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Grove Zero STEM Starter Kit
Grove Zero STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) starter kit è un sistema modulare dedicato ai ragazzi (e non solo) che vogliono incrementare la conoscenza in campo scientifico e tecnologico
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Grove Zero STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) starter kit è un sistema modulare dedicato ai ragazzi (e non solo) che vogliono incrementare la conoscenza in campo scientifico e tecnologico. Zero indica la semplicità d’uso e l’orientamento del progetto proprio a chi comincia da zero. |
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La confezione comprende: il modulo Mainboard, Light Sensor, Sound Sensor, LED Matrix, Buzzer, Power, 9-DOF e Twin Button, portapila per 2 batterie da 1,5 V tipo AAA (non comprese), cavetto USB, 5 cavetti di connessione con connettore, viti, un certo numero di cartoncini pre-tagliati con cui realizzare varie sagome rappresentative di altrettante applicazioni dimostrative, manuale illustrato. |
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Il Grove Zero Starter Kit è il prodotto base della serie Grove Zero e include una scheda madre (scheda madre a microcontrollore + USB) e 8 moduli con funzioni fondamentali per lo sviluppo di molti progetti, ossia: • scheda alimentazione con caricabatteria; La motherboard è basata su un microcontrollore Atmel ATSAMD21 e dispone di un suo firmware base per eseguire immediatamente delle demo per i moduli che verranno collegati. Tutti i moduli sono plug & play: è sufficiente “attaccare” un modulo per mandare in esecuzione la routine dimostrativa del suo funzionamento. Utilizziamo il termine attaccare, perché il bello delle schede appartenenti al kit è che ognuna ha sui lati un connettore magnetico a 11 contatti a lamella molleggiati, quindi il collegamento si realizza avvicinando i moduli tra loro e lasciando che le calamite (disposte con i poli nord e sud opportunamente orientati) li attirino facendo entrare in contatto i moduli e stabilizzando la connessione; la corrispondenza tra i contatti è assicurata da una spina e una cava (di forma triangolare) poste ai lati dei connettori. |
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| I contatti sono disposti su tre facce di ciascun connettore, vale a dire all’esterno, sopra e sotto: questo permette di connettere i moduli tra loro sia lateralmente, in catena, sia uno sopra all’altro. Tale possibilità permette di adattare la disposizione alle esigenze applicative e alla forma del dispositivo in cui l’elettronica andrà introdotta. A tale riguardo va detto che nel kit, in virtù della natura prettamente didattica del Grove Zero, si trova un certo numero di cartoncini pre-tagliati con cui realizzare varie sagome rappresentative di altrettante applicazioni dimostrative. La programmazione del modulo motherboard avviene tramite connessione al PC implementata dall’interfaccia USB interna al microcontrollore, cui si accede da un connettore microUSB. La scheda è contraddistinta dal colore rosso. |
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Se applichiamo una delle 8 schede alla motherboard, viene eseguita dopo pochi istanti la demo corrispondente: per esempio se connettiamo il Buzzer va in esecuzione una nota acustica, mentre se connettiamo il modulo display appaiono accesi tutti i LED. Se applichiamo la scheda con il microfono e il display, i LED formeranno una barra estesa per tutta la larghezza, che si alzerà in funzione dell’intensità del suono captato. |
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| I Moduli | |
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| MODULO ALIMENTAZIONE: Si tratta di una board contenente il regolatore che fornisce la tensione stabilizzata alle altre schede tramite l’apposita coppia di connettori magnetici; parliamo dei 3,3 volt con cui funzionano tutte le schede collegate al sistema, compresa la motherboard. Il modulo, contraddistinto dal PCB di colore verde, ospita anche un regolatore di carica per singola cella Li-ion, la quale si collega a un apposito connettore miniatura bipolare maschio; un connettore analogo permette di alimentare il modulo tramite un portapile per due ministilo (formato AAA) e un microUSB consente di alimentare il tutto, in alternativa alle pile, con un alimentatore da telefonino o qualsiasi apparecchio in grado di erogare i 5 volt su una porta USB. Quando l’alimentazione perviene dal microUSB, entra in funzione il regolatore di carica per la cella Li-ion. |
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MODULI AUDIO: Il modulo audio (Sound Sensor) è basato su un microfono a capsula electret, collegato all’ingresso di uno stadio amplificatore ad operazionale, oltre che a una rete di polarizzazione indispensabile a farlo funzionare. La sua scheda è blu. |
