L6 - LED

Cominciamo ad usare Arduino facendo la cosa più semplice di tutte, accendere un LED. Vedremo, tuttavia, come anche solo per un LED, i ragionamenti e le difficoltà non mancheranno.

In elettronica il LED (sigla inglese di Light Emitting Diode) o diodo a emissione di luce è un dispositivo optoelettronico che sfrutta la capacità di alcuni materiali semiconduttori di produrre fotoni attraverso un fenomeno di emissione spontanea (https://it.wikipedia.org/wiki/LED).

In buona sostanza è un dispositivo luminoso che presenta come caratteristica un lato positivo ed un lato negativo e che deve essere collegato nel circuito orientando nel giusto modo i piedini metallici. Per convenzione il piedino più lungo è quello considerato positivo.

Usando le informazioni viste finora, proviamo ad accendere un LED collegandolo ad Arduino. Useremo prima il solito schema fatto con Fritzing e poi la visualizzazione fatta con TinkerCAD.

Nel primo collegamento ci limiteremo a prendere l'alimentazione a 5V da Arduino portandola al LED e riportandola indietro al GND chiudendo così il circuito elettrico. Tuttavia non dobbiamo dimenticare la legge di OHM che rivestirà una grandissima importanza, in questo esperimento così come negli altri.

I LED, infatti, hanno un loro proprio assorbimento che varia, in funzione del colore, secondo l'elenco che segue:

• LED ROSSO - 1,8V
• LED GIALLO - 1,9 V
• LED VERDE - 2,0 V
• LED ARANCIONE - 2,0 V
• LED BLU - 3,5 V

Tutti i valore, come si vede, sono ben al di sotto dei 5 V presi dalla scheda Arduino. Il circuito necessita, quindi di una decurtazione di questa corrente, necessita di abbassare questo valore. Questo si ottiene mediante l'uso di una resistenza elettrica, un piccolo pezzo di ceramica che assorbe e blocca l'energia elettrica in eccesso.

Cerchiamo di capire qualcosa di più sui resistori (https://it.wikipedia.org/wiki/Resistore).

Il resistore (anche chiamato impropriamente resistenza per metonimia), è un tipo di componente elettrico destinato a opporre una specifica resistenza elettrica al passaggio della corrente elettrica. I resistori hanno innumerevoli applicazioni sia in apparecchiature elettriche che elettroniche. Sono a volte utilizzati per convertire energia elettrica in energia termica.

Come si vede nella figura, le resistenze sono piccoli cilindri ceramici caratterizzati da dei dischi colorati che ne rappresentano la codifica. Ognuno di quei dischi è un valore di OHM. la loro somma rappresenta la quantità di corrente che può essere assorbita dalla resistenza. Nelle figure che seguono ci sono i codici ed i colori per i vari tipi di resistenza.

Faccio due calcoli allora, ricordando la definizione delle Legge di OHM, ovvero che V=i*R. Nel nostro caso abbiamo 5V erogati dalla scheda Arduino, solo 1,8 dei quali deve raggiungere il LED ROSSO che abbiamo scelto per il nostro esperimento.

Occorre scegliere la resistenza, per cui, considerando che nel circuito gira una corrente di 20 mA (milliampere), la nostra resistenza sarà data dall'espressione

R=V/i=(5-1,8)/0,02=3,2/0,02=160 OHM

Se consultiamo l'elenco delle resistenze standard prodotte (http://www.febat.com/Elettronica/Elettronica_valori_resistenze_standard.html) notiamo subito l'assenza del valore frutto della nostra operazione matematica. E allora in questo caso, ci limitiamo a scegliere la resistenza con valore immediatamente superiore a quello trovato, ovvero 180 OHM.

Mettiamo tutto su Fritzing.

Vediamo con la nostra animazione in Tinkercad cosa Succede.

Come si vede nel video, il LED si accende e resta acceso e, rispetto a quanto visto nelle lezioni precedenti, non lampeggia.

In effetti in questa maniera non abbiamo alcuna possibilità di regolare la corrente. Possiamo solo prelevarla dalla scheda e riconsegnarla al LED. In soldoni, utilizziamo la scheda Arduino solo come generatore di corrente elettrica a 5V.

Proviamo, invece, a sfruttare le caratteristiche del microcontrollore collegando il LED non direttamente all'alimentazione, ma a uno dei PIN tenendo presente che gli stessi PIN digitali ricevono corrente a 5V dall'alimentazione, ma possono in qualche maniera essere controllati inserendo il comando ALTO e BASSO.

Iniziamo collegando il LED al PIN 13 anzichè direttamente all'alimentazione. Utilizzeremo lo stesso codice visto precedentemente per il lampeggiamento.

Come prima allego lo schema di Fritzing ed il video di TinkerCAD.

Bene, esercizio finito. Do per scontato che adesso proviate a creare il collegamento direttamente con la scheda Arduino e con i vostri LED e le vostre Resistenze.

Vi lascio con due esercizi da sviluppare e la cui soluzione sarà data nella prossima lezione.

1. Creare, sia con i software di simulazione che nella realtà un semaforo utilizzando le apposite resistenze (LED rossi, gialli e verdi sono diversi tra loro);
2. Creare, sia con i software di simulazione che nella realtà, un doppio semaforo uno utile per i pedoni e l'altro per le automobili alternandone con il codice il funzionamento.