Domotica Arduino La casa intelligente
A cura di di
El hor Younes Classe 5°AN
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Domotica ………………………………………………………… Pag. 3
Arduino Uno……………………………………………………… Pag. 4 a 5
Arduino Shield……………………………………………………. Pag. 6 a 7
Sensore DHT 22…………………………………………………... Pag. 8 a 9
Circuito di raffreddamento……………… raffreddamento………………………………… ………………………... ……...Pag. 10 a 11
Display LCD 16x1………………………………………………… Pag. 12
Circuito di riscaldamento………………………………………….. Pag. 13
illuminazione……………………………………… ……………… … ..Pag. 14 a 15 Circuito di illuminazione………………………… PIR………………………………………………… ………………………...Pag. ……...Pag. 16 a 17 17 Sensore PIR………………………………
Sensore MQ5……………………………………………………… .Pag. 18
Telecamer a IP………………………………………………………Pag. 19 a 20
Router………………………………………………………………Pag. 21
Componenti elettrici………………………………………………..Pag. 2 2 PCB progetto………………………………………………………. Pag. 23
Comunicazione tra Arduino e un sito Web…………………………Pa Web…………………………Pag. g. 24 a 29
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Domotica ………………………………………………………… Pag. 3
Arduino Uno……………………………………………………… Pag. 4 a 5
Arduino Shield……………………………………………………. Pag. 6 a 7
Sensore DHT 22…………………………………………………... Pag. 8 a 9
Circuito di raffreddamento……………… raffreddamento………………………………… ………………………... ……...Pag. 10 a 11
Display LCD 16x1………………………………………………… Pag. 12
Circuito di riscaldamento………………………………………….. Pag. 13
illuminazione……………………………………… ……………… … ..Pag. 14 a 15 Circuito di illuminazione………………………… PIR………………………………………………… ………………………...Pag. ……...Pag. 16 a 17 17 Sensore PIR………………………………
Sensore MQ5……………………………………………………… .Pag. 18
Telecamer a IP………………………………………………………Pag. 19 a 20
Router………………………………………………………………Pag. 21
Componenti elettrici………………………………………………..Pag. 2 2 PCB progetto………………………………………………………. Pag. 23
Comunicazione tra Arduino e un sito Web…………………………Pa Web…………………………Pag. g. 24 a 29
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Domotica La domotica è una scienza interdisciplinare che si occupa dello studio e delle tecnologie atte a migliorare la qualità della vita nella casa. Il termine domotica deriva dal latino “domus” che significa "casa“.
Questa area fortemente interdisciplinare richiede l'apporto l'apporto di molte tecnologie e professionalità, tra le quali ingegneria edile, edile, automazione, elettronica elettronica ed elettrotecnica, telecomunicazione ed informatica. Più concretamente, la domotica, e' l'evoluzione tecnica dell' integrazione dei componenti dell' impianto elettrico "tradizionale" comunemente intesi come comandi luce, prese per p er prelievo energia, impianto citofonico o videocitofonico, impianto antifurto, motorizzazioni tapparelle, tende, finestre, porte, portoni e cancelli, riscaldamento, climatizzazione, irrigazione, prese TV-SAT, prese telefoniche, segnali audio audio e video, ecc... insomma, insomma, qualsiasi aspetto della vita quotidiana in cui è coinvolta l'elettricità. La casa domotica e la domotica d omotica stessa non deve essere complicata, ma aiutarci nella semplificazione delle operazioni domestiche della vita quotidiana e gestibile dal proprietario come come da un ospite che vi entra per la prima volta e non conosce il sistema.
