Si sente parlare spesso, soprattutto in certi ambienti di appassionati di tecnologia, di Arduino. Ma ancora poco concretamente si vedono progetti basati su Arduino realizzati sul mercato, anche se sempre più attenzione si sta concentrando su questa piattaforma. Ma Arduino cos’è? Si tratta di una scheda e un ambiente di sviluppo (vedi articolo sui linguaggi di programmazione più usati) in grado di scatenare la fantasia degli appassionati di elettronica. Ma attenti a non relegare Arduino nell’ambito dei passatempi tecnologici. Le potenzialità della piattaforma open source interamente Made in Italy sono, infatti, enormi, soprattutto in un momento in cui l’attenzione della gestione dei sensori e l’integrazione con gli ambienti IT stanno diventando all’ordine del giorno, con il crescente interesse verso l’Internet of Things.
Indice degli argomenti
Cos’è la piattaforma e tecnologia Arduino
Arduino è una piattaforma attraverso la quale è possibile programmare software di robotica e intelligenza artificiale. Arduino è, dicevamo, un progetto open source nato in Italia, a Ivrea, nel 2005 all’interno dell’Interaction Design Institute, la scuola post laurea creata dalla collaborazione tra Olivetti e Telecom Italia, figlio di un pool di sviluppatori che annovera Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Ingoe, Gianluca Martino e David Mellis (vedi articolo sulla diatriba tra i fondatori e sulla sua risoluzione).
I big si accorgono di Arduino
Potenzialità che sono state rapidamente colte da alcuni big del settore IT, tra cui Intel (vedi articolo sulla partnership Arduino-Intel), che a partire dal 2013 ha iniziato una collaborazione che ha portato alla realizzazione delle schede Galileo ed Edison, compatibili, appunto, con la piattaforma italiana. Stesso discorso con Microsoft (vedi articolo sulla partnership Arduino-Microsoft). Un percorso di evoluzione del progetto che in parallelo ha portato a Arduino Yùn, un minicomputer Linux basato su scheda wi-fi.
Come funziona Arduino
Arduino, in sostanza, è una scheda che mette in correlazione degli stimoli che possono derivare da fonti tra le più disparate, captati e trasmessi da sensori, i quali vengono poi associati a un effetto (output). Le fonti di input possono comprendere luce, grado di umidità, movimenti, suoni, accensione/spegnimento di pulsanti o altro, e il sistema le traduce in azioni secondo le istruzioni che sono state codificate e impartite. Il tutto è reso possibile tramite il linguaggio di programmazione di Arduino, basato sul framework di programmazione open source Wiring e il software Arduino, basato sul linguaggio per la codifica Processing, sempre open source.
L’universo si popola di “makers”
L’estrema semplicità d’uso e i costi contenuti, hanno fatto di Arduino la piattaforma per la creazione di migliaia di progetti e oggetti, sia a uso personale, sia utilizzabili in ambito scientifico, coinvolgendo una crescente comunità di appassionati, hobbisti, studenti, artisti, programmatori e, ovviamente, professionisti, che hanno così iniziato a traghettare il sistema verso gli ambiti più business. Complice l’ambiente open source, a cui tutta la comunità può contribuire, Arduino si è rapidamente trasformata da quella che era una scheda a 8 bit delle origini, in tutta una serie di prodotti utili per applicazioni per Internet of Things, per wearable technology o per la stampa 3D e tanto altro.
Dalla prototipazione alle sperimentazioni didattiche
I bassi costi e la semplicità di utilizzo fanno di Arduino la piattaforma elettiva per la prototipazione di progetti base o di sperimentazioni in ambito scolastico, consentendo a studenti e a sperimentatori di esprimersi nella loro creatività. In ambito education, in particolare, Arduino viene utilizzato per la creazione di strumenti scientifici a basso costo per varie materie, o addirittura per la realizzazione di piccoli robot.
