I microcontrollori, l’automazione e la robotica a scuola

Nonostante non sia previsto dalla riforma del 2010, nel nostro IT abbiamo mantenuto quella che era una caratteristica dei corsi per per periti informatici, e cioè le nozioni fondamentali nel campo dell’automazione e del controllo di dispositivi.

Generalmente si usa etichettare questi argomenti come “robotica”, tuttavia questa definizione è fuorviante. Vediamo quindi di capire cosa si studia al Faravelli, nell’indirizzo IT.

Si tratta di “applicazioni informatiche ai fini di automazione e controllo di dispositivi.

In pratica insegniamo ai nostri studenti come programmare dispositivi hardware per poter leggere da sensori esterni e pilotare dispositivi.

Le applicazioni nella vita reale di tutto ciò sono veramente tante. Troviamo dispositivi automatici ovunque: dall’ABS delle automobili ai sistemi di controllo della caldaia di casa ai sistemi antifurto, all’automazione di processi di produzione industriale.

Oggi va molto di moda utilizzare “Arduino” per poter insegnare i rudimenti dell’automazione agli studenti. Noi abbiamo fatto una scelta differente: utilizziamo i microcontrollori della famiglia PIC, prodotti dalla Microchip, direttamente come hardware da programmare, senza alcuna delle facilitazioni che offre un ambiente come Arduino.

Questa scelta rende agli studenti molto più complesso il processo di sviluppo, ma sviluppa in loro delle importanti capacità:

  • imparano ad interagire con l’hardware direttamente, senza alcuna mediazione, e quindi lo devono gestire anche dal punto di vista fisico;
  • imparano a leggere i datasheet dei componenti che utilizzano e valutarne la compatibilità elettronica con i loro progetti;
  • imparano a programmare i microcontrollori accedendo direttamente agli indirizzi effettivi di memoria e alle periferiche;
  • imparano a realizzare dei semplici driver per il pilotaggio di periferiche, come, ad esempio, un display LCD;
  • vengono a contatto in modo immediato con concetti come “interrupt”, “clock”, “propagazione degli stati”;

 

Questo rappresenta una importante palestra per avvicinarsi ad un mondo molto importante, sul piano professionale.

I lavori che vengono proposti agli studenti vanno dalle semplici operazioni di output (ad esempio uno dei primi lavori che gli si propone è l’accensione lampeggiante di un diodo led) fino alla realizzazione di automi semoventi in grado di riconoscere ostacoli e conoscere la propria posizione nello spazio, tramite l’utilizzo di importanti componenti come timer, encoder a quadratura, convertitori A/D, pilotaggio in PWM di motori in CC, vari tipi di sensori (ultrasuoni, infrarossi, rilevatori di gas….)  e via discorrendo.

E’ dimostrato da molte ricerche in campo didattico che un simile percorso sviluppa nello studente una buona capacità progettuale e lo stimola a riflettere su concetti che altrimenti resterebbero solo astratte nozioni teoriche.

Di seguito vi proponiamo alcuni semplici lavori che fanno parte del percorso degli studenti del triennio IT:

  1. Metro ad ultrasuoni: utilizza la tecnica di contare il tempo che trascorre dall’emissione alla ricezione di un segnale per misurare la distanza
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  2. Parcheggio: utilizza dei sensori ad infrarossi per rilevare la presenza di ostacoli e contare quindi le auto che entrano ed escono dal parcheggio
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  3. Rover semovente: utilizza il controllo in PWM di due motori in CC e una terna di sensori a infrarossi per muoversi in mezzo a degli ostacoli

  4. Rover semovente che disegna un quadrato: utilizza una coppia di encoder a quadratura per conoscere la distanza percorsa
  5. Robosauro: a partire da una nota scatola di montaggio per esperimenti di Robotica, i nostri studenti hanno azzerato tutto l’ambiente di sviluppo e riutilizzato i componenti per realizzare un modello tutto loro, forse più modesto e meno appariscente di quello proposto nel Kit, ma sicuramente frutto del loro ingegno e molto più “genuino”

In conclusione, anche se i nostri studenti non realizzano androidi dalle sembianze umane che parlano e giocano a scacchi, tuttavia fanno i primi passi in un mondo affascinante e pieno di sviluppi: noi gli apriamo una strada, toccherà a loro percorrerla!