Aquesta setmana construirem alguns projectes relacionats amb els esports. Fareu grups i construireu petits jocs electrònics que simularan diferents esports. Al final de la setmana, us reunireu tots i fareu les Electrolimpíades, on haureu de competir per veure qui és el millor en les diferents disciplines.
Abans de començar, però, necessitarem saber algunes coses sobre les eines que utilitzarem. Vegem breument què és Arduino i alguns conceptes bàsics sobre tecnologia digital.
Les plaques Arduino són petits ordinadors amb els quals pots llegir informació de diferents sensors, així com controlar llums, motors i moltes altres coses. La gran majoria dels sistemes que ens envolten són ordinadors de diferents mides. Els ordinadors no necessiten tenir teclat ni pantalla. Hi ha ordinadors al microones de la cuina, dins els ascensors per detectar quin botó prems i, als cotxes, hi ha més de 70 ordinadors semblants a Arduino… hi ha ordinadors per tot arreu.
Com que Arduino, a diferència de l’ordinador que utilitzes normalment, no té pantalla ni teclat, es necessita un programa extern executat en un altre ordinador per poder escriure programes per la placa Arduino. Aquest software és el que anomenem Arduino IDE. IDE significa “Integrated Development Environment” (Entorn de Desenvolupament Integrat), i és un terme comú per referir-nos a aquest tipus de desenvolupament de software. Escrius el teu programa a l’IDE, el carregues a l’Arduino i el programa s’executa a la placa.
L’IDE d’Arduino és molt clar i semblant a Processing. Hi ha una senzilla barra d’eines que pots utilitzar per:
Verificar si el teu programa funcionarà.
Carregar el programa a la placa d’Arduino.
Crear un programa nou.
Obrir un programa.
Guardar el programa al disc dur de l’ordinador.
(a la part dreta de la barra d’eines es troba el Monitor Serial) Obrir una finestra de comunicació amb la placa Arduino.Les plaques Arduino es connecten al teu ordinador utilitzant un cable USB, com qualsevol altre perifèric, com la impressora, el teclat o fins i tot un comandament de videojocs. Arduino necessita estar connectat a l’ordinador a través del cable USB per carregar un programa. El cable USB serveix també per a subministrar energia a la placa, però també la pots alimentar utilitzant una font d’energia externa, com una bateria o un transformador adient.
Quan programis el teu Arduino, t’hauràs d’assegurar que l’IDE està configurat correctament per a la placa que estàs utilitzant. Comprova-ho al menú ‘Eines → Port Serial’ per veure que el port està configurat correctament, i a ‘Eines → Targeta’ per comprovar que està assignat ‘Arduino U’.
De la mateixa manera que pots assignar ’0′ o ’1′ a un Pin a l’Arduino, pots llegir el valor generat per un sensor que hi estigui connectat. En treballar amb Pins digitals, utilitzarem sensors que només poden estar ON i OFF.
Juguem una mica amb sons. Com provablement ja saps, els sons són vibracions. El so d’una guitarra, per exemple, es produeix per les vibracions de les cordes. Per tant, per produir so amb Arduino necessitem alguna cosa que generi vibracions. A l’experiment següent farem això mitjançant un brunzidor piezoelèctric que piti.
Al llarg de la introducció a la programació, vam veure com fer petits programes i animacions amb l’ordinador. Enceníem i apagàvem els píxels a la pantalla de l’ordinador. Com saps, la placa Arduino no té pantalla, però té un LED, una petita làmpada que es pot encendre i apagar fàcilment usant un programa. Es pot dir que Ardunio té una pantalla d’un sol píxel.
El sistema decimal, el més utilitzat pels éssers humans, té un total de 10 símbols per representar els números: del 0 al 9. Combinant-los, podem representar qualsevol número: 13, 648, 2015, etc. De la mateixa manera, com dèiem, qualsevol cosa a l’univers pot ser representada per uns i zeros. Només es necessita un sistema per combinar-los.
Imagina quatre interruptors que poden estar encesos o apagats. Cada interruptor té el seu propi valor: ’8′, ’4′, ’2′ i ’1′. Quan tots estan apagats, representen ’0′ – 0000. Per representar el número u, simplement encenem l’interruptor ’1′ – 0001. Per representar el número dos, encenem l’interruptor del ’2′ – 0010. Ara pensa detingudament en la següent pregunta: com puc representar el número tres? N’hi ha prou amb encendre l’interruptor de l’1 i el del ’2′ – 0011, ja que 2 més 1 són 3.
Comences a entendre el funcionament que hi ha rere el sistema binari? Intentem obtenir el número set. Encenem els interruptors ’4′, ’2′ i ’1′ – 0111. I pel número 11? Encenem els interruptors ’8′, ’2′ i ’1′ – 1011.
Observa la següent taula per entendre’n encara millor el funcionament:
L’alfabet català consta de 26 lletres pel cap baix, amb els seus corresponents símbols per les majúscules, i utilitzem a més 10 símbols pels números. A diferència dels humans, els ordinadors treballen i es comuniquen amb només dos símbols: ’1′ i ’0′. Això és el que anomenem senyals digitals. Utilitzant una combinació d’aquests símbols, les màquines digitals poden representar tot allò que hi ha a l’univers.
Arduino representa un ’1′ amb 5 Volts, i un ’0′ amb 0 Volts. Quan dissenyem un programa per Arduino, representem un ’1′ escrivint HIGH i ’0′ escrivint LOW. Quan compiles el codi, el que realment succeeix és que allò que has escrit amb símbols humans es tradueix a uns i zeros, el llenguatge que els ordinadors entenen.
Quan parlem de senyals digitals i Arduino, parlem d’entrades i sortides. Una entrada digital significa que Arduino està rebent dades digitals d’un sensor, per exemple, un botó. Quan està llegint des d’un botó Arduino rebrà o bé 5V, HIGH o bé 0V, LOW, segons si el botó està premut o no ho està. Una sortida digital significa que Arduino està enviant dades digitals a un actuador, com per exemple un LED. Per encendre un LED, Arduino envia 5V, HIGH; i per apagar-lo, envia 0V, LOW.
Una altra característica comuna a tots els ordinadors és que utilitzen lògica binària. Lògica binària significa que només hi ha dues possibilitats. Com que un ordinador usa només dos símbols, ’0′ i ’1′, diem que ells també fan servir la lògica binària. En aquest cas, ’1′ representa TRUE, mentre que ’0′ representa FALSE. Això és així perquè la lògica binària també pot ser usada per fer preguntes com ara ‘¿Ha arribat a una temperatura de 20 graus?’. La resposta és o bé certa o bé falsa i, per tant, pot ser representada per ’0′ o ’1′.