Что такое ардурино (arduino) и что можно сделать на платформе?

Уроки Ардуино – учебник для начинающих

Эта вводная статья для тех, кто уже успел распаковать со своим ребенком десяток-другой цветных коробок от конструкторов, построил сотни разнообразных конструкций  и заполнил деталями от Лего все доступные емкости в чулане. Если вы готовы перейти на следующий уровень:  с электроникой, микроконтроллерами, датчиками и умными устройствами – значит, пришло время для экспериментов с Ардуино!

В этой серии статей мы соберем самое главное, что нужно узнать об Ардуино, чтобы начать заниматься с детьми самостоятельно.

Даже если вы никогда не брали в руки паяльник и слова «контроллер» и «контроллёр» для вас имеют примерно схожий смысл, можете быть уверенными – у вас все равно все получится! Мир электроники и робототехники сегодня полон простых и очень удобных решений, позволяющих практически с нуля создавать очень интересные проекты. Наш учебник поможет вам быстро сориентироваться и сделать первые шаги.

Начало работы с Ардуино

Говоря бытовым языком, Ардуино – это электронная плата, в которую можно воткнуть множество разных устройств и заставить их работать вместе с помощью программы, написанной на языке Ардуино в специальной среде программирования.

Чаще всего плата выглядит вот так:

На рисунке показана одна из плат Ардуино – Arduino Uno. Мы изучим ее подробнее на следующих уроках.

В плату можно втыкать провода и подключать множество разных элементов. Чаще всего, для соединения используется макетная плата для монтажа без пайки.

Плата Ардуино – это умная розетка, которая будет включать и выключать все присоединенное в зависимости от того, как ее запрограммировали.

Вся работа над проектом разбивается на следующие этапы:

1. Придумываем идею и проектируем.
2. Собираем электрическую схему. Тут нам пригодится макетная плата, упрощающая монтаж элементов. Безусловно, понадобятся навыки работы с электронными приборами и умение пользоваться мультиметром.
3. Подключаем плату Arduino к компьютеру через USB.
4. Пишем программу и записываем ее в плату буквально нажатием одной кнопки на экране в специальной среде программирования Arduino.
5. Отсоединяем от компьютера.  Теперь устройство будет работать автономно – при включении питания оно будет управляться той программой, которую мы в него записали.

Программа и среда программирования выглядят вот так:

На экране показана программа (на сленге ардуинщиков текст программы называется “скетч”), которая будет мигать лампочкой, подсоединенной к 13 входу на плате Ардуино UNO. Как видим, программа вполне проста и состоит из понятных для знающих английский язык инструкций. В языке программирования Arduino используется свой диалект языка C++, но все возможности C++ поддерживаются.

Есть и другой вариант написания кода – визуальный редактор. Тут не нужно ничего писать – можно просто перемещать блоки и складывать из них нужный алгоритм. Программа загрузится в подключенную плату одним нажатием кнопки мыши!

Визуальную среду рекомендуется использовать школьникам младших классов, более старшим инженерам лучше сразу изучать “настоящий” Ардуино – это довольно просто, к тому же знания C++ никому не повредят.

В целом все выглядит довольно понятно, не так ли? Осталось разобраться в деталях.

Быстрый старт с Arduino

Для начала давайте поймем, с чем же и чем же мы собираемся заниматься. Что такое Ардуино и как его использовать? Если вы уже знакомы с темой – можете смело перескочить дальше.  Если нет – давайте вместе выполним короткое погружение.

Ардуино – это…

Ардуино – это не бренд и не название поставщика конструкторов.

Это общее название для целого семейства различных технологий и открытой платформы, в которую входят как аппаратные устройства (платы контроллеров и совместимое оборудование), так и софт, предназначенный для управления железками.

По сути своей, Ардуино – это инфраструктура и среда,  в которой можно собирать совместимые между собой электронные и механические компоненты в единое устройство, а потом через обычный компьютер за две минуты запрограммировать поведение этих самых железок так, как нам нужно.

