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Police Car

Automodello basato su Arduino controllato via Usb da un programma in Visual Basic .NET.
Arduino Duemilanove

Arduino

Questo ed altri progetti sono stati realizzati impiegando un microcontrollore Atmel ATMega 328, programmato mediante la piattarforma di sviluppo Arduino.


Vi rimando al sito di Arduino per qualsiasi altra informazione, ma se non avete mai sentito parlare di questa piattaforma, in sintesi, si tratta di un microcontrollore Atmel ATMega 168 o 328, programmabile in linguaggio C via USB, che può gestire fino a 14 porte ditigali configurabili come ingresso o uscita e fino a 6 ingressi analogici, rendendo disponibili fino a 32KB di Flash Memory, 2KB di Ram e 1KB di Eeprom.


Non occorre utilizzare la piattaforma completa per ogni circuito realizzato, infatti, una volta programmato il microcontrollore, questi può funzionare in modo autonomo utilizzando solo un quarzo a 16MHz e due condensatori da 22-33pF.


Su diversi siti italiani sono disponibili microcontrollori Atmel ATMega 328 già programmati con il bootloader Arduino 2009 o Arduino Uno, adatti allo scopo, con un costo tra i 5 e gli 8 euro circa. Inoltre, in rete sono disponibili informazioni per la programmazione di ATMega 328 vergini (che hanno un costo inferiore) in modo che possano essere utilizzati con la piattaforma Arduino. I circuiti presentati funzionano perfettamente anche con la nuova piattaforma Arduino Uno. Per qualsiasi informazione non esitate a contattarmi.



Vista dell'automodello

Schermata del programma di controllo

Vista del circuito di controllo

Aggiornamenti e download

10.08.2012 : Versione 1.0 : Realizzazione e collaudo.

Schema Elettrico
Sorgente per Arduino
Police Car 1.0.0 [con sorgente] per XP/Vista/Win7 (.ZIP - XXX Mbyte)


Componenti aggiuntivi da installare, necessari per far funzionare il programma (scritto in Visual Basic .NET):

Microsoft .NET Framework 4 Win7 32/64 bit (.EXE - 50 Mbyte)
Microsoft Visual Basic Power Packs V10 (.EXE - 446 Kbyte)

Facile ma non troppo

Questo è un progetto estivo, fatto per mantenersi in allenamento con l'elettronica quando qualsiasi altra cosa da fare farebbe sudare. A prima vista può sembrare un gadget facile da realizzare, ma chiarisco subito che il progetto è costellato di alcune piccole difficoltà che, messe tutte insieme, potrebbero renderlo abbastanza complesso da realizzare.

Cercherò di ripercorrere tutti gli step di realizzazione, in modo che seguendoli passo-passo vi sia più facile controllare che ogni parte realizzativa proceda come dovuto ed intervenendo per risolvere i vari problemi.

Al termine della realizzazione avrete un automodello, da collegare alla porta USB del PC, che potrete attivare mediante un programma scritto in Visual Basic .NET, il quale vi permetterà di controllare l'accensione della sirena e delle diverse luci del modellino, dai fari anabbaglianti ai lampeggianti, come visibile nel filmato di presentazione.

Il modellino utilizzato è stato scelto perchè è di dimensioni non eccessive (scala 1:32), quindi può stare sulla scrivania senza rubare eccessivamente spazio, inoltre, tutte le fanalerie sono costituite da plastiche (e non da adesivi) fissate con punti passanti sul telaio in metallo, così da permettere ad una serie di led posti all'interno del modello di simulare l'accensione delle fanalerie stesse.

Il programma di controllo

Innanzitutto, vi consiglio di installare subito il programma che controlla il circuito, in modo da verificare che non vi siano problemi con la configurazione software del vostro PC. Una volta avviato, il programma verificherà la presenza del circuito di controllo e, semplicemente, comunicherà che non è collegato al computer.

Una volta completato il circuito, premete il pulsante OFF accanto all'etichetta Usb ERROR per effettuare una nuova scansione delle porte USB del PC alla ricerca del circuito. Una volta trovato, accanto allo stesso pulsante apparirà l'etichetta Usb OK. Può accadere, a seconda della configurazione del PC e del convertitore USB / RS-232 utilizzato, che il dispositivo non venga trovato automaticamente all'avvio del programma, ma sia necessario far eseguire una nuova scansione, sempre premendo il pulsante OFF.


Schermata del programma di controllo

Tutte le funzioni indicate nelle etichette dei vari pulsanti, attivano le rispettive funzioni. Per disattivare un certo effetto visivo, che in alcuni casi viene disattivato automaticamente alla selezione di una nuova funzione, occorre sempre premere il pulsante OFF. L'icona albero di Natale accende in modo casuale le luci dell'automodello, mentre quella con le note musicali attiva la sirena per un paio di secondi.

E' previsto un piccolo allarme programmabile, quindi selezionando una determinata ora ed attivando il flag sul check-box ON, mantenendo il programma ridotto ad icona (uscendo dal programma l'allarme, ovviamente, non funzionerà), all'ora stabilita verrà attivata la sirena dell'automodello per un paio di secondi e resteranno poi attivate le luci dei lampeggianti in modo stroboscopico. Inoltre, verrà visualizzato un message box per indicare l'attivazione dell'allarme.

