Il mondo dell’elettronica può essere divertente ed entusiasmante, ma spesso può sembrare piuttosto scoraggiante quando guardi uno schema di cablaggio e non hai idea da dove iniziare. Inoltre, capire il codice che va su un microcontrollore può risultare confuso se sei alle prime armi. Per fortuna siamo qui per darti le informazioni di cui hai bisogno per iniziare il tuo percorso di apprendimento!
In questo articolo approfondiremo cos’è un microcontrollore esaminandone vantaggi e funzionalità. Poi ti proporremo un semplice progetto su come comandare un attuatore lineare con un microcontrollore, partendo dal farlo estendere/ritrarre. Che tu sia nuovo ai microcontrollori o un hobbista esperto che vuole ripassare, questo è l’articolo che fa per te. Questo articolo è uno dei molti che arriveranno, in cui daremo uno sguardo più da vicino agli shield per microcontrollori, ai moduli sensore e ai driver per motori. Ma iniziamo dalle basi!
Cos’è un microcontrollore: vantaggi e funzionalità?
Guarda a sinistra e poi a destra. Probabilmente avrai visto diverse cose in casa o in ufficio che contengono un circuito integrato (IC) al loro interno: questi piccoli chip in silicio sono il cervello dei tuoi dispositivi elettronici. Le schede con microcontrollore avranno uno o più di questi IC a bordo insieme a un insieme di periferiche.
I microcontrollori sono dispositivi piccoli, versatili ed economici che possono essere implementati e programmati con successo non solo da ingegneri elettronici esperti, ma anche da hobbisti, studenti e professionisti di altre discipline.
Un microcontrollore in genere presenta i seguenti elementi:
- Central Processing Unit (CPU): Esegue operazioni aritmetiche, gestisce il flusso dei dati e genera segnali di controllo sulla base di un insieme di istruzioni (cioè il codice).
- Memoria non volatile: Memorizza il programma del microcontrollore che indica esattamente alla CPU cosa fare.
- Memoria volatile (ad es., RAM): Utilizzata per l’archiviazione temporanea dei dati. Questi dati vengono persi quando il microcontrollore perde alimentazione.
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Periferiche: Moduli hardware che aiutano un microcontrollore a interagire con il sistema esterno.
- Convertitori (AC-DC, DC-AC e generatori di tensione di riferimento).
- Generazione del clock.
- Temporizzazione.
- Ingressi e uscite.
- Comunicazione seriale.
Un microcontrollore è molto conveniente poiché può essere prodotto a costi inferiori rispetto ai suoi predecessori elettromeccanici. Inoltre, le schede di sviluppo come Arduino consentono una programmazione rapida e sono ideali per i prototipi di sistema. Poiché la maggior parte del circuito è realizzata con circuiti integrati, il costo energetico dell’uso di un microcontrollore è molto inferiore rispetto all’utilizzo di singoli componenti di un circuito logico a relè. Infine, poiché il tipico microcontrollore è programmabile, significa che puoi riutilizzarlo in un altro progetto se necessario.
Come usare un microcontrollore con un attuatore lineare per estendere/ritrarre
È il momento di mettere alla prova un attuatore lineare Progressive Automations con un microcontrollore e farlo estendere/ritrarre! Ti guideremo nel cablaggio e nel funzionamento del codice, così potrai modificare il controllo dell’attuatore lineare come preferisci.
Che cosa ti servirà
Ecco cosa ti serve per iniziare ad abbinare un microcontrollore a un attuatore lineare. Tutti i componenti possono essere acquistati sul sito di Progressive Automations:
- Alimentatore 12 VDC
- Arduino Mega
- LCD con pulsanti
- Relè a 2 canali
- Attuatore (12 VDC con assorbimento di Corrente massimo di 10 A)
- Cavo USB Tipo A/B, cavetti jumper
Cablaggio e caricamento del codice
Per fortuna, grazie agli shield non c’è molto cablaggio da fare. Questo cablaggio semplice rende questo progetto il migliore per principianti per imparare a usare un microcontrollore. Una volta che hai i componenti necessari, segui passo passo i collegamenti riportati di seguito. Usa l’immagine del pinout di Arduino come riferimento.