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Arduino Uno
Arduino è una piattaforma hardware programmabile, con cui è possibile creare circuiti "quasi" di ogni tipo per molte applicazioni, soprattutto in ambito di robotica ed automazione. Si basa su un Microcontrollore della ATMega328. Un particolare molto importante è che ogni programma che si scrive su Arduino sarà naturalmente avviato a loop() finché non si toglie l'alimentazione dal dispositivo. Quando lo colleghiamo ad una fonte di alimentazione (ad esempio la USB del PC o anche una comunissima Batteria da 9V) si accende e avvia il programma caricato. La scheda Arduino è in grado di interagire con l'ambiente in cui si trova ricevendo informazioni da una grande varietà di sensori. Ma non si parla solo di sensori, Arduino può comandare luci, LED, motori e altri attuatori. Di seguito sono elencati i pin della scheda Arduino:
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AREF – ( Tensione analogica di riferimento) Questo pin regola il voltaggio di massima risoluzione degli input analogici GND - Massa PWM - I pin a disposizione con questa funzionalità sono 6 (Pin3/5/6/9/10/11). Il PWM, o pulse width modulation permette di creare un'onda di corrente regolabile. Questa è molto utile per comandare svariati sistemi elettronici. Un esempio è quello di comandare i servomotori da modellismo. DIGITAL PINS (dal 0 al 1) - Sono i pin TX e RX DIGITAL PINS (dal 2 al 13) – Sono i pin del microcontrollore con la possibilità di essere configurati come INPUT o OUTPUT RESET - Questo è un PIN digitale. Se la lettura di questo PIN=HIGH il controller si resetta PIN uscita corrente a 3.3V PIN uscita corrente a 5V Vin - PIN input corrente per alimentazione controller Analog in(0 al 5) - PIN input analogici. Possono percepire molto precisamente una corrente DC tra 0 e 5V, resistuendo un valore da 0 a 1023.
Caratteristiche della scheda Arduino Uno
Clock Speed 16 MHz
EEPROM 1 KB (ATmega328)
SRAM 2 KB (ATmega328)
Memoria flash 32 KB (ATmega328) di cui 2kb usati dal bootloader
Corrente DC per il PIN 3.3v 50 mA
Corrente DC I/O per PIN 40 mA
PIN input analogici 6
PIN I/O digitali 14 (di cui 6 PWM output)
Limiti voltaggio alimentazione 6-20V
Voltaggio alimentazione 7-12V
Voltaggio operativo 5V
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Arduino Shield
L' Arduino Ethernet Shield permette ad una scheda Arduino di collegarsi ad internet. Si basa sul chip ethernet Wiznet W5100. Il WIZnet W5100 implementa il protocollo ethernet con tutto lo stack TCP/IP e UDP. Supporta fino a quattro connessioni simultanee. Lo shield è accompagnato dalla libreria Ethernet che consente di scrivere sketch che si collegano a Internet. Lo shield ethernet si collega ad una scheda Arduino tramite dei lunghi header che si estendono attraverso lo shield. Ciò mantiene intatto il layout dei pin e permette di poter montare un altro shield sovrapposto. Grazie alla scheda Ethernet Shield possiamo controllare le cose da un PC, da un cellulare o qualsiasi altro dispositivo che può collegarsi a Internet. Ovviamente la scheda dispone di un MAC address e un indirizzo IP, parametri fondamentali per la comunicazione .
IP -( Inetrnet Protocol ) Questo livello gestisce la comunicazione tra una macchina ed un'altra; accetta una richiesta di inoltro di un pacchetto da un livello di trasporto insieme all'identificazione della macchina alla quale il pacchetto deve essere inviato. È il livello più caratteristico di internet che crea il datagramma di base della rete, sostanzialmente, riceve e trasferisce senza garanzie i pacchetti, che gli arrivano, verso la macchina destinataria.