Ардуино – это мостик из виртуального компьютерного мира в мир реальных вещей и устройств. Написав программу на обычном компьютере, мы управляем с ее помощью не виртуальными объектами, а вполне себе реальными датчиками, двигателями, экранами. Мы меняем мир вокруг себя – просто программируя на компьютере, используя бесплатный софт и множество уже готовых примеров библиотек.

Создателем Ардуино принято считать преподавателя института IDII итальянского города Ивреи Массимо Банци, который пытался создать удобную платформу для обучения студентов программированию.

Выбрав уже готовый микроконтроллер ATMEGA, он просто добавил на плату необходимую для удобной работы обвязку.

Собравшаяся затем великолепная команда из инженеров-электронщиков и разработчиков софта смогла создать продукт, который оказался крайне востребован рынком и быстро завоевал популярность. Более подробно об Ардуино можно почитать здесь и здесь.

Свое название технология получила, как это часто бывает, довольно случайно. Источником вдохновения послужил бар, в котором будущие создатели Ардуино любили выпить по кружечке чая.

Называлось заведение именно так – Arduino, по имени главной исторической личности города Ивреа, короля Ардуино.

Король какого-то яркого следа в истории не оставил и прослыл неудачником, но благодаря команде разработчиков новой платформы обрел новую популярность и сейчас известен  миллионам людей по всему земному шару.

Почему Ардуино?

Вся прелесть  Ардуино заключается в следующих простых преимуществах:

1. Простота. Да, да – именно простота (хотя Лего и другие игрушки, без сомнения, привычнее, но мы сравниваем не с ними). Для юных разработчиков электроники Ардуино «прячет» огромное количество разнообразных технических вопросов. Многие достаточно сложные проекты можно создавать очень быстро, без длительного погружения в детали.  А это ведь очень важно для ребенка – не утратить интерес до первого полученного своими руками результата.
2. Популярность. Ардуино крайне популярна, вы сможете без труда найти ответы на любые вопросы на многочисленных форумах или сайтах. Сообщество Ардуино обширно и дружелюбно – там относительно мало прожженных жизнью снобов-инженеров и полно любителей и начинающих, с удовольствием делящихся своей радостью от найденного и узнанного. Это, конечно, откладывает отпечаток на качество советов, но как правило, даже самые сложные вопросы могут быть быстро решены с помощью форумов и сайтов.
3. Доступность. И сама технология, и практически весь софт выпускаются под открытыми лицензиями и вы можете свободно использовать чужие наработки, библиотеки, схемы, причем во многих случаях даже для коммерческого использования. Это экономит много времени и позволяет двигаться большими шагами, опираясь на опыт предыдущих исследователей.
4. Дешевизна. Комплект для первых занятий электроникой и программированием можно купить менее чем за 500 рублей. Полноценные курсы робототехники возможны при покупке оборудования на 3-5 тысяч рублей. Никакая другая технология не позволит вам так быстро и так эффективно войти в мир реальной учебной робототехники.

С чего начать?

Если вы хотите заниматься робототехникой с использованием Ардуино,  то вам понадобится такой вот джентельменский набор:

В дальнейшем, если занятия действительно увлекут и будет желание продолжить эксперименты, то список оборудования будет расширяться:

Если первые шаги дадут результат, со временем вы будете узнавать половину людей, стоящих в очереди на почте (если до сих пор вы их еще не знаете), а почтальоны при встрече будут узнавать вас в лицо и нервно перебегать на другую сторону дороги.

Как купить Ардуино?

Прежде чем узнать что-то полезное, надо сначала купить что-то полезное. Для экспериментов с электроникой вам понадобится та сама электроника в виде конструктора или отдельных плат. Рекомендуется купить не очень дорогой отечественный набор с основными компонентами и затем уже заказать себе с Алиэкспресса датчики, двигатели, контроллеры и другие сокровища.

Вот несколько наиболее интересных и привлекательных по цене вариантов для покупки платы и наборов для первых уроков:

Если вы все-таки захотите купить плату Arduino отдельно, то вот несколько интересных ссылок:

Полезные советы по выбору платы можно найти в инернете (не только на нашем сайте).  Если вы живете в большом городе, то покупка всего необходимого займет максимум два дня. Найти нужный магазин легко в интернете. Ну и еще один совет. Вы можете самостоятельно найти подходящие варианты на алиэкспрессе – ищите их по словам «starter kit».

