Corso di Robotica: 4 Elettronica di Base e Microcontrollori

4 – Elettronica di Base e Microcontrollori

Obiettivi del Modulo

Il modulo si propone di fornire agli studenti le competenze fondamentali per progettare, costruire e controllare circuiti elettronici di base e per interagire con microcontrollori a livello pratico. Gli obiettivi specifici includono:

  1. Comprendere i principi di funzionamento dei componenti elettronici fondamentali.
  2. Saper interpretare schemi elettrici e circuiti pratici.
  3. Acquisire familiarità con la programmazione di microcontrollori per il controllo di dispositivi elettronici.
  4. Applicare concetti di sicurezza elettrica e gestione dell’alimentazione nei progetti pratici.
  5. Integrare elettronica e programmazione per realizzare prototipi di robotica di base.

Contenuti del Modulo

1. Componenti elettronici fondamentali

  • Resistenze: comprendere la legge di Ohm, calcolare le cadute di tensione, identificare resistenze tramite il codice colore.
  • LED (Light Emitting Diode): polarità, tensione di soglia, corrente massima, uso di resistori limitatori.
  • Transistor: funzionamento come interruttore e amplificatore; distinzione tra NPN e PNP; concetti di base su MOSFET.
  • Altri componenti essenziali: condensatori, diodi, sensori elementari (termistori, sensori di luce).

2. Microcontrollori

  • Arduino: piattaforma open-source per principianti; programmazione tramite IDE Arduino e linguaggio C/C++ semplificato.
  • ESP32: microcontrollore avanzato con connettività Wi-Fi e Bluetooth integrata; adatto a progetti IoT.
  • Raspberry Pi: single-board computer, più potente di Arduino, adatto per applicazioni complesse e gestione di sensori avanzati; programmazione in Python.

3. Alimentazione e sicurezza

  • Principi di tensione, corrente e potenza nei circuiti elettronici.
  • Uso di alimentatori stabilizzati e batteria; considerazioni sul voltaggio e sulla corrente massima.
  • Norme di sicurezza: protezione da cortocircuiti, sovraccarico e rischio di folgorazione; uso di fusibili e interruttori.

Attività pratiche

  1. Accensione di un LED con Arduino

    • Collegamento del circuito: LED + resistenza limitatrice.
    • Programmazione base per accendere e spegnere il LED tramite digitale HIGH/LOW.
    • Introduzione ai concetti di ciclo e temporizzazione (funzione delay()).

  2. Controllo di un motore DC tramite driver

    • Differenza tra controllo diretto e tramite driver (ad es. L298N o transistor).
    • Gestione di corrente maggiore rispetto al pin Arduino; protezione del microcontrollore.
    • Esempio di codice: accensione, spegnimento e regolazione della velocità tramite PWM (analogWrite()).

Approccio didattico e metodologico

Il modulo è pensato per alternare lezione teorica e laboratorio pratico, seguendo un approccio “learning by doing”:

  • Teoria breve e mirata: introduzione dei concetti elettronici fondamentali con esempi concreti.
  • Laboratori guidati: esercitazioni passo passo per consolidare la comprensione.
  • Progetti integrativi: combinare LED, motori e sensori per creare un mini-robot.
  • Analisi critica dei circuiti: valutazione di consumi, efficienza e rischi potenziali.

Risultati attesi

Al termine del modulo, gli studenti dovranno essere in grado di:

  • Comprendere e progettare circuiti di base.
  • Programmare microcontrollori per il controllo di dispositivi elettronici.
  • Gestire in sicurezza l’alimentazione e le connessioni elettriche.
  • Integrare più componenti elettronici per realizzare semplici prototipi di robotica.


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