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| SCHEDA DISPLAY: Questo modulo ospita una matrice di 5×6 LED RGB SMD che può essere utilizzata per mostrare caratteri alfanumerici, ovvero come insieme di barre tipo analizzatore di spettro, level-meter (nel caso dell’utilizzo combinato con il modulo Sound Sensor) o altro di simile. Se si collega il modulo Temperature Sensor, ad esempio, mostra la temperatura rilevata da esso. Il modulo LED Matrix ha il circuito stampato di colore bianco. | |
| MODULO PULSANTI: Tra le schede di espansione della serie Grove Zero troviamo anche un semplicissimo modulo Twin Button, che monta due pulsanti da utilizzare per varie applicazioni: ad esempio come UP e DOWN nell’impostazione di un valore di temperatura (in abbinamento al modulo Temperature Sensor) o di un valore in un contatore che al termine del conteggio fa suonare il cicalino, come controllo di volume o come consenso ad alcune richieste proposte dal modulo LED Matrix. Il modulo Twin Button è l’unico del kit Grove Zero ad avere dimensioni differenti, infatti per rendere agevole l’accesso ai pulsanti, è più largo degli altri. Il suo colore è blu. | |
| TEMPERATURE SENSOR: Basato su un LM75A della NXP, questo modulo consente di rilevare la temperatura nell’ambiente entro un range tra -55°C e +125°C, con una tolleranza di ben 0,125 °C. Il sensore dispone anche di un’uscita open-drain (OS) che si attiva quando la temperatura eccede i limiti impostati. L’integrato supporta due modalità di funzionamento: quella a comparatore con isteresi (utile appunto per realizzare termostati stand-alone) e quella che genera un interrupt in caso di superamento di una soglia. Il colore della board è blu. |
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| LIGHT SENSOR: Il modulo sensore di luce è basato su un TSL2561 della TAOS: si tratta di un light-to-digital converter che trasforma l’intensità della luce in dati digitali. Diversamente dai tradizionali sensori analogici di luminosità, questo modulo permette di selezionare lo spettro di luce da rilevare, giacché è composto da due diversi fotodiodi; è così possibile scegliere tra campo infrarosso, intero spettro e luce visibile. È prevista anche una funzione di interrupt programmabile con impostazioni di soglia superiori e inferiori defi nite dall’utente. Il colore della board è blu. | |
| MODULO IMU 9 ASSI: L’ultima scheda del kit è la cosiddetta 9-Dof ed ha il circuito stampato di colore bianco; si tratta di una piattaforma inerziale (Inertial Measuring Unit) basata su un accelerometro, un giroscopio e un magnetometro, che insieme forniscono informazioni sul movimento in ben 9 assi (3 per l’accelerometro, tre per il giroscopio e altrettanti per il magnetometro). L’uscita digitale relativa al giroscopio a 3 assi può essere programmata per spaziare in 4 gamme di velocità angolare: ±250, ±500, ±1.000 e ±2.000 °/secondo; quella dell’accelerometro a tre assi può essere impostata nelle gamme ±2g, ±4g, ±8g e ±16g. Invece l’uscita del magnetometro è fi ssa e fornisce indicazioni nel range ±4.800 μT. La tecnologia Digital Motion Processing (DMP) supporta il rilevamento avanzato del movimento, che consente ad esempio di rilevare le gesture. |
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Programmazione di Grove Zero
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La motherboard si programma in un ambiente grafico specifico, anzi, con più ambienti: il software Module Matcher (si esegue off-line) e consigliato ai principianti; il Make Code (on-line) se già si hanno basi di programmazione e il Module Matcher, un linguaggio visuale semplicissimo e indicato per gli studenti, anche molto giovani.
Riportiamo i semplici passaggi per iniziare a programmare ad esempio con Module Matcher.
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| Per eseguire Module Matcher occorre innanzitutto installare i driver Grove Zero. Scompattate il file, cercate module_matcher.exe e fatevi doppio clic: il programma verrà avviato e mostrerà la schermata di avvio. Da qui si inizia a lavorare, per esempio facendo clic su “Click to add Input Module” e scegliendo, nel riquadro che conterrà il programma, il modulo da utilizzare. | |
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| A questo punto potrete configurare il blocco inserito attraverso le caselle di impostazione che appariranno sotto di esso. Potete chiaramente aggiungere più moduli per costruire sistemi con più input e più uscite. Per esempio nella figura seguente vedete la costruzione e configurazione di un sistema con modulo pulsanti LED matrix, dove quando il pulsante B viene premuto il display visualizza il carattere X per 1.000 millisecondi. Facendo clic sul pulsante “Match”, quando appare “match complete” la motherboard ha ricevuto il programma con successo. | |
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Specifiche tecniche
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| Documentazione e link utili | |
