Il documento descrive la storia e le applicazioni della piattaforma open-source Arduino, un microcontrollore accessibile che permette a designer e ingegneri di realizzare progetti elettronici. Creato nel 2005 da Massimo Banzi e altri, Arduino è diventato simbolo del movimento dei makers, consentendo la creazione di dispositivi interattivi e innovativi. Viene inoltre trattata la programmazione, l'hardware e i principi di funzionamento delle celle galvaniche utilizzate per alimentare Arduino.

1. I.T.I.S “Leonardo Da Vinci”
11/03/15 Classe IIE1
A.S. 2014/2015

2. Arduino: nuovo artigianato
DISCIPLINA Introduzione Laezza
ITALIANO/STORIA Le origini di Arduino
Laezza, Sangiovanni , De
Santo
INGLESE Arduino
Musella, Sangiovanni,
Varone
FISICA/DISEGNO Arduino: l’hardware De Rosa, Froncillo
CHIMICA
La Pila come alimentatore
di Arduino
Patierno, Moliterno
MATEMATICA Basi della programmazione Cubuzio, Civetta, Esposito
DIRITTO
La legislazione sull’open-
source
Scognamiglio , Petrone
SCIENZE
Applicazioni di Arduino in
campo medico
Moliterno, Patierno
SCIENZE
APPLICATE
Qualche applicazione di
Arduino
Amodeo, Improta,
Moliterno

3. ITALIANO/STORIA
Prof.ssa Rosalba Matrone

4. La storia di Arduino ha inizio nel 2001,
quando la Olivetti e Telecom Italia
creano l’Interaction Design Institute, un
istituto in cui si studia l’interazione tra
esseri umani e sistemi informatici.
ITALIANO/STORIA

5. Siamo a Ivrea, la città che aveva già conosciuto i fasti
di Olivetti ma di cui ormai non rimangono che le
ceneri. Qui insegna Massimo Banzi, geniale esperto
di informatica che ha «studiato elettronica alle
superiori, poi ingegneria all’università ma non ho
finito, perché onestamente era un po’ noioso».
ITALIANO/STORIA

6. L’impulso creativo gli scatta
nel 2002 da una domanda
piuttosto semplice:
Possibile, si chiede, che
gli studenti si occupino di
tecnologia avanzata
senza aver mai
programmato nulla? Che
proprio lì dove si studia
l’interazione uomo-
macchina le macchine
non interagiscono con gli
uomini?
ITALIANO/STORIA

7. Lo sviluppo è lungo, non è facile creare una scheda potente,
economica e che si interfacci con Mac e PC.
Tuttavia nel 2005 è tutto pronto e grazie all’aiuto di David
Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis viene
rilasciata la prima versione di questa «piattaforma di
prototipazione elettronica open-source che si basa su
hardware e software flessibili e facili da usare»
ITALIANO/STORIA

8. Arduino sta nel palmo di una mano e
consente di applicare sensori, attuatori e
altre componenti elettroniche per poi
programmarle con semplicità. Come
racconta Banzi, il nome viene dal bar
eporediese dove prendeva l’aperitivo.
ITALIANO/STORIA

9. Il successo va di pari passo con la crescita del movimento
dei makers, sostenitori del «If you can’t open it you don’t
own it» (Se non puoi aprirlo non è davvero tuo), gli
artigiani digitali che creano invece di comprare a scatola
chiusa dalle grandi industrie, che modificano gli oggetti
elettronici per adattarli alle loro esigenze.
GameBoy con Arduino Taccuino elettronico
con Arduino
ITALIANO/STORIA