Как отличить оригинал от подделки?

Пару слов о платах Arduino. Сегодня их на совершенно легальных условиях может делать любой производитель: как крупный, такой как Intel, так и мелкие noname поставщики из Китая.

Надежность и удобство «китайских» и «официальных» платы Ардуино в большинстве случаев одинаковые. Поэтому незачем переплачивать – для своих учебных проектов можете смело покупать аналоги, которые легко найти в интернете.

Как отличить «оригинал» от «совместимой платы»:

1. «Китайские» платы не имеют права ставить логотип Ардуино.
2. «Китайские» платы стоят гораздо дешевле.
3. «Китайские» часто используют другой чип для обслуживания соединения с компьютером, на который нужны специальные драйвера. Драйвера устанавливаются за секунду и практически никогда не вызывают каких-либо проблем.

Еще раз подчеркнем, использование не оригинальных плат совершенно легально. Ардуино – открытая архитектура и разработчики дают возможность собрать свою версию платы всем желающим.

Нет возможности купить?

Если вы живете в Антарктиде или у вас действительно не хватает средств даже на самые простые наборы, то не отчаивайтесь – можно начать изучение Ардуино на виртуальных тренажерах. Самый мощный, простой и популярный сегодня вариант – это онлайн сервис Tinkercad от известной компании Autodesk.

Вы сможете создавать электронные схемы, подключая множество разнообразных компонентов, а затем «включать» питание и измерять все электрические показатели. В библиотеке устройств есть и плата Ардуино, и даже встроенный редактор для программирования (включая визуальный!).

Вы можете найти на нашем сайте отдельную статью с подробной информацией о Tinkercad.

Подводим итоги урока

В этой короткой начальной статье мы с вами узнали, что такое Ардуино, почему эту технологию называют именно так, как выглядят типичные проекты с использованием контроллеров Arduino.

Начать создавать интересные технические проекты очень просто – для этого не обязательно быть электронщиком.

В следующих уроках мы с вами узнаем, как работает контроллер, разберем устройство платы Arduino Uno и запустим свой первый проект.

Полезные ссылки на учебники и сайты по Ардуино

Официальные сайты ардуино:

Отличные сайты с большим объемом полезной информации

И естественно, море полезной информации на Хабрхабре.

Что такое Arduino

Arduino — это семейство программируемых микроконтроллеров для легкого создания средств автоматики и робототехники. Звучит сложно, но на деле это не так.

Для использования ардуино не нужно иметь специализированное оборудование (кроме самого микроконтроллера). Так же нет необходимости в профильном образовании по электротехнике или программированию.

Даже новичок сможет разобраться и собрать своего робота, 3D-принтер или систему умного дома.

Ардуино имеет полностью открытую архитектуру. Это значит, что любой может производить данные микроконтроллеры, а также создавать новые на основе уже существующих разновидностей. Поэтому есть множество производителей во многих странах мира.

Первые представители семейства этих микроконтроллеров были разработаны в Италии. Позже производство появилось и в Китае, что сделало Arduino более дешевым и распространенным.

Более подробно об ардуино и истории создания вы можете почитать на википедии.

Ардуино — это электронный конструктор, который позволяет любому человеку создавать разнообразные электро-механические устройства. Для того что бы начать нужен только сам микроконтроллер и компьютер с USB портом. Компьютер есть практически у всех, а микроконтроллер можно купить по цене от 100 рублей.

Конечно, что бы создать действительно сложное и функциональное устройство потребуются дополнительные детали такие как: моторчики, разнообразные датчики, провода, кнопки, светодиоды, регуляторы и тому подобные. К счастью стоит это все дешево, а так же детали можно найти в ненужных или сломанных устройствах.

