Fatti interessanti su Arduino Shields e Pi HAT

• Nozioni di base sui computer a scheda singola e sulle schede a microcontrollore

• Cosa sono Ardurino Shields e Pi HAT?

• Quali sono le caratteristiche di shield Arduino e HAT Pi?

• Il nostro consiglio pratico: utilizzare i microcontroller per smart home

• FAQ - domande frequenti su Shields Arduino e Pi HAT

Nozioni di base sui computer a scheda singola e sulle schede a microcontrollore

Le schede microcontroller e i computer a scheda singola offrono agli sviluppatori e agli appassionati la possibilità di realizzare i propri progetti elettronici. Un computer a scheda singola (in inglese: Single Board Computer) è un computer autonomo, già dotato di tutti i componenti essenziali necessari per il suo funzionamento. Si tratta di componenti come processori, generatori di clock e memorie fisse (ROM) e interfacce, ad esempio per W-LAN o Ethernet. Tutti i componenti, come suggerisce il termine single board, sono raggruppati su un singolo circuito stampato o scheda.

Un esempio di un noto computer a scheda singola è il Raspberry Pi, un sistema a chip singolo con microprocessore ARM. È stato originariamente progettato per scopi di hobby e di formazione, ma viene utilizzato anche nell'industria, ad esempio nel campo della tecnologia di misurazione, controllo e regolazione e dell'automazione dei processi.

Le schede microcontroller sono meno complesse rispetto ai computer a scheda singola e sono costruite in modo molto semplice e facile da usare. Il cuore di questi circuiti stampati è un microcontroller. Si tratta di un chip semiconduttore in cui si nascondono componenti elettronici come un processore, una memoria, moduli timer o convertitori analogico-digitali. Ogni microcontroller è dotato di pin I/O (input/output). Questi sono contatti con i quali è possibile ricevere o inviare segnali digitali.

Che si tratti di contatti in ingresso o in uscita, è liberamente determinabile. Per questo motivo, la quantità di contatti viene indicata in modo sintetico anche come "input/output multiuso" (inglese: general purpose input/output [in breve: GPIO]). I pin configurati come input sono in grado di ricevere segnali, ad esempio, quando sono collegati a un sensore. Un pin configurato come uscita consente, tra l'altro, di controllare LED, altoparlanti, motori, sensori o display. I componenti elettronici sono collegati alle entrate e alle uscite corrispondenti e possono essere letti, controllati e combinati tra loro dal microcontroller.

Una scheda microcontroller molto nota è l'Arduino. È disponibile in diverse varianti di modelli, che si differenziano per le loro dotazioni. Ad esempio, sono disponibili Arduino UNO, Arduino Nano e Arduino Mega. L'Arduino UNO, grazie al suo numero ridotto di interfacce, è particolarmente adatto per piccoli progetti ed è una buona scelta per i principianti. Una versione avanzata rappresenta Arduino Nano, che grazie al suo formato particolarmente piccolo è predestinato a progetti in miniatura. Arduino Mega è caratterizzato da un gran numero di pin I/O ed è quindi adatto per progetti più complessi.

Cosa sono Arduino Shields e Pi HAT?

Arduino Shields e Pi HATS rappresentano il modo più semplice per espandere la gamma di funzioni delle più comuni schede di sviluppo a microcontrollore o computer a scheda singola. Con il loro aiuto è possibile installare periferiche aggiuntive senza dover saldare, avvitare o cablare. L'integrazione di ponticelli e schede a innesto non è necessaria. Si tratta quindi di soluzioni salvaspazio che richiedono poco sforzo.

Gli shield Arduino sono schede di espansione che vengono inserite su una scheda Arduino. Hanno lo stesso scopo delle schede di espansione per PC e controllano funzionalità aggiuntive aumentando le capacità dell'Arduino. Sono progettati in modo da corrispondere esattamente alla forma e all'assegnazione dei pin della scheda madre. Per questo motivo possono essere facilmente applicate. PI HAT sono invece progettati per il Raspberry Pi. L'acronimo HAT è sinonimo di Hardware Attached on Top, che già sintetizza lo scopo delle schede. I PI HAT vengono semplicemente innestati. A seconda della versione, sono adatti per la realizzazione di diversi progetti.