10. It was in the year 2005 that the first ever
Arduino board was born in the classrooms
of the Interactive Design Istitute in Ivrea,
Italy. Well, if you are not very familiar with
the term, an Arduino is an Open Source
microcontroller that has opened the doors
of electronics to a number of designers
and creative engineers.
INGLESE
TRADUZIONE
Fu nel 2005 che il primo esemplare di Arduino prese
vita presso l’istituto di progettazione interattiva di
Ivrea in Italia. Se non si ha familiarità con questo
termine, è bene dire che Arduino è un
microprocessore che conferisce notevoli opportunità
di utilizzo a programmatori e ingegneri elettronici.
Prof.ssa Giuliana Battimiello

11. The new prototype board, the Arduino, created by Massimo Banzi
and other founders, is a low cost microcontroller board that
allows to do great things in electronics. An Arduino can be
connected to all kind of lights, motors, sensors and other
devices; easy-to-learn programming language can be used to
program how the new creation behaves. Using the Arduino, you
can build an interactive display or a mobile robot or anything
that you can imagine.
INGLESE
TRADUZIONE
Il nuovo prototipo di Arduino creato da Massimo Banzi ed altri
fondatori, è un microprocessore che permette di fare grandi cose in
elettrotecnica.
Arduino può essere collegata a più tipi di fonti luminose, motori,
sensori ed altri apparati; il semplice linguaggio di programmazione può
essere adattato a nuovi bisogni. Usando Arduino è possibile ottenere
un display interattivo o un robot funzionale o ogni altra cosa
immaginabile.

12. In Ivrea, there is this “Bar Di Re Arduino”, a pub on the
cobble stoned state in the town. Well, this place is
where a new age of electronics had its roots! This bar
was frequently visited by Massimo Banzi, one of the
founders of Arduino, who taught at Ivrea. He was the one
who gave the name Arduino to this low-cost
microcontroller board in honor of the place!
TRADUZIONE
Ad Ivrea, in memoria di Re Arduino, c’è un “Bar di Re Arduino”
nella particolare strada lastricata di sanpietrini della città. Bene,
è in questo posto che una nuova era dell’elettronica ha avuto le
sue radici. Questo bar era frequentato assiduamente da Banzi,
uno dei suoi fondatori, che insegnava ad Ivrea. Fu lui che diede
il nome attuale al microprocessore a basso costo in onore del
luogo del quale era stato pensato.
INGLESE

13. It was in the year 2002 that Banzi, a software architect by
profession, was recruited as an associate professor by
IDII in order to promote novel ways of doing interactive
design, in other words, physical computing.
TRADUZIONE
Fu nell’anno 2002 che Banzi, un programmatore di
professione, fu riconosciuto come professore
associato da IDII poiché aveva promosso nuovi
metodi per una programmazione interattiva, in altre
parole, per la produzione di computer.
INGLESE

14. • Cosa può fare Arduino:
• Leggere sensori
• Controllare periferiche
• Comunicare tramite porta seriale Programmabile
• Componenti:
• CPU
• memoria ROM, EPROM, FLASH –
• memoria dati: RAM, EEPROM
• oscillatore fino a 16 MHz (materiale piezoelettrico. In questo
caso un quarzo, ma può essere anche ceramico.)
• porte I/O
• componenti aggiuntivi: ADC, DAC, contatori, timer...
• Stabilizzatore di tensione Output: 5V o 3.3V - Corrente massima
fino a 800 mA
FISICA
Prof. Vincenzo Marotta

15. Una scheda Arduino tipica consiste in un
microcontrollore a 8-bit AVR prodotto dalla
Atmel, con l'aggiunta di componenti
complementari per facilitarne
l'incorporazione in altri circuiti; nello
specifico i modelli ATmega8, ATmega168,
ATmega328, ATmega1280 e ATmega2560.
FISICA
Molte schede includono un regolatore di
tensione a 5 volt e un oscillatore a
cristallo a 16 MHz,

16. • L'alimentazione della scheda può
avvenire attraverso la porta USB del
computer, oppure attraverso un
adattatore in corrente continua a 9 volt,
con connettore cilindrico (diametro
2,1 mm e positivo centrale).
FISICA