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MAC – ( MAC address ) rappresenta in sostanza un identificativo per un particolare dispositivo di rete a livello di rete locale: ad esempio due schede di rete in due diversi computer avranno due diversi nomi (e quindi diversi indirizzi MAC), così come avranno nomi diversi una scheda Ethernet ed una scheda wireless posizionate nel stesso computer. E’ un indirizzo fisico,
Collegamento Ethernet Shield e scheda Arduino Uno
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Sensore DHT22 (Sensore Temperatura e Umidità)
Questo sensore utilizza una comunicazione di tipo digitale e grazie a questa cosa interfacciarlo con Arduino Uno è molto più facile. Come si vede dalla foto il sensore DHT22 ha 4 piedini ma solamente 3 di questi devono essere collegati ad Arduino (Vcc , Data , Gnd). Lo svantaggio di questo sensore è la sua lentezza , infatti si parla di circa 2s tra una lettura e l’altra. Per fare in modo che il sensore DHT22 venga riconosciuto dalla scheda Arduino bisogna prima aggiungere una libreria (Libreria DHT). Dato che nel progetto la temperatura e l’umidità devono essere visualizzate sia su un Display che su una pagina Web, quindi aspettare la conferma di avvenuta ricezione possiamo sfruttare a nostro vantaggio il problema che riguarda la lentezza del sensore per portare avanti più compiti in simultanea. Una volta che Arduino entra in funzionamento , quindi di conseguenza anche il sensore gli errori si possono verificare in 2 occasioni: 1. Durante la misura da parte della circuiteria interna , però questo tipo di errore difficilmente si può eliminare. 2. Durante la trasmissione del dato alla scheda Arduino. Questo tipo di errore non ci deve preoccupare dato che nella comunicazione seriale, il sensore inserisce un byte di CRC per il controllo degli errori.
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Caratteristiche tecniche: •
Alimentazione : 3.3-6V
• Assorbimento in Misura : 1-1.5mA • Assorbimento in Standby : 40-50uA • Umidità : 0 / 100% Relativa • Temperatura : -40 / +80 °C • Precisione Umidità : 0.1% • Precisione Temperatura 0.1°C • Errore Umidità : +-2% Relativa • Errore Temperatura : +-0.5 °C
Schema di collegamento
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Circuito di raffreddamento
Tramite una ventola presa da un PC viene simulato il raffreddamento della casa. Lo scopo della ventola e quello di intervenire nel momento in cui viene superata la temperatura impostata da noi tramite la programmazione di Arduino. Ovviamente la temperatura può essere cambiata ogni volta che si vuole . La ve ntola , come viene riportato sullo stesso attuatore gira a una tensione di 12V con una corrente di circa 0,14A. Visto che Arduino fornisce una tensione massima di 5V con una corrente di 40mA dobbiamo adattare Arduino con la ventola tramite un transistor che ha la funzione di amplificare la corrente di uscita dal piedino di Arduino. Per essere più precisi prima della BASE del transistor mettiamo una resistenza (RB) che serve per la sicurezza del circuito. Prima di montare il circuito sono state fatte delle prove sulla breadborad e siamo arrivate alla conclusione che la ventola gira a 12V con una corrente di 50mA , ma come è stato detto prima Arduino da in uscita una corrente di 40mA è proprio per questo motivo è fondamentale l’utilizzo del transistor. Il transistor ha 3 piedini (BASE , COLLETTORE , EMETTITORE) la base viene collegata in serie alla resistenza (RB) e poi sul piedino della scheda Arduino, l’emettitore va direttamente a massa (GND) e infine il collettore va a pilotare la ventola. In parallelo alla ventola è stato messo un diodo di ricircolo in modo che in caso di sbalzi improvvisi la ventola non subisca gravi conseguenze. Per poter dimensionare la corrente di base prima bisogna vedere alcune formule importanti:
Per ricavare la corrente IC la formula è la seguente Ic I * B
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Il transistore utilizzato è il 2N1711 e guardando dal suo Datasheet si scopre che ha un β che varia da 100 a 300. A questo punto abbiamo deciso di usare un β intermedio di 200.
Per ricavare la corrente IB la formula è la seguente I
B
I C
Nelle proprietà di un transistor la corrente di base deve essere più piccola della corrente di collettore, mentre la corrente dell’emettitore è quella più elevata ma in questo caso non ci interessa.
