Arduino alla 55a Esposizione Internazionale d'Arte - Biennale di Venezia con Francesca Grilli “Fe2O3, Ossido ferrico”

Francesca Grilli - Fe2O3, Ossido ferricoperformance per 156 giorni, lamina di ferro, acqua, voce, microfono.
Dal 1 Giugno al 24 Novembre 2013 presso il Padiglione Italia alla 55a Esposizione Internazionale d’Arte, la Biennale di Venezia.
L'opera prevede la presenza di una performer che vocalizza interagendo con il ritmo di caduta di una goccia su una grande lastra di ferro.
"L'effetto corrosivo dell'acqua sul metallo innesca la trasformazione del materiale, simbolo del potere concreto della perseveranza e della reiterazione; allo stesso tempo, la voce della cantante, che subisce le conseguenze dello sforzo reiterato e ripetitivo, la manifestazione della volontà ultima di esistere."


Artista: Francesca Grilli
Progettazione: Paola Villani
Assistenza tecnica: Giovanni Marocco
Suono: Roberto Rettura
Luci: Fabio Saijz
Hardware-Software Programming: Mario Guida, Vincenzo Scorza
Casting: Giulia Gabrielli
Produzione e supporto teorico: Alessandra Saviotti
Assistente alla produzione: Laura Marinelli, Il Gaviale
Logistica: Maria Grazia Calò
Produzione: La Biennale
Coproduzione: Centrale Fies, Ambiasciata del Regno dei Paesi Bassi, Fiorenza Menni,  Teatrino Clandestino, Sale Docks, Spazio Punch

Progetto Hardware / Software di Mario Guida e Vincenzo Scorza
Il sistema è costituto da tre componenti principali: 
Input - microfono
Controllo - Arduino UNO
Output - elettrovalvola da irrigazione
A microfono spento (stato A), l'elettrovalvola emette una goccia d'acqua ad intervalli regolari di tempo della durata di tre secondi, viceversa (stato B) l'emissione di gocce dipende dall'ingresso microfonico. Il passaggio tra i due stati avviene mediante l'attivazione/disattivazione di un interruttore posizionato sul microfono.

Stadio di Ingresso
Lo stadio di ingresso è costituito da un modulo presa jack 3.5mm a 4 conduttori (TRRS) e da un circuito Offset DC. Il segnale microfonico ha un'adamento temporale di tipo sinusoidale, con valori di voltaggi oscillanti intorno a 0 Volt con picchi massimi, negativi e positivi, di pochi mV. Il circuito ADC presente sulla scheda Arduino UNO utilizza 10 bit per la conversione dei segnali analogici, fornendo 1024 valori in uscita (da 0 a 1023) ma non consente la conversione dei valori negativi; qualsiasi valore al di sotto dei 0 Volt è codificato con il valore 0. Pertanto, per consentire al circuito di Controllo l'elaborazione dell'intera gamma dei valori analogici in ingresso, lo stadio è provvisto di un circuito di Offset DC che innalza la soglia centrale di oscillazione da 0 Volt a 2.5 Volt.

Stadio di Uscita
Lo stadio di uscita presenta un'elettrovalvola da irrigazione pilotata da un Relè a Stato Solido (SSR). Il modello del relè utilizzato é il CMX60D5 della Crydom che richiede una tensione di controllo compresa tra i 3.0 e i 10.0 VDC, una corrente di ingresso tipica di circa 15 mAdc a 5 VDC, e può pilotare tensioni di uscita fino ad un massimo di 60 VDC e correnti di 5 A. Essendo le tensioni e le correnti di controllo compatibili con quelle fornite da Arduino, il dispositivo relè è collegato direttamente al Pin Digitale D12 senza alcuna circuiteria di condizionamento del segnale.

Stadio di Controllo 
Lo stadio di Controllo è costituito da una scheda Arduino UNO e da un interruttore ON/OFF. Ad interruttore spento, il sistema si trova nello stato A; l'input microfonico è disabilitato e l'elettrovalvola emette una goccia d'acqua ad intervalli regolari di tempo della durata di tre secondi.

int pinDriver = 12;  //pin digitale D12
void setup()
{
    //pin digitale D12
    pinMode(pinDriver, OUTPUT);
}
void loop()
{
    ... .... .... ....
    digitalWrite(pinDriver,HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(pinDriver,LOW);
    delay(3000);
}

Ad interruttore acceso (stato B) il sistema, in base al valore del volume ricevuto in ingresso sul Pin Analogico A0 di Arduino, può assumere quattro comportamenti diversi (o regioni di funzionamento): 1) silenzio, 2) pochissime gocce, 3) flusso di gocce quasi continuo, 4) flusso continuo.
A partire da un valore ZERO pari a 512 (livello di uscita dell'ADC), corrispondente in teoria al "silenzio" (o al volume zero), si fissano i valori positivi e negativi di tre Soglie di volume i cui estremi superiori e inferiori definiscono le regioni di funzionamento sopra descritte.

// Definizione delle soglie
int ZERO = 512;
int SOGLIA_0_POS = ZERO + 50;
int SOGLIA_0_NEG = ZERO - 50;
int SOGLIA_1_POS = SOGLIA_0_POS + 120;
int SOGLIA_1_NEG = SOGLIA_0_NEG - 120;
int SOGLIA_2_POS = SOGLIA_1_POS + 310;
int SOGLIA_2_NEG = SOGLIA_1_NEG - 310;

Ad esempio, quando il valore letto in ingresso cade nell'intervallo [SOGLIA_0_POS,SOGLIA_0_NEG] il sistema lavora nella regione 1 (silenzio), quando il valore letto in ingresso cade nell'intervallo [SOGLIA_1_NEG, SOGLIA_1_POS] o in [SOGLIA_0_POS,SOGLIA_1_POS], il sistema lavora nella regione 2 (pochissime gocce) attivando con un certa frequenza l'apertura e la chiusura del relè che pilota l'elettrovalvola.
Le velocità di attivazione del relè sono diverse per ogni regione di funzionamento e sono gestite da un timer software; in particolare è stata utilizzata la libreria Timer, reperibile all'indirizzo http://playground.arduino.cc/Code/Timer.

Componenti

Arduino UNO
Microfono
Rele a Stato Solido (SSR) della Crydom modello CMX60D5
Modulo presa jack 3.5mm a 4 conduttori (TRRS)
Elettrovalvola da irrigazione Sirai DRY D132
1 Condensatore elettrolitico da 10 µF
1 Condensatore ceramico da 10 nF 
2 Resistori da 100 K 
2 Resistori da 1 K 
3 coppie di terminali a vita KRM Lumberg 1,3 mm 
32 Pin - Strip Maschio Passo 2.54, altezza 12 mm
3 potenziometri lineari da 10 K
2 deviatori da PCB