17. High Performance, Low Power AVR® 8-Bit
Microcontroller
- 28-pin PDIP, 32-lead TQFP, 28-pad QFN / FML e 32-
pad QFN / MLF
• Tensione di funzionamento:
- 1.8 - 5.5V
• Gamma di temperature:
- -40 ° C a 85 ° C
• Velocità Clock:
- 0-4 MHz 1.8 - 5.5V, 0 - 10 MHz 2.7 - 5.5.V, 0 - 20 MHz
4.5 - 5.5V
• Potenza assorbita a 1 MHz, 1,8 V, 25 ° C
- Active Mode: 0,2 mA
FISICA

18. (1) PORTA USB
(2) ALIMENTATORE
(3) JUMPER
ALIMENTAZIONE
(4) PIN DIGITALI
(5) PIN ANALOGICI
(6) POWER PINS
(7) RESET SWITCH
(8) ICSP
(9) AVR-ATMEGA
DISEGNO
Prof. Fulvio Quagliata

19. 54 pin in totale, operano a +5
V.
- massima corrente sui pin: 40
mA
• AREF - (per input analogici,
voltaggio di riferimento )
Questo pin regola il voltaggio
di massima risoluzione degli
input analogici
• GND - massa
• PWM - I pin a disposizione
con questa funzionalità sono
6. Il PWM, o pulse width
modulation permette di creare
un'onda di corrente regolabile.
Questa è molto utile per
comandare svariati sistemi
elettronici. L'esempio più
stupido è comandare i
servomotori da modellismo.
• TX - RX - porta seriale
• RESET - Questo è un PIN
digitale. Se la lettura di questo
PIN=HIGH il controller si
resetta FISICA

20. • PIN uscita corrente a
3.3V
• PIN uscita corrente a 5V
• Vin - PIN input corrente
per alimentazione
controller
• Analog in - PIN input
analogici. Possono
percepire molto
precisamente una corrente
DC tra 0 e 5V, restituendo
un valore da 0 a 1023.
• Digital - PIN digitali
programmabili per essere
input o output,
percepiscono se è
presente o no corrente
restituendo LOW se non
c'è corrente e HIGH se c'è
corrente, oppure possono
essere programmati per
generare corrente in output
di massimo 40mA FISICA

21. La pila è un dispositivo che
trasforma l'energia chimica in
energia elettrica. Essa è costituita
essenzialmente da due conduttori di
prima classe costituiti da lamine
metalliche o di carbone (dette
elettrodi) immersi in un conduttore di
seconda classe costituito da
soluzioni elettrolitiche, sali fusi, solidi a
conducibilità ionica, ecc.
CHIMICA Prof.ssa Giovanna Gambi

22. Le pile o celle
galvaniche sono
dispositivi capaci di
sfruttare reazioni di
ossido-
riduzione spontanee
per trasformare
energia chimica in
energia elettrica.
Un tipico esempio
di cella galvanica è
la pila Daniell. CHIMICA

23. E’ composta da due
barrette di zinco e di
rame immerse in due
soluzioni,
rispettivamente di
solfato di zinco e
solfato di rame, che
formano due semicelle.
Finché le due semicelle
rimangono separate
non avviene nessuna
reazione
CHIMICA

24. Se colleghiamo con un filo
conduttore le due lamine
metalliche, lo zinco, che ha
rispetto al rame una
maggiore tendenza ad
ossidarsi, perde elettroni e
da metallo si trasforma in
ione di zinco; gli elettroni
persi passano attraverso il
circuito elettrico esterno e
vengono attratti dagli ioni
rameici che si trovano
nell’altra semicella
trasformandoli in rame
metallico
CHIMICA

25. Al termine dell’esperimento la barretta
di zinco sarà diventata più sottile
perché parte dello zinco è passata in
soluzione sotto forma di ione, mentre
quella di rame sarà diventata più
spessa, perché parte del rame presente
in soluzione si sarà trasformata in rame
metallico depositandosi sulla barretta
CHIMICA