Per ricavare la RB bisogna fare un equazione alla maglia
dove Varduino = 5V , la corrente di base IB = 0,25mA e la tensione base-emettitotre = 0,6V Varduino R B * I B V BE 0
R B
5 0.7 0.25m
18K
La ventola può essere controllata in 2 modi: 1. Controllo manuale cioè può essere accessa e spenta dall’utente direttamente da una pagina web. Per poter accedere alla pagina web bisogna immetere l’indirizzo corrispondete a quest’ultima nella barra degli indirizzi di Internet. Una volta che si ha l’accesso alla pagina web
caricata dentro Arduino si potrà accendere e spegnere la ventola con un semplice click. 2. Controllo automatico. In questo caso la ventola si accende quando viene superata la temperatura base impostata ad esempio 23°C e si spegnerà quando si scendera al di sotto. Schema di collegamento
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Display LCD 16x1
Tramite il display viene visualizzata la temperatur a e l’umidità della casa. Il display 16x1 presenta 16 colonne e 1 riga su cui poter scrivere ciò che si desidera. Sul display si possono visualizzare anche le scritte in movimento ma nel nostro caso abbiamo scelto una visualizzazione statica dato che la temperatura e l’umidità si devono tenere sotto controllo. I display hanno una interfaccia parallela , ciò significa che il microcontrollore deve controllare contemporaneamente i pin di interfaccia per tenere sotto controllo la visualizzazione. I pin che sono stati utilizzati sono gli seguenti:
Pin (RS) – Register Select , è il pin che controlla in quale parte del display si stanno scrivendo i dati.
Pin (R/W) – Read /Write , è il pin che decide se il microcontrollore e nella fase di lettura oppure di scrittura.
Pin (V0) Contrast Adjust – A questo pin è stato collegato un potenziometro da 10K per poter regolare la luminosità del display.
Pin (E) – Questo abilità la scrittura dei registri.
Pin (DO-D7) – Sono i pin dati
Ovviamente ci sono i pin di alimentazione per poter alimentare il display.
Per questo progetto è stato scelto un display 16x1 soltanto perché si devono visualizzare la temperatura e l’umidità. In commercio esistono display molto più grandi e intelligenti, che necessitano di una programmazione delle librerie interne da parte dell’utente. 12
Circuito di riscaldamento
Per simulare il riscaldamento della casa è stata usata una resistenza di riscaldamento. Dato che nel nostro progetto l’alimentazione a 12V è già presente abbiamo deciso di utilizzare questa resistenza che ha una resistività di 50 e un alimentazione di 12V. Quando la corrente (I) attraversa una resistenza (R) si ha il riscaldamento di quest’ultima. Nonostante le sue piccole dimensioni ha un riscaldamento notevole fino
ad arrivare al punto di non poter più tenere la mano appoggiata sopra. Per quanto riguarda l’adattamento con la scheda Arduino abbiamo utilizzato lo stesso schema del circuito di raffreddamento con l’aggiunta di un relè con un alimentazione a 12V e una
corrente di 100mA. Il relè è un dispositivo elettromeccanico costituito da un avvolgimento e da uno o più contatti meccanici, è utilizzato per operazione di interruzione e commutazione di circuiti elettrici. In sostanza il relè è un interruttore che non viene azionato a mano ma da un elettromagnete. Di seguito è illustrato lo schema di un relè:
1. Bobina 2. Ancora 3. Contatto mobile 13
Schema di collegamento
Circuito di illuminazione
Per l’illuminazione della casa abbiamo usato 2 LED funzionanti a una tesnione di
12V. I LED possono essere accessi e spenti tramite un PC , un cellulare , un IPOD in poche parole da un qualsiassi dispositivo che permetta il collegamento a Internet. 14
Dato che i LED funzionano a 12V anche qui è stato necessario l’utiliz zo del transistor
2N1711. Di seguito viene riportata una foto di un transistor 2N1711:
Schema di collegamento
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Sensore PIR (Passive InfraRes sensor)
E’ un dispositivo elettronico che