La community di artigiani digitali
Ma la versatilità di Arduino può essere sfruttata anche nel mondo artistico e musicale, o in svariati altri ambiti, con il risultato che a oggi sono ormai infiniti i progetti creati, e i loro oggetti vengono esposti alle ormai numerose Maker Faire che si svolgono in tutto il mondo dove si incontrano inventori, educatori e appassionati di tecnologia.
I punti di forza di Arduino
Arduino ha dal canto suo alcuni vantaggi rispetto alle piattaforme di microcontrollori di altri produttori. Innanzitutto il costo accessibile, inferiore ai 50 dollari per la versione pre-assemblata, mentre il prezzo scende ulteriormente per le versioni base assemblabili a mano. Oltre a questo, Arduino assicura la compatibilità sui maggiori sistemi operativi, da MacOS a Windows e a Linux, senza essere “blindato” sul più noto e commercialmente disponibile. Un’apertura della piattaforma che è insita in tutta la sua progettazione, essendo tutta basata su ambienti open source, dal software all’ambiente di sviluppo, estendendo alla collaborazione e contributo delle migliaia di appartenenti alla community, anche ai programmatori che usano linguaggi C++.
Sanguino e Arduino Mega: l’Arduino potenziato
Se con Arduino si possono creare un’infinità di oggetti, esiste una scheda simile che dispone, però, di più potenza, consentendo di spingersi “oltre” nello sviluppo di progetti. Sanguino è una scheda potenziata rispetto ad Arduino, sviluppata da RepRap Research Foundation, che si differenzia per integrare un processore atmega644, mentre Arduino si basa su un atmega168. Un atmega1280 è invece utilizzato in Arduino Mega, che ha 128 Kb di memoria Flash, 8 K di RAM e 4 porte seriali.
Arduino Mega 2560, le caratteristiche
Questo Arduino è più grande di quello base, con 101,52 mm di lunghezza e pesa 37 grammi. Si compone di un microcontrollore ATMega 2560 con 16 pin analogici e 54 digital pin. Le porte seriali UART sono 4 e dispone di un jack di alimentazione e una porta USB e un pulsante per effettuare il reset. Flash, Sram ed Eprom sono le memorie di cui dispone, rispettivamente da 256 KB, 8KB e 4 KB, e la corrente massima supportata è di 40 mA. L’alimentazione avviene tramite il collegamento di un cavo USB a un PC o con sorgente esterna, come un adattatore AC-DC o batteria attraverso power jack da 2,1 mm. Arduino Mega è in grado di comunicare con un altro Arduino, con un PC o con un semplice microcontrollore.
Arduino: il primo passo verso l’IoT e l’Industria 4.0
I settori sono lontani, ovviamente, ma i concetti che stanno alla base non sono poi così lontani, come dimostrano i vari esemoi di applicazioni che seguono in questo articolo. Si tratta, in Arduino come nell’IoT (Internet of Things) di mettere in interconnessione i dati generati da sensori, immetterli in reti che siano in grado, o da sole o attraverso un centro elaborazione, di trarne delle relazioni e delle informazioni utili per definire le strategie aziendali. Informazioni generate e trasmesse da sensori che possono essere associate ai diversi componenti di un’impresa, per esempio, in modo da ottimizzarne le linee produttive nei tempi e ritmi definiti. O per dare informazioni su eventuali anomalie per una manutenzione predittiva. Applicazioni che competono ai system integrator, che devono quindi evolvere verso il ruolo di sviluppatori IoT (leggi in questo articolo chi sono e dove si trovano gli Sviluppatori IoT) , pensando come associare diverse tecnologie per una loro orchestrazione in ottica data driven.
Esempi in Italia del funzionamento di Arduino (2019-2020)
Dal divertimento alle applicazioni più concrete e utili, Arduino si è dimostrato essere una piattaforma che, pur nella sua semplicità, consente di vedere realizzati progetti di gestione degli ambienti o delle macchine, in base agli stimoli recepiti. In pratica ogni segnale, diretto o come risultato di variazioni di condizioni, può essere tradotto in azione. Vediamo qualche idea che è possibile realizzare mediante l’uso di Arduino.