26. La programmazione
Le funzioni sono uno degli strumenti più potenti del linguaggio di programmazione,
esse infatti permettono un notevole risparmio e riuso del codice, con immediati
vantaggi del programmatore. Le funzioni esistono più o meno in tutti i linguaggi e
vengono chiamate anche procedure o subroutine . Alcuni linguaggi fanno distinzione
tra funzioni che ritornano un valore e quelle che, invece, non ritornano valori. Se una
funzione ritorna un valore, in genere si utilizza l’istruzione return seguita,
eventualmente, da un valore. In caso contrario nessun parametro viene passato.
Per sviluppare un programma o una funzione è necessario ricorrere a due strumenti:
 Algebra di Boole
 Costrutti tipici del linguaggio di programmazione
Costrutti condizionali Costrutti iterativi
(if, if else ) (Do , While ,For )
MATEMATICA Prof.ssa Roberta de Cesare

27. Algebra di Boole
L’algebra di Boole prende il
nome da George Boole,
matematico inglese (1815-1864),
che pubblicò un libro nel 1854,
nel quale vennero formulati i
principi dell'algebra oggi
conosciuta sotto il nome del suo
inventore: algebra booleana. E’
un modello di algebra nel quale
esistono solo due numeri: 1 e 0
e le operazioni NOT, AND e OR ,
riportati in ordine di priorità. A
volte, al posto di 1 e 0 vengono
utilizzati rispettivamente T, (True)
e F, (False). Sull'algebra di
Boole si basa l'elettronica
digitale e il suo sviluppo.
MATEMATICA

28. Gli operatori logici
Le operazioni, nell’ algebra booleana, sono basate su tre operatori: AND, OR, NOT.
• AND
L’ operazione AND detta anche prodotto logico,
è vera se sono vere le condizioni.
• OR
L’ operazione OR, viene anche detta somma logica.
Essa è vera quando è vero uno dei due operandi.
• NOT
L’ operazione NOT, detta negazione, inverte il valore di verità,
viene indicata con un trattino sopra il simbolo del bit.
A differenza degli altri operatori, è unario, cioè opera su
una sola condizione. Se è uguale a 0 allora restituirà 1 e viceversa.
Cond 1 Cond 2 AND
F F F
F V F
V F F
V V V
Cond 1 Cond 2 AND
F F F
F V V
V F V
V V V
Cond 1 NOT
V F
F V
MATEMATICA

29. Istruzione IF
Uno dei costrutti principali è l’IF. Esso permette di porre una condizione ed eseguire delle scelte in base ai dati
passati in input. Esempi:
Teoria Esempio
if (condizione) if (valore < 50)
istruzione stampa : valore minore di 50
else else
istruzione stampa : valore maggiore o uguale a 50
L’espressione che compare dopo la parola chiave IF deve essere di tipo logico. Se la condizione risulta vera
viene eseguita l’ istruzione seguente. In caso contrario si esegue l’ istruzione subito dopo else. Poiché le
istruzioni all’ interno dell’ IF possono essere anche più di una è opportuno inserirle all’interno delle parentesi { }.
Per più scelte si può usare ELSE IF che permette di porre un’ulteriore condizione.
intero A= 50
scrivi sullo schermo « Inserisci un numero tra 0 e 100»;
Intero B = -numero inserito da tastiera-;
if(B<A) {
scrivi sullo schermo « il numero inserito e minore di 50»;
} else if (B>A) {
scrivi sullo schermo «il numero inserito è maggiore di 50»;
} else {
//poiché A non è minore o maggiore di B , devono essere uguali
scrivi sullo schermo « il numero inserito è cinquanta»;
}
MATEMATICA