Платы Arduino

Почему Arduino становится такой популярной

Совсем недавно еще никто не слышал об Ардуино. И до сих пор многих отпугивают слова: программируемый микроконтроллер, одноплатный компьютер, система для разработки устройств автоматизации. На деле все гораздо проще. Именно благодаря простоте и дешевизне Ардуино получила такую популярность. Существуют и другие проекты со схожими целями. Но ардуино обладает рядом преимуществ:

1. Низкая стоимость. Ардуино можно купить всего за 2$
2. Кроссплатформенность. Программное обеспечение ардуино очень универсально. Есть версии для большинства операционных систем.
3. Arduino IDE. Это очень простая в освоении и удобная в использовании среда разработки. Она устанавливается и настраивается всего за несколько кликов мышкой.
4. Открытый исходный код. Это позволяет людям создавать свои собственные функции и библиотеки. В интернете огромное количество готовых программных решений для любых целей. Вам не придется самостоятельно разбираться в принципах действия модулей. Вы можете скачать и установить готовую библиотеку, написанную для конкретного модуля, и использовать ее.

Аппаратная часть Arduino

Существует множество версий этого микроконтроллера. Они отличаются друг от друга размерами, фирмой производителем, частотой процессора, количеством встроенной памяти, количеством контактов вывода/ввода. Так например есть самая популярная ардуинка — Arduino UNO.

Она подходит практически для всех целей, в том числе и для освоения микроконтроллеров. Есть более мощная версия Arduino MEGA, обладающая большей тактовой частотой процессора, увеличенной памятью, бОльшим количеством контактов и более внушительным размером.

Есть и более маленькие версии такие как Arduino Mini и Arduino Pro.

Описание самых популярных плат вы найдете на странице «Платы»

Что можно подключить к Arduino

К пинам микроконтроллера можно подключать огромное количество разнообразных устройств и датчиков. Ардуино умеет считывать значения датчиков, обрабатывать их и управлять механизмами в соответствии с установленной прошивкой.

Например: можно подключить датчик света и реле. Когда освещение в помещении становится ниже заданного уровня ардуино открывает реле. Это самый простой пример использования.

Ниже не полный перечень устройств и датчиков, которые можно подключить:

Переферийные устройства

• Кнопки, переключатели, сенсорные панели
• Светодиоды
• Динамики и микрофоны
• Коллекторные, безколлекторные и шаговые электродвигатели
• Сервоприводы
• ЖК и LCD дисплеи.
• Устройства считывающие радиометки RFID и NFC
• Ультразвуковые и лазерные датчики расстояния
• Модули Ethernet, WiFi и Bluetooth
• Кардридеры SD
• Модули GSM для совершения звонков и приема/отправки SMS
• GPS для получения точных координат местоположения

Датчики

• Освещенности
• Магнитного поля
• Температуры
• Влажности воздуха и почвы
• Уровня шума
• Вибрации
• Огня и дыма
• Электронные компасы, гироскопы и акселерометры для определения положения в пространстве.

Датчики для Arduino

Программная часть Arduino

Программируются микроконтроллеры на упрощенной версии языка C++ с дополнительными функциями обработки ввода и вывода для легкого и удобного использования ардуино.

Так же у arduino есть своя среда разработки Arduino IDE. Подробно о том как установить, настроить и использовать эту программу изложено в статье Arduino IDE.

Список необходимых функций и описание их использования вы найдете на странице программирование.

Arduino это сложно?

Вовсе нет! Ардуино становится очень популярна, благодаря простоте и дешевизне. Вы легко найдете множество уроков, советов и примеров по работе с этим микроконтроллером. Разобраться в основах можно всего за пару часов.

Любой может сделать собственного робота или другое устройство независимо от подготовки. Платформа предоставляет практически безграничные возможности.

Есть примеры удивительных, красивых, забавных и полезных устройств, созданных с помощью Arduino.

что можно сделать с его помощью

Arduino – аппаратная вычислительная платформа, которая используется для проектирования и создания электронных устройств различного уровня сложности.

В основе этого электронного конструктора лежит аппаратная платформа для ввода и вывода, которая программируется на языке Processing/Wiring , созданном на базе C++. Из каких компонентов состоит Arduino, что можно сделать с его помощью и как научиться обращаться с этим умным чипом?

Что такое Arduino

Arduino – один из наиболее распространенных миниатюрных контроллеров с набором входов и выходов, который работает по предварительно написанной программе. Этот универсальный контроллер очень удобен для создания прототипов электронных устройств, что делает его популярным не только среди студентов и любителей со всего мира, но и среди продвинутых проектировщиков и изобретателей.

