Programmare con Arduino

Capitolo 1

Introduzione ad Arduino

Ma cos'è Arduino?

Arduino, è una scheda a microcontrollore: si tratta di un piccolo circuito che racchiude dentro di sé tutti i componenti tradizionali di un computer.

Processore, RAM, ROM... Tutto dentro un piccolo circuito.

La sua potenza è molto contenuta rispetto a un PC tradizionale: non ha bisogno di tanta potenza di calcolo e allo stesso tempo, deve avere costi contenuti.

Per poter realizzare progetti di domotica, IoT e wearable (che approfondiremo nei prossimi capitoli), è nata la necessità di interfacciarsi con il microcontrollore stesso in maniera semplice e funzionale.

È stato unito a una scheda, dotata di tanti connettori, per poter unire diversi componenti (tasti, display, interfacce radio come il Bluetooth, sensori) in tempi ridotti e in modo facile e rapido.

Tutto ciò, è Arduino: una scheda a microcontrollore pronta all’uso!

Per quale motivo è così di moda?

Arduino ha vinto sul mercato grazie ai suoi bassissimi costi e alla sua natura di “soluzione pronta all’uso”. Permette di realizzare prototipi in tempi veramente ridotti e senza spese grosse.

• Non bisogna realizzare circuiti stampati: la scheda stessa permette di interfacciarsi con qualsiasi componente elettronico in uno schiocco di dita!
• Non è necessario fare programmazione di basso livello: il mondo dell’elettronica viaggia con il linguaggio macchina.

Nel mondo dell’informatica, ci siamo evoluti di parecchio in nostro stesso aiuto. I linguaggi di programmazione, sono sì dei codici, ma la maggior parte di essi è stato pensato in modo tale da essere il più umanamente comprensibile!

Avere dei linguaggi simili a quelli umani però, ha i suoi contro.

I linguaggi di programmazione detti “di alto livello”, sono quelli più vicini al modo di comunicare che hanno gli umani.

La loro struttura è basata su linguaggi più criptici, noti come “di basso livello”. 

A loro volta, si basano su quello che è il linguaggio macchina: pensa ai robot che comunicano con il codice binario, il livello è quello.

Affinchè sia possibile questa traduzione, sono necessarie molte risorse fisiche.

Più un linguaggio è “naturalizzato” (umanamente comprensibile), più memoria e velocità di processazione è necessaria!

Per questo motivo, la maggior parte dei sistemi elettronici, fa uso di linguaggio macchina o di basso livello. Per essere economici, sufficientemente miniaturizzabili e rapidi nell’esecuzione delle loro stesse funzionalità, si devono basare su codici altrettanto semplici e di rapida interpretazione per la macchina: quindi devono essere quanto più possibili vicini al linguaggio macchina.

Grazie ad Arduino, le cose si sono semplificate notevolmente grazie all’uso dei microcontrollori ATMega che permettono di programmare soluzioni in tempi brevi grazie all’uso del C, del JavaScript e, per i meno esperti, con pseudocodice (Scratch for Arduino ad esempio).

Capitolo 2

È facile da imparare?

La risposta a questa domanda è “dipende”.

Dal punto di vista della programmazione, è relativamente semplice: dipende dalla complessità del progetto, ma una volta apprese le basi del C, potete cimentarvi nella realizzazione del codice autonomamente!

La parte “complessa”, è relativa all’aspetto elettronico: per chi è a digiuno di elettrotecnica e di elettronica, un primo approccio può risultare complicato e in alcuni casi disastroso.

Se non si sa cosa si sta facendo, si possono bruciare i componenti.

Il mio consiglio, è quello di partire da progetti basilari affinché si possa apprendere quanto più possibile sul funzionamento dei componenti stessi e sulla costruzione dei circuiti, per poi passare a componenti e progetti più intricati!

Non so usare il saldatore, non so fare circuiti stampati: come posso fare?

Saldare i componenti e realizzare schede stampate (i cosiddetti PCB), sono aspetti che subentrano quando il nostro progetto vuole essere miniaturizzato o venduto come prodotto.

Arduino, grazie alla sua versatilità, permette di realizzare soluzioni modulari: i componenti possono essere collegati grazie ai pin che la scheda mette a disposizione e i circuiti possono essere realizzati tramite breadboard.

È come giocare con il LEGO: prendiamo i pezzi che ci servono, li montiamo, ci “giochiamo” e, una volta finito il tutto, smontiamo e rimettiamo a posto 

Capitolo 3

Progetti con Arduino

È il punto di partenza di quasi tutti i progetti legati al mondo dell’automazione, della domotica, dell’IoT e del wearable.

Automazione

Comprende tutto il mondo legato alla costruzione e alla programmazione di macchine intelligenti che siano in grado di fornirci una funzionalità o un servizio in maniera automatica.