- LCD sovrapposto su Arduino Pin 26
- Relè IN1 a Arduino Pin 30
- Relè IN2 a Arduino 5V
- Relè VCC a Arduino GND
- Relè GND a Relè NO2
- 12 VDC a Relè NC2
- 12 VDC a Relè NC1
- Relè NC2 a Relè NO1
- Relè NO2 al positivo dell’Attuatore
- Relè COM1 al negativo dell’Attuatore
- Relè COM2
Spiegazione del codice
Visualizza il codice completo di questo progetto qui.
Il codice compreso dalla scheda microcontrollore Arduino è in C. Sono state scritte diverse librerie che contengono codice per semplificare l’aggiunta di varie periferiche, in questo caso l’LCD (#include <LiquidCrystal.h>).
La prima parte del codice è l’impostazione dei pin. Questi numeri di pin corrispondono ai collegamenti del relè sui pin di Arduino. Se decidi di usare una scheda microcontrollore Arduino diversa, assicurati di modificare questi numeri in base ai pin a cui colleghi i relè.
La routine di setup assegna i pin dei relè come OUTPUT e imposta i pin su LOW. Inoltre, all’LCD vengono inviati alcuni comandi per visualizzare il testo e impostare le frecce del cursore. All’interno del loop principale, il codice controlla costantemente se uno dei pulsanti sulla scheda LCD è stato premuto. In questo caso, i pulsanti sono collegati al pin A0 di Arduino. Quando si preme un pulsante, il valore letto da Arduino sarà o vicino a 100 o vicino a 255, a seconda di quali pulsanti sono stati premuti. Questi valori non sono sempre esatti, soprattutto se hai circuiteria aggiuntiva collegata ad Arduino che potrebbe interferire con il segnale. Pertanto è stata inclusa una soglia, regolabile se i pulsanti sono troppo sensibili alle interferenze.
Se hai Arduino collegato al computer tramite USB, puoi usare il monitor seriale dell’IDE di Arduino per visualizzare il segnale in uscita dal pin A0. Aggiungi semplicemente la riga di codice seguente nel loop principale:
Serial.println(A0);
Viene applicata un po’ di logica al segnale letto per determinare se è stato premuto il pulsante su o giù. Se è stato premuto il pulsante su, un relè verrà impostato su alto e l’altro su basso. Se è stato premuto il pulsante giù, la logica si inverte. L’attivazione e la disattivazione dei relè farà estendere/ritrarre l’attuatore.
Ora che sai come funziona il codice, puoi divertirti aggiungendo logica extra, ad esempio accendere un LED quando l’attuatore si estende e spegnerlo quando si ritrae. È abbastanza semplice da fare e richiede di impostare il numero di pin, assegnare il pin come OUTPUT e quindi impostarlo su HIGH (comando digitalWrite) all’interno dell’istruzione if o else if.
Conclusione
Lavorare con un microcontrollore Arduino per un attuatore, tra le altre cose, può essere molto divertente e gratificante. Imparare a programmare su un semplice microcontrollore per un attuatore, soprattutto in linguaggio C, è un ottimo modo per accrescere le tue conoscenze e, potenzialmente, trasformare le tue abilità di coding in una carriera. Parti dalle basi e passa gradualmente a progetti più complessi.
Nei prossimi articoli esploreremo vari shield utilizzabili con Arduino e ti mostreremo porzioni di codice leggermente più complesse. Inoltre, analizzeremo l’uso di sensori per controllare segmenti del tuo codice e governare un attuatore lineare. Se hai ulteriori domande sui microcontrollori o su come collegare un attuatore lineare a un microcontrollore, non esitare a contattarci!