Il convertitore usb / rs-232

Ora procuratevi un convertitore USB / RS-232 che potete trovare per pochi euro su eBay o su altre decine di siti. Dopo l'acquisto, la prima cosa da fare è collegarlo al PC e verificare che venga installato correttamente. Questo lo potete vedere dal Pannello di Controllo di Windows e se non riuscite ad installarlo, evitate di procedere con il progetto perchè questo componente è di importanza fondamentale, visto che gestisce le comunicazioni tra il circuito ed il programma installato sul PC.


Convertitore USB / RS-232

Convertitore USB / RS-232 (lato superiore)

Convertitore USB / RS-232 (lato inferiore)

Quello che ho utilizzato io è incapsulato all'interno del connettore seriale, da cui può essere facilmente estratto usando un taglierino, visto che il connettore è stampato con una gomma morbida trasparente. L'estrazione del modulo di conversione è necessaria perchè, oltre all'uscite del modulo di conversione (segnali GND, TX e RX) dovremo poi procedere ad intercettare il segnale +5V disponibile sul connettore USB del convertitore, in modo da alimentare il circuito di pilotaggio dell'automodello.

Se non vi è possibile procedere all'estrazione del modulo di conversione, dovrete necessariamente utilizzare un automodello più grande per inserire il connettore all'interno dello stesso, ma soprattutto sarà necessario tagliare o incidere il cavo usb in prossimità del connettore stesso, in modo da poter intercettare il segnale +5V (filo rosso) che sarà utilizzato per alimentare l'automodello.

Il modulo di conversione, dal lato USB, presenta quattro pin che devono essere collegati al cavo USB come indicato nello schema elettrico, mentre per il lato RS-232 la numerazione dei contatti del modulo stesso è identica a quella dei relativi pin del connettore seriale, stampati sul lato blu dello stesso, che devono essere collegati al circuito sempre come indicato nello schema elettrico.

Modifica dell'automodello

A questo punto, occorre modificare l'automodello per inserire i vari LED sullo stesso, secondo una configurazione che utilizza solo sette fili per attivarle in modo indipendente, grazie ad una tecnica di pilotaggio in multiplexing che, ingannando l'occhio umano, abilita e disabilita ad alta velocità i LED.

Vi consiglio di saldare prima i fili ai rispettivi LED, lasciando un buon margine per i collegamenti al connettore che collegherà il circuito agli stessi, quindi procedete a fissarli in sede con colla a caldo. Successivamente, sempre seguendo lo schema elettrico, collegate i fili dei led ad un connettore a pettine che andrà poi collegato al circuito di abilitazione.

Non è obbligatorio usare un connettore, ma posso garantirvi che se ci fossero dei problemi, la separazione tra il circuito e l'automodello sarebbe molto più agevole ed inoltre permette di testare la correttezza delle connessioni ed il funzionamento dei LED prima di collegarli al circuito di controllo. La disposizione dei fili dei LED sul connettore è libera, infatti non essendo stato previsto un circuito stampato, ognuno può decidere quali fili collegare ad un certo pin del connettore stesso. La configurazione che ho utilizzato io è questa: ( A1 | A2 | A3 | A4 | K1 | K2 | K3 ).


Modifica dell'automodello 1/3

Modifica dell'automodello 2/3

Modifica dell'automodello 3/3

Prima di effettuare qualsiasi collegamento al connettore a pettine testate la correttezza delle connessioni ed il funzionamento dei LED. Utilizzate una batteria da 9V o un alimentatore da 5V con in serie una resistenza da 1000 ohm e controllate che le connessioni rispecchino quelle previste dallo schema elettrico. Per esempio, collegando i pin A4 e K1 del connettore a pettine, rispettivamente alla resistenza posta sul positivo dell'alimentazione ed al negativo della stessa, si dovrà accendere il LED indicato con F1, relativo all'indicatore di direzione posteriore destro.

Il circuito di controllo

A questo punto occorre collegare il circuito di controllo, realizzato su una piastra millefori, al connettore a pettine precedentemente inserito sull'automodello ed al convertitore USB / RS-232 collegato al cavo USB.

Il circuito, elettronicamente, è molto semplice ed essenziale. In pratica oltre al modulo di conversione USB / RS-232, vengono utilizzati due transistor in configurazione NOT per invertire i segnali provenienti da tale modulo e renderli correttamente interpretabili da Arduino. Non è presente un circuito di regolazione della tensione, in quanto viene utilizzata quella fornita direttamente dal connettore USB, che consente di alimentare senza problemi il circuito, il quale ha un consumo di max 80 mA.


Vista del circuito di controllo

E' inoltre presente un piccolo buzzer, utilizzato per generare il suono bitonale della sirena, mentre sono del tutto assenti le resistenze di limitazione sui led, in quanto l'elevata velocità di attivazione e disattivazione delle stesse, gestita dal microprocessore secondo una classica tecnica di multiplexing, le rende non necessarie.

Il progetto è distribuito in modo gratuito e sono sempre benvenuti suggerimenti e quesiti.

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