Arduino подкупает своей универсальностью. Используя специальные расширяющие платы, этот контроллер может взаимодействовать с другими девайсами посредством Bluetooth, Wi-Fi, GPRS, осуществлять и принимать телефонные звонки и СМС.

Контроллер является не простой микросхемой, а платой, где реализована готовая схема питания и интерфейсы для присоединения к ПК, входные и выходные разъемы.

Благодаря широкому ассортименту библиотек протоколов, имеется возможность организовать взаимодействие Arduino с сенсорами и сервоприводами, используемыми в современной робототехнике.

А открытая архитектура дает возможность настраивать Arduino под любые цели. А благодаря упрощенному языку программирования, освоить работу с контроллером будет легко даже новичкам. Особенно удобно работать с Ардуино благодаря платформе, которая дает практически мгновенный отклик на запрограммированные команды.

Что можно сделать с Arduino? Мы добавляем уроки по созданию устройств на основе этой платы в нашем разделе Уроки Ардуино.

Практически любую оригинальную идею программист, дизайнер или инженер может превратить в рабочий прототип – достаточно лишь приобрести контроллер и дополнительные радиодетали.

Также энтузиастов программирования и схемотехники подкупает невысокая стоимость Arduino, которая делает контроллер доступным для широких масс.

Проекты на Arduino: что можно сделать

Рассмотрим несколько оригинальных идей, которые можно реализовать на Arduino. Помимо самой схемы, вам могут понадобиться дополнительные детали, которые выгоднее всего закупать на AliExpress.

Реализовать такой проект можно с использованием нескольких плат Arduino Nano и одной Arduino Uno или Mega, которая будет выступать в роли базы. Связь между модулями можно реализовать с помощью NRF24L01 – модуля радиосвязи, который дает возможность объединять до 6 плат.

В одном корпусе необходимо собрать Arduino Nano, соединенные с датчиками влажности и температуры DHT22, а также модулем NRF24L01. Источником питания может выступать обычная батарейка. Несколько таких устройств необходимо разместить по всем помещениям в доме.

Показатели с Arduino Nano будут передаваться на базу, в роли которой выступает Arduino Mega или Uno. К ней также необходимо присоединить приемник сигнала NRF24L01, источник питания и дисплей LCD для отображения текстовой информации.

Располагать «базу» необходимо в непосредственной близости от системы отопления. Принимая и обрабатывая поступающие данные о влажности и температуре, база будет передавать системе отопления команды и повышении или понижении температуры.

ЧПУ-станок

Эта идея является одной из самых сложных в реализации. С помощью Arduino Mega вы сможете реализовать не только ЧПУ-станок, но и 3D принтер. Помимо самой платы, вам необходимы будут драйверы двигателей L298N, а также сами двигатели. Остальная часть работы – это рама и разработка программного кода.

Smart-теплица

Все владельцы огорода или приусадебного участка знают, как много внимания требует к себе теплица и выращиваемая в ней рассада. Необходимо постоянно контролировать влажность почвы, вовремя открывать и закрывать двери и т. д. С помощью Arduino все эти рутинные процессы могут быть автоматизированы.

Используя всего одну плату Arduino Mega и контроллер DHT22, вы сможете фиксировать и выводить на экран информацию о температуре в теплице, а также передавать команды на запуск полива, управление моторами для открытия и закрытия дверей.

Роботы

Роботы – лучшая игрушка не только для детей, но и для взрослых, особенно, когда имеется возможность ими управлять. Используя Arduino и различные подручные материалы, вы сможете сделать робота в любой конфигурации: от наиболее примитивных до сложных моделей.

Например, с помощью ультразвукового дальномера HC-SR04 ваш робот сможет фиксировать расстояние до препятствий и огибать их при движении. Применив драйвер двигателей L293D, вы получите в свое распоряжение 3 сервопривода и 4 двигателя. С помощью модуля HC-06 у вас появится возможность управлять своим детищем по Bluetooth через смартфон.

Конечно, на этом список проектов на Arduino, что можно сделать своими руками, не исчерпывается – возможности здесь ограничены только вашей фантазией и навыками.

