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13. Lo Spettro della Vista

Benvenuto in questa lezione, dove sveleremo il mistero della percezione dei colori da parte dell’uomo e la riprodurremo utilizzando la tecnologia. In questa lezione, esploreremo come i nostri occhi distinguono milioni di colori e come questa incredibile capacità possa essere simulata digitalmente con i LED RGB. Attraverso l’interazione tra i fotorecettori nei nostri occhi e il modello di colore RGB, imparerai a ricreare la vividezza del mondo in forma digitale.

Panoramica

Il sistema visivo umano può percepire circa dieci milioni di colori diversi, capacità ottenuta grazie alle cellule fotorecettrici nella retina: coni e bastoncelli. La percezione del colore non è lineare; il nostro sistema visivo è più sensibile ai cambiamenti in certi colori rispetto ad altri. I coni, sensibili al colore, sono principalmente di tre tipi, ciascuno maggiormente sensibile alla luce rossa, verde o blu.

../_images/13_mix_eyeballjpg.jpg

Il modello di colore RGB è un modello di colore additivo in cui i colori vengono creati mescolando intensità variabili di luce rossa, verde e blu. In questo modello, il rosso, il verde e il blu sono considerati tipicamente i canali di colore primari. Regolando l’intensità di ciascun canale (da 0 a un valore massimo, tipicamente 255 corrispondenti a una profondità di colore di 8 bit), è possibile produrre uno spettro visibile di oltre 16 milioni di colori diversi. Ad esempio, l’arancione si ottiene mescolando più rosso e meno verde.

../_images/13_mix_orange.jpg

In questa lezione interattiva, applicherai questi principi per controllare un LED RGB, permettendogli di mostrare i colori di tua scelta attraverso precisi comandi elettronici.

Obiettivi di Apprendimento

  • Comprendere come questo modello imiti la percezione del colore umano e la sua applicazione nei display digitali.

  • Imparare a usare la Modulazione di Larghezza di Impulso (PWM) per una miscelazione dei colori più dettagliata con i LED RGB.

  • Migliorare l’efficienza e la chiarezza del codice creando funzioni che accettano parametri in Arduino.

  • Sperimentare con diversi valori RGB per personalizzare i colori del tuo LED, rispecchiando la complessità della visione umana.

Costruzione del Circuito

Componenti Necessari

1 * Arduino Uno R3

1 * LED RGB

3 * Resistenze da 220Ω

Fili di Collegamento

list_uno_r3

list_rgb_led

list_220ohm

list_wire

1 * Cavo USB

1 * Breadboard

list_usb_cable

list_breadboard

Questa lezione utilizza lo stesso circuito della Lezione 12.

../_images/12_mix_color_bb_4.png

Creazione del Codice - Visualizzare i Colori

Nel nostro percorso per padroneggiare il controllo dei LED RGB, abbiamo visto come l’uso di digitalWrite() possa accendere il LED in colori di base. Per esplorare ulteriormente e sbloccare l’intero spettro di colori che un LED RGB può produrre, ora approfondiremo l’uso di analogWrite() per inviare segnali PWM (Pulse Width Modulation), permettendoci di ottenere una vasta gamma di sfumature.

Vediamo come implementare questo con il codice.

  1. Apri l’IDE di Arduino e avvia un nuovo progetto selezionando «Nuovo Sketch» dal menu «File».

  2. Salva il tuo sketch come Lesson13_PWM_Color_Mixing utilizzando Ctrl + S o facendo clic su «Salva».

  3. Per prima cosa, imposta i tre pin del LED RGB come output:

void setup() {
    // Imposta il codice da eseguire una sola volta:
    pinMode(9, OUTPUT);   // Imposta il pin Blu del LED RGB come output
    pinMode(10, OUTPUT);  // Imposta il pin Verde del LED RGB come output
    pinMode(11, OUTPUT);  // Imposta il pin Rosso del LED RGB come output
}

  1. Usa analogWrite() per inviare valori PWM al LED RGB. Dalla Lezione 9 sappiamo che i valori PWM possono modificare la luminosità di un LED, e il range PWM è 0-255. Per visualizzare il rosso, impostiamo il valore PWM del pin rosso del LED RGB a 255, e gli altri due pin a 0.

void setup() {
    // Imposta il codice da eseguire una sola volta:
    pinMode(9, OUTPUT);   // Imposta il pin Blu del LED RGB come output
    pinMode(10, OUTPUT);  // Imposta il pin Verde del LED RGB come output
    pinMode(11, OUTPUT);  // Imposta il pin Rosso del LED RGB come output
}

void loop() {
    // Codice principale da eseguire ripetutamente:
    analogWrite(9, 0);    // Imposta il valore PWM del pin Blu a 0
    analogWrite(10, 0);   // Imposta il valore PWM del pin Verde a 0
    analogWrite(11, 255);  // Imposta il valore PWM del pin Rosso a 255
}

  1. Con questa configurazione, dopo aver caricato il codice sull’Arduino Uno R3, vedrai il LED RGB accendersi di rosso.

  2. La funzione analogWrite() permette al LED RGB di visualizzare non solo i sette colori di base, ma anche molte altre sfumature diverse. Ora puoi regolare i valori dei pin 9, 10 e 11 separatamente e annotare i colori osservati nel tuo manuale.

Pin Rosso

Pin Verde

Pin Blu

Colore

0

128

128

128

0

255

128

128

255

255

128

0

Creazione del Codice - Funzioni con Parametri

L’uso della funzione analogWrite() per visualizzare diversi colori può rendere il tuo codice lungo se vuoi mostrare molti colori contemporaneamente. Per questo motivo, è necessario creare delle funzioni.