30. La Programmazione Iterativa (1)
I tre costrutti comunemente usati per i cicli iterativi sono : While, Do e For.
int i = 0
while (condizione) while (i<50)
{ {
// Istruzioni da eseguire stampa : numero minore
di 50
} }
La condizione viene controllata, se questa è vera viene eseguita l’ istruzione. Una volta
terminata l’istruzione viene di nuovo controllata la condizione fino a che non risulta falsa e si
prosegue con il resto del programma.
L’ istruzione DO può essere considerata una variante all’istruzione while, la differenza sta nel
fatto che si esegue almeno una volta il ciclo e dopo viene controllata la condizione
int 1 =0 ;
Do do
{ {
// istruzione i=i+1
} scrivi sullo schermo «Il
numero<50»
}
while (condizione) while (i<50)
MATEMATICA

31. La Programmazione Iterativa (2)
Il FOR inizializza una variabile, verifica una condizione incrementa o decrementa la variabile
iniziale.
for(inizializzazione, condizione, incremento)
{
istruzione
}
Esempio
for(int i=0 i<50 i=i+1 )
{
// istruzione
scrivi sullo schermo «Il numero minore di cinquanta»
}
Le istruzioni vengono indicate un numero di volte stabilito dall’indice.
MATEMATICA

32. La direttiva CEE del 14 Maggio 1991 n°
250, che riguarda i programmi per
elaboratore espressi in qualsiasi forma e i
lavori di progettazione, per realizzarli, si
prefigge di:
DIRITTO Prof. Ercole Arcone

33. • Armonizzare le legislazioni dei vari Stati membri.
• Assicurare ai creatori di opere e alle imprese
europee che le utilizzano una tutela che non li
ponga in condizione di svantaggio rispetto ai
loro concorrenti di altri paesi.
• Ridurre l’effetto monopolistico del diritto
d’autore, che conferisce una tutela troppo ampia
e di durata eccessiva per questo tipo di opere.
Tutto questo è scaturito dalla necessità di
adattare la legislazione sul diritto d’autore ai
progressi della tecnologia. Inoltre è stata
proposta una repressione della pirateria
mediante pene più severe.
DIRITTO

34. I programmi per elaboratori sono qualificati
come opere letterarie e tutelati in base al
diritto d’autore, perché originali.
La tutela non si estende ai principi, alla
logica, agli algoritmi e al linguaggio di
programmazione nonché alle interfacce.
I diritti spettano a chi ha creato il
programma: se questo è realizzato nel
corso di lavoro subordinato o di un
contratto d’opera spettano al datore di
lavoro o al committente.
DIRITTO

35. I diritti esclusivi comprendono: la riproduzione
di qualsiasi forma, l’adattamento, la
distribuzione sotto qualsiasi veste giuridica.
Costituisce violazione dei diritti esclusivi il
possesso e il commercio di copie illecite. Il
legislatore nazionale ha recepito tale direttiva
mediante il decreto legislativo del 29 Dicembre
1992 n°518 che aggiorna la Legge del 22
Aprile 1943 n°633 detta Legge sul Diritto
d’autore.
Successivamente, la Legge n°248 del 18
Agosto 2000 ha rafforzato la protezione del
diritto d’autore, inasprendo le sanzioni penali.
DIRITTO

36. • Diritto alla paternità dell’opera.
• Diritto Inedito.
• Diritto alla integrità dell’opera.
• Diritto di ritiro dell’opera per gravi ragioni
morali.
Inoltre ci sono i diritti patrimoniali che
devono essere intesi come diritti di
utilizzazione economica in ogni sua forma
e modo.
DIRITTO

37. La tutela delle invenzioni industriali è il
brevetto, che legalmente si riferisce al
“Regio Decreto 29 Giugno 1939 n°1127”
L’articolo 12 della suddetta norma è stato
in seguito modificato dal Decreto del
Presidente della Repubblica(DPR) n°338 del
22 Giugno 1979.
DIRITTO