misura la luce a infrarossi (IR) irradiata dagli oggetti nel suo campo di vista. Il PIR è un sensore di movimento quindi ogni volta che rileva un oggetto o una persona ne segnala subito la presenza. Tutti gli oggetti emettono ciò che è noto come radiazione di corpo nero. Si tratta di radiazioni infrarosse che sono invisibili all'occhio umano, ma possono essere rilevate da dispositivi elettronici progettati per un tale scopo. Il termine passivo in questo caso significa che il dispositivo PIR non emette un fascio di luce a infrarossi, ma semplicemente rileva in ingresso le radiazioni infrarosse. Il sensore fa parte di un circuito integrato in cui figurano un amplificatore differenziale seguito da comparatore e altri circuiti che hanno il compito, durante le misurazioni del PIR di annullare la temperatura media del campo di vista che viene rimosso dal segnale elettrico; un aumento dell'energia IR attraverso il sensore è automaticamente cancellata e non attiverà il dispositivo. In questo modo, il dispositivo resiste a false indicazioni di cambiamento come nel caso di esposizione a luce intensa che potrebbe saturare il materiale del sensore e disabilitare il sensore per altre misurazioni. Allo stesso tempo, questo dispositivo riduce al minimo l' interferenza dovuta a campi elettrici nelle vicinanze. Di seguito è riportato lo schema del sensore PIR:
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Caratteristiche del sensore: • Tensione di alimentazione +5V • Sensibilità regolabile • Angolo di rilevamento 100° • Range di rilevamento 3 / 4 metri • Corrente di alimentazione 4,7 mA • Tempo di ritenzione del livello alto 10 - 12 sec. • Intervallo tra 2 livelli alti 2 -3 sec
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Sensore MQ5 ( Rilevatore di gas )
Il rilevatore di gas è un dispositivo elettronico utilizzato per verificare la presenza di gas nocivi per la salute degli essere viventi all’interno delle nostre
abitazioni. I rilevatori di gas sono dispositivi che rilevano la presenza di particelle grazie alla ionizzazione prodotta dal passaggio di un fotone o di una particella carica in un gas. Il rilevatore è tecnicamente costituito da un contenitore riempito di un gas facilmente ionizzabile e da due componenti: uno che funge da anodo e uno che funge da catodo. Il sensore MQ5 presenta 6 pin, dove 4 di essi sono utilizzati per andare a prendere i segnali, e altri 2 sono utilizzati per fornire corrente di riscaldamento. Essi sono utilizzati in apparecchiature di rilevamento fughe di gas in famiglia e l'industria, sono adatti per la rilevazione di GPL, gas naturale e gas di città.
Caratteristiche tecniche: ▪
Alimentazione: 5V DC o AC
▪
Richiede una tensione di riscaldamento
▪
Temperatura di funzionamento: da -10°C a 50°C
▪
Consumo del riscaldatore: meno di 750mW
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Telecamera IP
Una telecamera IP o IP cam è un tipo di videocamera che genera un segnale video in forma digitalizzata pronto per la trasmissione diretta su rete dati, senza necessità di conversione analogico-digitale, e in grado di essere controllata direttamente tramite la rete dati stessa. Il campo di utilizzo tipico delle telecamere IP sono i sistemi di telesorveglianza remota. In dotazione alla teleceamera viene fornito un CD che contiene il software da installare sul PC per potere programmare e controllare la telecamera. Dato che la telecamera dispone di un’antenna wireless si evita di collegare il cavo ethernet direttamente al router. Per poter accedere alla pagina web della telecamera e visualizzare ciò che sta riprendendo bisogna inserire l’indirizzo IP nella barra degli indirizzi corrispondente a quest’ultima. La telecamera IP non dipende dalla scheda Arduino come gli altri compnenti del progetto. Con il continuo sviluppo della tecnologia le telecamere IP sono sempre più utilizzate per poter fronteggiare le intrusioni dei malviventi. Caratteristiche tecniche della telecamera IP
■ Interfaccia: RJ-45 ■ Protocollo: TCP/IP, DHCP, SMTP, DDNS ■ Monitoraggio: Internet Explorer browse. ■ Security Password Protection: Si. 19
■ Illuminazione minima: 0 Lux. ■ Bilanciamento: Automatico. ■ Temperatura di lavoro: 0 - 50 C. ■ Alimentazione: Power Adapter (100V-240V). ■ Consumo: 3W. ■ Distanza di visione: - Giorno: 80 - 100 metri. - Notte: 50 metri. ■ Visione e registrazione: - Schermo unico. - Schermo multiplo ■ Operatività: - Controllo a 360 gradi. Risoluzione: - 320 x 240, 640 x 480 ■ Specifiche di registrazione: - Formato MJEPG (AVI). 640 x 480. - Audio: PCM Codec / 8000Hz
Risoluzione: 320 x 240,
■ Sistemi operativi supportati: Windows 2000/2003/XP/Vista/Windows 7.