A differenza della lezione precedente, ci stiamo preparando a creare una funzione con parametri.

Una funzione parametrizzata ti consente di passare valori specifici alla funzione, che poi utilizzerà questi valori per svolgere i suoi compiti. Questo è estremamente utile per regolare proprietà come l’intensità del colore in modo dinamico. Rende il tuo codice più flessibile e facile da leggere.

Quando definisci una funzione con parametri, specifichi quali valori sono necessari per il suo funzionamento attraverso parametri elencati tra parentesi subito dopo il nome della funzione. Questi parametri agiscono come segnaposto che vengono sostituiti da valori reali quando la funzione viene chiamata.

Ecco come definire una funzione parametrizzata per impostare il colore di un LED RGB:

  1. Apri lo sketch che hai salvato in precedenza, Lesson13_PWM_Color_Mixing.

  2. Clicca su “Salva con nome…” dal menu “File” e rinominalo in Lesson13_PWM_Color_Mixing_Function. Clicca «Salva».

  3. Inizia dichiarando la funzione dopo il void loop() con la parola chiave void, seguita dal nome della funzione e dai parametri tra parentesi. Per la nostra funzione setColor, utilizzeremo tre parametri— red, green e blue—ciascuno rappresentante l’intensità del corrispondente componente di colore del LED RGB.

void loop() {
    // inserisci qui il codice principale da eseguire ripetutamente:
}

void setColor(int red, int green, int blue) {
}

  1. All’interno del corpo della funzione, usa il comando analogWrite() per inviare segnali PWM ai pin del LED RGB. I valori passati a setColor determineranno la luminosità di ciascun colore. I parametri red, green e blue vengono utilizzati qui per controllare direttamente l’intensità di ciascun pin LED.

// Funzione per impostare il colore del LED RGB
void setColor(int red, int green, int blue) {
    // Scrivi il valore PWM per rosso, verde e blu nel LED RGB
    analogWrite(11, red);
    analogWrite(10, green);
    analogWrite(9, blue);
}

  1. Ora puoi chiamare la tua funzione appena creata setColor() nel void loop(). Dal momento che hai creato una funzione con parametri, devi riempire gli argomenti tra le () come (255, 0, 0). Ricorda di aggiungere commenti.

void loop() {
    // inserisci qui il codice principale da eseguire ripetutamente:
    setColor(255, 0, 0); // Mostra il colore rosso
}

// Funzione per impostare il colore del LED RGB
void setColor(int red, int green, int blue) {
    // Scrivi il valore PWM per rosso, verde e blu nel LED RGB
    analogWrite(11, red);
    analogWrite(10, green);
    analogWrite(9, blue);
}

  1. Sappiamo già che fornendo valori diversi ai tre pin del LED RGB, possiamo accendere diverse tonalità di luce. Quindi, come facciamo a far illuminare il LED RGB esattamente del colore che desideriamo? Ciò richiede l’uso di una palette di colori. Apri Paint (software incluso in Windows) o qualsiasi programma di disegno sul tuo computer.

../_images/13_mix_color_paint.png

  1. Scegli un colore che ti piace e annota i suoi valori RGB.

Nota

Nota che prima di selezionare un colore, regola la luminosità alla posizione corretta.

../_images/13_mix_color_paint_2.png

  1. Inserisci il colore che hai selezionato nella funzione setColor() nel void loop(), utilizzando la funzione delay() per specificare il tempo di visualizzazione di ciascun colore.

void loop() {
    // inserisci qui il codice principale da eseguire ripetutamente:
    setColor(255, 0, 0);      // Mostra il colore rosso
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
    setColor(0, 128, 128);    // Mostra il colore turchese
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
    setColor(128, 0, 255);    // Mostra il colore viola
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
    setColor(128, 128, 255);  // Mostra il colore blu chiaro
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
    setColor(255, 128, 0);    // Mostra il colore arancione
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
}

  1. Di seguito è riportato il codice completo; puoi fare clic su «Carica» per caricare il codice sull’Arduino Uno R3 e vedere gli effetti.

void setup() {
    // inserisci qui il codice di configurazione, da eseguire una volta:
    pinMode(9, OUTPUT);   // Imposta il pin Blu del LED RGB come output
    pinMode(10, OUTPUT);  // Imposta il pin Verde del LED RGB come output
    pinMode(11, OUTPUT);  // Imposta il pin Rosso del LED RGB come output
}

void loop() {
    // inserisci qui il codice principale da eseguire ripetutamente:
    setColor(255, 0, 0);      // Mostra il colore rosso
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
    setColor(0, 128, 128);    // Mostra il colore turchese
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
    setColor(128, 0, 255);    // Mostra il colore viola
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
    setColor(128, 128, 255);  // Mostra il colore blu chiaro
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
    setColor(255, 128, 0);    // Mostra il colore arancione
    delay(1000);              // Attendi 1 secondo
}

// Funzione per impostare il colore del LED RGB
void setColor(int red, int green, int blue) {
    // Scrivi il valore PWM per rosso, verde e blu nel LED RGB
    analogWrite(11, red);
    analogWrite(10, green);
    analogWrite(9, blue);
}

  1. Infine, ricorda di salvare il codice e sistemare il tuo spazio di lavoro.

Riepilogo

L’esplorazione odierna della percezione del colore colma il divario tra la scienza biologica e l’applicazione elettronica, evidenziando il potere della programmazione nel portare concetti astratti alla realtà. Regolando i valori RGB su un LED, hai imitato il metodo dell’occhio umano di percepire i colori, ottenendo una maggiore comprensione della biologia umana e competenze avanzate nel controllo elettronico.