Visualizza wikitesto di Canestro contapunti con Arduino

{{Lavori in corso
| classe = 4A/EN (Matteo Coccia, Andrea Piergiovanni, Nicolas Mangani, Matteo Omiccioli)
| as = 2021/2022
| materia = Sistemi automatici per le superiori 2
| wiki_docente = Galessandroni
| docente = Giacomo Alessandroni
| link_istituto = https://www.itisurbino.edu.it/
| istituto = ITIS "Enrico Mattei"
| comune = Urbino
}}
{{Risorsa|tipo=laboratorio|materia1=Sistemi automatici per le superiori 2|avanzamento=100%}}

In questo progetto viene mostrato come realizzare un '''canestro contapunti''' tramite il microcontrollore [[w:Arduino|Arduino]].

== Principio di funzionamento ==
Questo progetto è un prototipo di un basketball arcade per bambini, come quelli che si incontrano facilmente nelle sale-giochi. È in grado di rilevare ogni canestro che si compie emettendo un suono tramite un cicalino, e – automaticamente – segna 2 punti in un display dove viene mostrato il punteggio totale e il tempo residuo per terminare la partita.

Il display e il microcontrollore sono stati alloggiati in un box, stampato mediante stampate 3D, progettato e decorato per l'occasione.

<gallery widths="400" heights="400" mode="packed-hover">
File:Scatola del Display.jpg|Box stampata con stampante 3D che mostra solo il display
File:Canestro contapunti.jpg|Canestro completato
</gallery>

== Sensore ==
[[File:HC_SR04_Ultrasonic_sensor_1480322_3_4_HDR_Enhancer.jpg|miniatura|Sensore di prossimità HC SR-04|235x235px]]
Per la realizzazione di questo progetto abbiamo utilizzato il sensore ad ultrasuoni HC-SR04.

{{Vedi anche|Misurazione della distanza con sensore a ultrasuoni}}

I sensori a ultrasuoni, rilevano oggetti e liquidi utilizzando onde ultrasoniche. Il calcolo della distanza dell'oggetto avviene tramite una misurazione indiretta del tempo di transito del segnale stesso. Questi sensori vengono utilizzati quando sono necessari ampi campi di rilevamento.

La velocità del suono nell'aria è pari a circa <math>343~\text{m/s}</math> alla temperatura ambiente, che supponiamo <math>20~^\circ\text{C}</math>. 

Il tempo, all'interno nel microcontrollore Arduino, viene misurato in millisecondi. Pertanto, volendo esprimere la distanza in <math display="inline">\text{cm}</math> si scriverà:

'''<math display="inline">d= c \cdot\frac{t/1000}{2}\cdot 100</math>'''

dove:

* la divisione per 1.000, serve per la conversione da millisecondi a secondi;
* la moltiplicazione per 100, per la conversione da metri a centimetri;
* la divisione per 2, poiché il segnale ha un'andata e un ritorno.

Finalmente, si ottiene:

<math display="inline">d= \frac{1}{20} c \cdot t</math> .

== Schema di  montaggio ==
Per questo progetto abbiamo utilizzato un canestro per bambini nel quale sono stati installati i componenti elettronici utilizzati per la funzione descritta all'inizio elencati nella tabella sottostante.
{| class="wikitable"
|+Componenti utilizzati
!Componente
!Q.tà
!Note
|-
|Display LCD
|1
|<math>16\times 2</math>
|-
|Buzzer
|1
|<math>8~\Omega</math>
|-
|Resistenza
|1
|<math>220~\Omega</math>
|-
|Potenziometro
|1
|<math>220~\Omega</math>
|-
|Sensore 
|1
|HC-SR04
|-
|Interruttore
|1 
|
|}
[[File:Basketball_autoscore_with_Arduino.svg|centro]]

== Codice sorgente ==

=== Includo le librerie ===
Libreria utile per  l'utilizzo del display LCD. <syntaxhighlight lang="arduino" line="1">
#include <LiquidCrystal.h>
</syntaxhighlight>

=== Definizione di alcune costanti ===

*<code>trigger1</code>è collegato al pin 9;
* <code>echo1</code> è collegato al pin 10;
*<code>buzzer</code> è collegato al pin 6;
*'''0.0343''' è la velocità del suono nel vuoto a una temperatura di 20°;
<syntaxhighlight lang="arduino" line="1" start="2">
#define trigger1 9
#define echo1 10
const int buzzer = 6;

#define conversione 0.0343
#define offset 15
</syntaxhighlight>

=== Inizializzazione del display LCD ===
<syntaxhighlight lang="arduino" line="1" start="9">
const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
const int riposo = 400;
const int lunghezzaSuono = 200;
</syntaxhighlight>

=== Inizializzazione di alcune variabili ===
<syntaxhighlight lang="arduino" line="1" start="14">
int punteggio = 0;
long tempo = millis() + 40000; //ms
long passato = 0;
long i = 1;
bool sound = false;
</syntaxhighlight>

=== Input e Output ===

* <code>trigger1</code>è il pin “Trigger”: dice al sensore quando inviare un segnale;
* <code>echo1</code> è il pin "Echo" che riceve il ritorno del segnale inviato dal sensore (ammesso che vi sia).
* <code>buzzer</code> il pin del buzzer utilizzato come output.
<syntaxhighlight lang="arduino" line="1" start="20">
void setup() {
  pinMode(trigger1, OUTPUT);
  pinMode(echo1, INPUT);
  pinMode(buzzer, OUTPUT);
  lcd.begin(16, 2);

  //Debug

  Serial.begin(9600);
}
</syntaxhighlight>

=== Programma principale ===
Nel programma principale forniamo ad Arduino tutte le informazioni relative all'esecuzione del programma e tutti i comandi relativi.

La particolarità del void loop è che i comandi vengono ripetuti sempre fino allo spegnimento della macchina.<syntaxhighlight lang="arduino" line="1" start="31">
void loop() {
  if (i > 0) {
    i = tempo - millis();
    int distanza = calcolaDistanza(trigger1, echo1);
    if (distanza <= offset) {
      if ((millis() - passato) >= riposo) {
        punteggio += 2;
        passato = millis();
        sound = true;
      }
    }
    if ((millis() - passato) >= lunghezzaSuono) {
      sound = false;
    }
	
	  digitalWrite(buzzer, sound);
  
    scritturaDisplay(punteggio, i/1000);
  }
  
  delay(100);
}

void scritturaDisplay(int score, int timeLeft) {
  lcd.clear();
  lcd.print("Score: ");
  lcd.print(score);
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Time left: ");
  lcd.print(timeLeft);
}

//Sensore di prossimità a ultrasuoni
int calcolaDistanza(int tr, int ec) {
  digitalWrite(tr, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(tr, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(tr, LOW);
  long duration = pulseIn(ec, HIGH);
  int distance = (duration * conversione) / 2;
  return distance;
}
</syntaxhighlight>

[[Categoria:Arduino]]