CONTENUTO CONFEZIONE: ■ Telecamera IP. ■ Cablaggi Rete. ■ Accessori per il montaggio. ■ Power Adapter ■ CD con manuale in Inglese ed applicazioni IP Camera. Schema di un possibile collegamento per poter visualizzare le telecamere IP:
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Router
Un router (dall'inglese instradatore) è un dispositivo elettronico che, in una rete informatica a commutazione di pacchetto, si occupa di instradare i dati, suddivisi in pacchetti, fra reti diverse. Caratteristica fondamentale dei router è l'utilizzo di indirizzi di livello 3 del modello OSI (corrispondente al livello IP dello stack TCP/IP), a differenza dello switch o del bridge che instradano a livello locale sulla base degli indirizzi di livello 2 detti indirizzi MAC. Dal punto di vista fisico i router non sono altro che sistemi di elaborazione dedicati ad un solo scopo, cioè indirizzamento/instradamento di pacchetti e quindi possono essere normali computer che fanno girare un software apposito (gateway), o sempre più spesso apparati (hardware e software) specializzati a questo solo scopo. In generale i router, in quanto hanno il loro sistema operativo necessitano di essere configurati manualmente da parte dell'amministratore di rete (specifica delle interfacce di rete, abilitazione protocolli e servizi). Il router, per essere configurato fornisce un'interfaccia basata su web (accessibile digitando l'indirizzo del gateway nel browser). Molti router utilizzati nell’ambiente domestico incorporano la funzionalità di access point per reti Wi-Fi e modem per l'aggancio alla rete Internet. In questo caso occorre tenere presente che la velocità di connessione ad Internet è non superiore a quella stipulata per contratto. Dal punto di vista della sicurezza il router possiede un firewall incorporato, poiché il punto di ingresso/uscita di una rete verso l'esterno è ovviamente il luogo migliore dove effettuare controlli sui pacchetti in transito.
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Componenti elettrici per la creazione del progetto 1. LCD 16x1 = 6,50€ 2. Sensore DHT 22 = 12€ 3. Scheda Ethernet Shield = 55€ 4. Arduino Uno = 26€ 5. Router = 30€ 6. IP camera = 75€ 7. Sensore PIR = 17€ 8. Sensore MQ-5 = 10€ 9. Ventola PC = recuperata da un pc non funzionante 10.Resistenza riscaldamento = 2€ 11. 2 LED a 12V = 15€ 12.Panello solare = 30€ 13.Relè = 3€ 22
14. 4 transistor 2N1711 = 4€ 15. 4 resistenze da 18 K e 2 da 10 K = 2€ 16. 7 morsettiere = 3€ 17. Potenziometro da 10 K = 1€ 18. 2 cavi ethernet UTP RJ-45 = 5€
PCB progetto Per realizzare il circuito stampato è stato usato il software Express PCB. Come software non è tanto completo perchè nelle sue librerie non contiene tutti i componenti elettronici. Prima di creare il circuito stampato con Express PCB bisogna prendere bene le misure dei componenti.
