre hardware open source, anche per conto di terzi.
Nonostante tutti questi svantaggi durante la hacker-conference del 2010 fu mostrata una breve
presentazione in cui si nominavano 13 aziende che superavano il milione di dollari di ricavi grazie a
modelli di business fondati su prodotti dotati di hardware Open Source.
Quindi la domanda sorge spontanea: quali sono i vantaggi derivati dalla creazione di un progetto
Open Hardware?
Prima di tutto va considerata la filosofia che sposano le aziende che aderiscono a questa modalità
produttiva.
La parola chiave dei concetti di open source e di open hardware è “Libertà”.
Libertà di utilizzare il prodotto, di studiarlo, di migliorarlo e distribuirne gli aggiornamenti in modo
che tutta la comunità ne tragga benefici.
Per cui il termine open source assume anche una connotazione sociale.
E’ un approccio volto alla produzione di un progetto attraverso la collaborazione aperta di molteplici
individui anche distanti geograficamente che lavorano, gratuitamente, per migliorare il prodotto e
renderlo disponibile liberamente.
Chi fa parte di un progetto open source sostiene il progresso tecnologico oltre ogni logica di
guadagno.
Le aziende che appoggiano questo approccio “open” hanno inoltre diversi vantaggi dal punto di vista
economico:
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Vendita del prodotto: in questo caso, il team mette i consumatori di fronte a una triplice
scelta. Comprare l’originale, comprare i cloni prodotti dai concorrenti o costruire il prodotto
autonomamente. Di solito l’originale è di maggiore qualità rispetto alla concorrenza, ha
un’assistenza e una documentazione migliori, è sviluppato in maniera continuativa anche
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nella parte software. Inoltre i produttori di hardware Open Source possono utilizzare la propria
community come una leva di marketing per fidelizzare la clientela e sviluppare il passaparola;
Utilizzare un marchio registrato: il produttore registra un marchio, per il quale richiede il
pagamento dei diritti ogni volta che viene utilizzato. È un sistema già sperimentato da diversi
progetti, tra i quali Arduino;
Crowdfunding: si tratta di un processo collaborativo di un gruppo di persone che utilizza il
proprio denaro in comune per sostenere gli sforzi di persone ed organizzazioni;
Vendita di prodotti complementari coperti da brevetto;
Vendita di prodotti brevettati ma basati su componenti con hardware Open Source;
Vendita di software proprietario per lo sviluppo dei dispositivi con hardware Open Source;
Vendita di manuali, libri o guide, utili per utilizzare al meglio il prodotto;
Vendita di servizi legati all’utilizzo del prodotto: formazione e consulenza;
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