Un grande vantaggio di Arduino Shields e Pi HAT è che sono combinabili tra loro. In questo modo è possibile utilizzare più shield o HAT su un unico dispositivo. Le schede di espansione si innestano con i pin sul lato inferiore anche con prese non necessarie e a loro volta ponticelli sulla parte superiore della scheda. In questo modo è possibile impilare più shield o HAT. Il termine tecnico è stacking. È importante notare che non si verifica alcuna doppia assegnazione dei singoli pin. Alcune schede sono quindi dotate di interruttori DIP o jumper per modificare l'assegnazione dei pin richiesti.

Quali sono le caratteristiche di shield Arduino e HAT Pi?

Shields e HAT sono disponibili in diversi modelli e sono progettati per scopi specifici. Le schede più comuni sono per il trasferimento dei dati (Ethernet, WLAN, Bluetooth e così via). Ciò è dovuto al fatto che molte schede Arduino, ad esempio, non sono collegabili in rete da casa. Gli shield Ethernet sono un'opzione per creare comunque una connessione di rete. L'Arduino viene collegato alla rete locale e infine a Internet. Sono disponibili anche shield WiFi e Bluetooth e possono essere utilizzati per accoppiare dispositivi intelligenti tra loro. È anche possibile integrare un Arduino nella rete mobile, ad esempio utilizzando uno shield GPRS.

Gli Shields e gli HAT vengono utilizzati anche per il controllo dei motori (ad es. tramite relè). Utilizzando lo shield motore Arduino, ad esempio, i motori e i servo possono essere collegati, azionati e guidati alla scheda Arduino. Inoltre, sono disponibili shield relè che consentono il collegamento di componenti ad alta tensione di esercizio che Arduino non copre per impostazione predefinita.

La prototipazione è anche possibile con shields e HAT per provare circuiti semplici o realizzare nuove idee in modo rapido. Esempi di schede di prototipazione sono Arduino Proto Shield e Raspberry Pi prototiping. Con quest'ultimo è possibile trasferire le sovrastrutture sulla breadboard (scheda a innesto per circuiti di prova e esperimenti) sul circuito stampato.

Inoltre, gli Shield possono essere utilizzati per visualizzare i dati su un display o per controllare Arduino tramite touchscreen. Lo Shield LCD e lo Shield touch TFT sono due buoni esempi. Il Raspberry Pi Game ha consentito di trasformare la scheda madre in una console di gioco. È dotato di un display, è in grado di riprodurre l'audio ed ha un indicatore dello stato di carica della batteria.

Anche le stazioni meteorologiche complete possono essere costruite con Shields e HAT. Il Raspberry Pi Sense, ad esempio, è dotato di sensori per umidità dell'aria, temperatura e pressione dell'aria. Il modulo viene installato a una certa distanza dalla scheda Raspberry ed è in grado, in combinazione con il software associato, di registrare i dati climatici. Oltre a un mini joystick per l'immissione dei comandi, il modulo dispone di un sensore di campo magnetico e di un rilevatore dell'accelerazione, in modo che possa essere utilizzato anche per l'identificazione di campi magnetici e la misurazione dei valori di accelerazione e movimento.

Il nostro suggerimento pratico: utilizzare gli Shields Arduino e Pi HATS per la domotica smart home

Arduino e Raspberry Pi offrono numerose possibilità per creare la propria casa "intelligente", in particolare grazie all'integrazione di Shields e HAT. Ad esempio, ci sono schede inseribili che fungono da lettore audio e consentono di riprodurre musica dal cloud o da una rete locale. Ci sono shield dotati di sensori per il rilevamento del fumo e consentono di trasformare un Arduino in un rilevatore di fumo. Il Raspberry Pi Automation è adatto anche per il controllo di dispositivi elettrici con bassa tensione di esercizio.

FAQ - domande frequenti su Shields Arduino e Pi HAT

C'è un modo per accedere agli shield Arduino con il Raspberry Pi?

Anche se gli shield Arduino sono progettati appositamente per Arduino, possono essere utilizzati con le piattaforme speciali ma anche con il Raspberry Pi. La scheda Pi embedded, ad esempio, consente di utilizzare i Shield Raspberry Pi e Arduino sia in comune che indipendentemente l'uno dall'altro. Inoltre, sul mercato sono disponibili schede adattatore e altri collegamenti a ponte.

Vorrei impilare due shields l'uno sopra l'altro, utilizzando gli stessi pin. Esiste una soluzione?

Una soluzione potrebbe essere il cosiddetto Go-Between Shield. Viene montato tra i due shield in conflitto e scherma i pin superiore e inferiore l'uno dall'altro, in modo che possano essere riassegnati. I segnali del modulo superiore vengono quindi deviati e il conflitto viene quindi cancellato.