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Comunicazione tra Arduino e un sito Web
Gli Host Con il nome Host si intende un generico utilizzatore di una rete, che può essere: Un PC Un Router Un Cellulare Una Stampante Lo shield Ethernet di Arduino Ogni host è identificato all'interno di una rete da un indirizzo IP. Un indirizzo IP è formato da 4 byte, quindi identificabile da quattro numeri decimali da 0 a 255 (Es. 192.168.1.1). Un indirizzo IP da solo non individua un host, ma necessità di una Subnet Mask che ha il compito di individuare le due parti di un indirizzo IP:
Identificativo della Rete Identificativo dell'Host
Una Subnet Mask, a livello binario, si presenta come una serie di 1 seguiti da una serie di 0 che in totale vanno ad occupare 4byte, da notare che una Subnet Mask valida ha una sola serie di 1 e una sola serie di 0, cioè (1111111111111111111100000000) è valida, (1111111111100000011100000000) non lo è. Mettendo a confronto a livello binario la maschera con l'IP, la parte con gli 1 identifica la rete, la parte con gli 0 identifica l'host.
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Ad esempio: IP host : 192.168.0.10 Subnet Mask : 255.255.255.0 Identificativo della Rete : 192.168.0 Identificativo dell'Host : 10 L’Host per funzionare correttamente deve comprendere:
1. 2. 3. 4. 5.
Un proprio indirizzo IP Una Subnet Mask L'indirizzo del Default Gateway Indirizzo del server DNS primario Indirizzo del server DNS secondario (nel caso il primo non risponda)
Configurazione IP statico
Configurazione IP dinamico tramite DHCP
IP -( Inetrnet Protocol ) Questo livello gestisce la comunicazione tra una macchina ed un'altra; accetta una richiesta di inoltro di un pacchetto da un livello di trasporto insieme all'identificazione della macchina alla quale il pacchetto deve essere inviato. È il livello più caratteristico di internet che crea il datagramma di base della rete, sostanzialmente, riceve e trasferisce senza garanzie i pacchetti, che gli arrivano, verso la macchina destinataria. 25
Subnet Mask E’ il metodo utilizzato per definire il range di appartenenza di
un host all'interno di una sottorete IP al fine di ridurre il traffico di rete e facilitare la ricerca e il raggiungimento di un determinato host con relativo indirizzo IP. Esistono 3 tipi di Subnet Mask di un indirizzo IP e sono denominate classi: ▪ Classe A 255.0.0.0 ▪
Classe B 255.255.0.0
▪
Classe C 255.255.255.0
La Subnet Mask di classe A è compresa tra 0 e 127, un esempio a tal proposito può essere 10.56.32.08. La Subnet Mask di classe B è compresa tra 128 e 191, un esempio 172.12.56.10. La Subnet Mask di classe C è compresa tra 192 e 223 ed un uso più comune: 192.168.0.2. Gateway Il suo scopo principale è quello di veicolare i pacchetti di rete all'esterno della rete locale (LAN). Da notare che gateway è un termine generico che indica il servizio di inoltro dei pacchetti verso l'esterno; il dispositivo hardware che porterà a termine questo compito è tipicamente un router.
DNS – ( Domani Name System ) Quando accediamo ad un indirizzo di rete (come www.iisprimolevi.it) automaticamente esso viene tradotto in un indirizzo numerico IP, la corrispondenza tra nome e numero si ottiene grazie al servizio DNS. E un servizio di directory distribuito su Internet che permette di convertire i nomi di dominio negli indirizzi IP che le macchine hanno nella rete e controlla l'inoltro della posta su Internet. La corrispondenza tra nome di dominio ed indirizzo IP viene in pratica tenuta in un database distribuito sulla rete.