Un esempio?

Pensa a quando sei in ufficio e vuoi berti un caffè alla macchinetta: nient’altro che una macchina intelligente che ti fornisce un servizio in maniera automatica.

È stata programmata e costruita per poter permettere la fruizione di un servizio in maniera totalmente autonoma!

Domotica

È un mondo abbastanza recente: si è sviluppato nel corso degli ultimi anni per rendere ancora più automatizzato e semplice l’ambiente casalingo.

• Basta pensare alle lavatrici che sono in grado di comunicare con il tuo smartphone: hai la possibilità di scegliere a che ora farla partire, sapere quando ha finito il ciclo di lavaggio…
• Pensa alla climatizzazione, permette di essere programmata affinchè non ci siano sprechi. Immagina di poter dire al tuo sistema di riscaldamento a che ora esci di casa, quando torni e quanto tempo rimani effettivamente al suo interno.

In questo modo il sistema, capisce quali sono i tuoi ritmi e imposterà il riscaldamento affinché venga usato nella maniera più efficiente possibile!

IoT: Internet of Things

Pensa ai sistemi antifurto delle automobili più recenti. Sono in grado di dirti in tempo reale (sul tuo cellulare) dove si trova la macchina, che percorso ha fatto o quanto carburante ha usato.

Tutto ciò, è possibile grazie a un piccolo sistema all’interno del tuo veicolo che ti permette di essere costantemente connesso grazie a Internet, al tuo cellulare.

Internet delle cose: sono sistemi, in grado di comunicare con i suoi utilizzatori grazie a Internet!

Wearable

Infine, un’altro mondo dirompente di questo ultimo periodo, è proprio il wearable.

Questa parola, deriva dal verbo inglese “to wear”: indossare.

Si tratta di dispositivi indossabili che permettono di avere funzionalità utili alla persona: gli smartwatch sono un esempio calzante di questa categoria.

Sono degli orologi, che permettono all’utente finale di monitorare le sue attività fisiche (camminata, battito cardiaco, respirazione, quantità di sonno…) nonchè altre funzionalità aggiuntive (sveglia, avviso di chiamata, promemoria…).

Capitolo 4

È richiesto nel mondo del lavoro?

Se il tuo obiettivo è lavorare nel mondo dell’IoT o dell’automazione, Arduino è la miglior base di partenza che tu possa avere.

Le aziende, spesso e volentieri le startup, sono sempre alla ricerca di persone che siano in grado di concretizzare il loro progetto! 

Proprio perché Arduino permette un enorme grado di libertà e autonomia nel realizzare soluzioni funzionanti, avrai una marcia in più nel mostrarti una persona valida e competente.

Si sa, la creatività è un grande espediente per l’autorealizzazione: Arduino a mio modesto avviso, è un mondo che crea dipendenza.

Più ti incuriosisci, più ne verrai attratto: la conseguenza è quella di aumentare le tue conoscenze di questo mondo in modo implicito e divertente!

Per lavorare in questo mondo, è necessario avere un background istruttivo: le aziende prediligono persone diplomate e laureate in informatica e/o elettronica.

Partire da autodidatta in questo mondo e cercare lavoro è alquanto difficile, ma non impossibile.

Il miglior modo che hai per renderti noto e vincente agli occhi delle aziende, è pubblicare i tuoi progetti tramite le principali piattaforme di condivisione legate al mondo dell’informatica!

GitHub, Youtube, Linkedin, forum e community legate a questo mondo sono un fantastico punto di partenza. Le aziende, così come chiunque cerchi collaboratori a riguardo, vedono di buon occhio le persone che si mettono in gioco 

Capitolo 5

Da dove iniziare

Grazie alla natura open source stessa di Arduino, non smetterai mai di trovare materiale in merito.

Degli ottimi punti di partenza, sono i seguenti:

• Arduino Playground (Italiano): è una collezione di tutorial del sito web ufficiale di Arduino.
• Corso completo su Arduino di Makers Academy (italiano): ho voluto realizzare questo videocorso diviso in tre parti: principianti, intermedi ed esperti. Nel corso delle lezioni, ti accompagnerò non solo nella scrittura del codice e nella spiegazione dei circuiti, ma ti mostrerò in tempo reale come realizzare i progetti stessi con i componenti fisici! Le lezioni, si basano su un’introduzione teorica, realizzazione del codice, progettazione del circuito tramite software gratuiti e, infine, dei video dove ti mostro come realizzare il tutto.
• Arduino. La guida ufficiale (italiano): è il libro per eccellenza. Scritto da Michael Siloh e da Massimo Banzi. Libro per eccellenza, poichè Massimo Banzi, è il papà di Arduino!