38. La domanda del brevetto per le invenzioni
industriali deve essere presentata presso
l’ufficio Centrale Brevetti (U.C.B.) e, in base
all’articolo 3 della Legge sulle invenzioni, il
brevetto dura 20 anni a partire dal momento
in cui viene depositata la domanda e non
può essere rinnovato e non può prolungare
la durata.
DIRITTO

39. Esistono diverse applicazioni mediche basate
su Arduino, dal monitoraggio delle condizioni
di salute a distanza alla telemedicina.
Uno dei progetti è quello realizzato da Scott
W Harden.
BIOLOGIA Prof.ssa Anna Bonifacio

40. Scott W Harden ha costruito una versione
aggiornata del suo circuito basato su
Arduino per il monitoraggio del battito
cardiaco.
L’obiettivo principale è fornire un hardware
per la raccolta dei dati sul battito cardiaco
con un costo ridotto.
Scott utilizza una scheda audio del pc per
leggere i dati analogici provenienti dall’
amplificatore, dopodiché un sensore misura
la frequenza cardiaca.
BIOLOGIA

41. Questo progetto e basato sul principio della
fotopletismografia, che è un metodo non
invasivo per misurare la variazione di
volume del sangue nei tessuti utilizzando
una sorgente luminosa e una rilevatore.
BIOLOGIA

42. Poiché la variazione di volume ematico è in
relazione al battito cardiaco, questa
tecnica può essere utilizzata per calcolare
la frequenza cardiaca. Trasmissione e
riflessione sono due elementi
fondamentali per la fotopletismografia.
BIOLOGIA

43. Per la trasmissione dati si usa una
sorgente di luce emessa nel tessuto e un
rivelatore di luce posizionato sul lato
opposto del tessuto per misurare la luce
risultante.
A causa della limitata profondità di
penetrazione della luce attraverso i
tessuti, la trasmissione è applicabile solo a
part del corpo come il dito o il lobo dell’
orecchio.
BIOLOGIA

44. Tuttavia nel riflesso la sorgente luminosa e
il rilevatore di luce sono posti entrambi
sullo stesso lato di una parte del corpo.
La luce viene emessa nel tessuto e la luce
riflessa viene misurata dal rilevatore.
Poiché la luce non deve penetrare nel corpo
il PPG riflesso può essere applicato a
qualsiasi parte del corpo umano.
BIOLOGIA

45. In entrambi i casi
la luce rilevata
riflessa o
trasmessa
attraverso la parte
del corpo fluttuerà
a seconda del
flusso sanguigno
pulsatile causato
dal battito del
cuore.
BIOLOGIA

46. Utilizzare Arduino per comandare il
movimento delle ruote di un drone.
In seguito vi illustreremo brevemente
come abbiamo programmato la scheda
Arduino a tale scopo.
SCIENZE APPLICATE Prof. Gianpiero Gigliofiorito

47. Il programma che viene
usato per scrivere i
programmi per Arduino
si chiama arduino.exe ed
è scaricabile dal sito
ufficiale della
piattaforma.
Il programma si presenta
con un'interfaccia
grafica senza nome
chiamata sketch.
SCIENZE APPLICATE

48. La struttura base del
linguaggio di
programmazione di
Arduino si sviluppa
sulla definizione di due
funzioni: void setup e
void loop . Queste due
funzioni racchiudono le
necessarie impostazioni
per il funzionamento
dei dispositivi collegati
ad Arduino e i blocchi
di istruzioni per
svolgere quanto
richiesto.
SCIENZE APPLICATE

49. Ecco alcuni esempi di progetti sviluppati nel mondo da ‘makers’:
Arduino suona le lattine di Coca-Cola
SCIENZE APPLICATE

50. Un mini robot-Arduino
SCIENZE APPLICATE

51. Muovere gli scacchi a distanza con Arduino
SCIENZE APPLICATE

52. ARRIVEDERCI
Prof.ssa Annabella
Marcello
Per aver concesso
l’opportunità di
svolgere questa
attività