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DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Si occupa in una rete di fornire ad ogni host che ne fa richiesta i 5 parametri necessari alla loro configurazione, tenendo conto degli indirizzi già assegnati per non avere casini sulla rete. Per rimanere in tema con il nostro progetto i passi che portano Arduino con il suo Ethernet Shield ad arrivare a comunicare con un sito sono i seguenti: (Nella nostra rete il servizio DHCP è svolto dal router) Accensione Richiesta di un indirizzo IP al DHCP della rete Ricezione della configurazione completa dal DHCP della rete Connessione a www.domoticarduino.tk Richiesta al DNS di risolvere il nome www.domoticarduino.tk Il DNS risponde con un IP effettuo la connessione all'IP fornito dal DNS sulla porta che ho specificato nel codice Invio la richiesta http a www.domoticarduino.tk www.domoticarduino.tk risponde con il contenuto richiesto (pagina, file, etc.) Alla successiva connessione si riparte dal 4 punto
Esempio pratico di come si comanda Arduino da un sito Web Utilizzando la scheda Ethernet Shield possiamo pilotare da remoto le uscite di Arduino. I pc della rete e l’Arduino UNO (con Ethernet Shield) sono collegati tra loro tramite uno Router. Il pc eseguirà, usando un browser, delle richieste http. per recuperare, ad esempio, il valore di una tensione applicata su un pin analogico, oppure accendere o spegnere un led, applicato su un pin digitale in uscita. Il collegamento tra la scheda Ethernet Shield e la scheda Arduino UNO avviene tramite dei header , i cosidetti piedini della scheda che permettono il collegamento tra una scheda e l’altra. La Ethernet Shield ha un connettore RG-45 dove è possibile collegare il cavo Ethernet da mandare poi a una qualsiasi porta del Router. La scheda Arduino ha una porta USB dove è possibile collegare il cavo USB da mandare al pc 27
per dare alimentazione oppure modificare lo sketch che si sta utilizzando. Di seguito sono riportate le istruzioni che permettono il riconoscimento della Ethernet Shield: Apriamo l’IDE di Arduino e scriviamo questo codice:
//Librerie impiegate per il progetto #include #include //Creo un array di byte per specificare il mac address byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; //creo un array di byte per specificare l'indirizzo ip byte ip[] = {IP Ethernet Shield}; //creo una variabile char per memorizzare i byte letti dal client char Data_RX; //creao un oggetto server che rimane in ascolto sulla porta specificata Server ArduinoServer(80); void setup() { //inizializza lo shield con il mac e l'ip Ethernet.begin(mac, ip); //inizializza l'oggetto server ArduinoServer.begin(); } void loop() { //nel void loop sono comprese tutte le istruzioni necessarie per il funzionamento di tutti i componenti elettronici presenti delay(10); }
I commenti nel codice spiegano a grandi linee il funzionamento dello stesso. Dopo aver inserito le due librerie che permettono di interfacciarsi all’Ethernet Shield, definiamo due array di byte, uno che contiene l’indirizzo fisico della scheda di rete (MAC address) e l’altro che contiene l’indirizzo IP. Successivamente abbiamo creato
un oggetto Server che permette di rimanere in ascolto sulla porta specificata, in 28
questo caso la porta 80, proprio quella utilizzata dal protocollo http. La variabile Data_RX verrà impiegata successivamente per memorizzare i byte provenienti dal client. Dentro il blocco setup() ci sono due importanti funzioni, la prima (Ethernet.begin(mac, ip);) serve per inizializzare il chip WIZnet con l’indirizzo MAC e l’indirizzo IP, la seconda (ArduinoServer.begin();) avvia il server e lo mette in ascolto sulla porta 80 per le avvenutali richieste dei client. Nel blocco loop() viene inserito un ritardo di 10ms, per il momento non eseguiamo altro. Questo è utile per testare, tramite un semplice ping, se l’Ethernet Shield è correttamente configurata nella rete e se risponde alle interrogazioni del client. Per eseguire il ping bisogna fare alcuni passaggi:
Start
Esegui
cmd
Ping IP scheda
Eseguendo questo semplice test ci permette di escludere problemi di alimentazione della board o errori doviti al cavo di collegamento.
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