Arduino e la gestione automatizzata delle serre
Le serre rappresentano un ambiente caratterizzato da condizioni umidità, calore e luminosità costanti e continuamente monitorate per garantire la corretta crescita delle piante che ospitano. Un lavoro tradizionalmente gestito dalle persone, che ne regolano continuamente i parametri intervenendo con innaffiature, areazione degli ambienti, ecc, ma che possono essere svolte in maniera automatica attraverso sistemi di domotica governati attraverso la raccolta delle variazioni dei paramentri, i quali possono rappresentare input per un sistema come Arduino, il quale risponde secondo i diversi output su cui è stato istruito: attivazione degli irrigatori, apertura delle finestre d’areazione, somministrazione dei fertilizzanti, dei fitofarmaci, ecc.
Arduino e l’inquinamento
Tra i valori trasformabili in input elaborabili da Arduino entrano a pieno diritto i vari livelli di inquinanti, quali etanolo, metanolo, formaldeide o polveri. Sensori e misuratori specifici possono segnalare il superamento della soglia definita e consentita per legge per mandare segnali d’avviso o addirittura azionare macchine per l’intervento diretto a soluzione del problema, come chiusura condotti, attivazione filtri, spegnimento macchine, ecc.
Arduino e la sicurezza alla guida
Il tasso di etile e sostanze volatili simili si possono raccogliere dall’aria ma anche dall’alito delle persone. E quindi lo stesso principio del sensore per l’inquinamento dell’aria può essere applicato anche al classico etilometro per risalire alla quantità di alcool presente nel sangue.
Arduino “girasole”
Orientare i pannelli solari in maniera dinamica seguendo lo spostamento del sole. Con Arduino si possono cogliere le variazioni di movimento dell’astro per ottenere il massimo della resa energetica nelle varie fasi della giornata e del tragitto del sole nel cielo.
Le piante assetate
Arduino può gestire impulsi multipli o concatenati tra di loro. Come nel caso di sensori che segnalano il grado limite di umidità/siccità del terreno delle piante attraverso l’invio di un tweet, al proprio account personale.
Arduino parcheggiatore
Un progetto molto semplice con Arduino permette di controllare un allarme acustico, un cicalino, in relazione alla distanza che un sensore HC-SR04 rileva. Il cicalino suona con una frequenza che aumenta con il diminuire della distanza dall’ostacolo. Un vero e proprio parking assistant fatto in casa.
Arduino abbassa il volume degli spot TV
Basta sobbalzare dal divano nel momento delle interruzioni di un film, quando gli spot pubblicitari invadono il nostro relax sparando a tutto volume, ben superiore al livello del programma che stavamo seguendo, il loro messaggio. Arduino può essere impiegato per la costruzione di un telecomando che sarà in gradio di abbassare il volume per la durata dello spot pubblicitario, per poi rialzarsi con la ripresa della trasmissione. In questo modo i livelli saranno equilibrati. Senza più balzi sul divano. Online si trovanio diversi esempi, con articoli che guidano passo per passo nella realizzazione del telecomando.
Arduino salvavita: un allarme per segnalare presenza di monossido di carbonio
Dal ludico al salvavita. Le applicazioni di Arduino sono infinite e, partendo da quello che potrebbe a molti sembrare una piattaforma per passare il tempo, può invece rivelarsi utilissimo per salvare la vita in caso di pericolo di esalazioni di monossido di carbonio da stufe o apparati di riscaldamento difettosi.
Il monossido di carbonio è un elemento subdolo, essendo inodore e insapore, ma altamente letale. Il sensore modello MQ-7 è in grado di rilevarne la presenza. Il modulo è alimentato a 5V e dispone di un’uscita analogica e una digitale, attivabile al superamento di una soglia stabilita attraverso un trimmer.