Arduino: выбор платы, подключение и первая программа

Александр Ланский

Arduino — это электронная платформа с открытым исходным кодом, которая позволяет взаимодействовать с окружающим миром. Благодаря ей можно создать всё, что придёт в голову — от простых электронных игрушек и автоматизации быта до электронной начинки боевого робота для состязаний, управляемого силой мысли (без шуток).

1

На аппаратном уровне это серия смонтированных плат, мозгом которых являются микроконтроллеры семейства AVR.

Платы имеют на борту всё необходимое для комфортной работы, но их функциональности часто бывает недостаточно.

Чтобы сделать свой проект более интерактивным, можно использовать различные модули и платы расширений, совместимые с платформой Arduino.

Сюда входят датчики (температуры, освещения, влаги, газа/дыма, атмосферного давления), устройства ввода (клавиатуры, джойстики, сенсорные панели) и вывода (сегментные индикаторы, LCD/TFT дисплеи, светодиодные матрицы).

На программном уровне платформа Arduino представляет собой бесплатную среду разработки Arduino IDE. Микроконтроллеры надо программировать на языке C++, с некоторыми отличиями и облегчениями, созданными для быстрой адаптации начинающих. Компиляцию программного кода и прошивку микроконтроллера среда разработки берёт на себя.

Существует также s4a.cat — сервис, базирующийся на Scratch, позволяющий более наглядно вести разработку на Arduino. Он подойдёт для обучения детей, а также если вы разово хотите создать простое устройство без изучения языка программирования Arduino и различных документаций. Для остальных же случаев лучше придерживаться традиционного процесса разработки.

2

Знания в области электромонтажа приветствуются, но совсем не обязательны. Простые устройства на базе Arduino часто выполняются в виде макета. Для этого используется беспаечная макетная плата (англ. breadboard), на которой происходит коммутация модулей с платой Arduino с помощью перемычек.

Макетная плата на 400 отверстий (имеются шины питания по бокам). Источник

Также существуют наборы, в которые входят сразу плата Arduino (оригинальная или от стороннего производителя), макетная плата, перемычки и различные радиоэлементы, датчики, модули. Например, такой:

Набор для изучения Arduino. Источник

3

На примере самой популярной платы Arduino UNO:

• Оригинальная плата. Поставляется только в фирменной коробке, имеет логотип компании, на портах платы — маркировка. Цена от производителя 20 €.Оригинальная плата Arduino UNO. Источник
• Плата от стороннего производителя. Качество хуже, однако цена начинается от 150 рублей. Качество платы может отразиться на её работоспособности в дальнейшем. Хоть это и редкость, но плата и вовсе может не работать «из коробки» — всё зависит от добросовестности изготовителя и продавца. Для работы с подобными платами требуется драйвер CH340, который находится в свободном доступе. Во всём остальном процесс разработки идентичен процессу разработки на оригинальных платах.Плата Arduino UNO от стороннего производителя. Источник

По назначению

У платы UNO достаточно портов для реализации большинства проектов. Однако иногда возможностей UNO может быть недостаточно, а иногда — избыточно. По этой причине как оригинальный, так и сторонние производители выпускают большое количество плат, различающихся характеристиками микроконтроллера, количеством портов и функциональным назначением.

Различные платы Arduino. Источник

Самые популярные из них:

• Arduino Nano — различие с UNO только в конструктивном исполнении. Nano меньше.
• Arduino Mega — плата на базе мощного микроконтроллера. Имеет большое количество портов.
• Arduino Micro — имеет встроенную поддержку USB-соединения, а потому может использоваться как HID-устройство (клавиатура, мышь, MIDI-устройство).
• Arduino Ethernet — имеет возможность подключения к сети через Ethernet-провод. На плате также расположен слот для microSD карточки.
• Arduino Mini — по характеристикам немного уступает UNO. Преимуществом платы является её миниатюрное исполнение.
• Arduino Due — плата на базе 32-разрядного ARM микроконтроллера. Имеет преимущество в производительности по сравнению с остальными.
• Arduino LilyPad — форм-фактор позволяет использовать плату в предметах одежды и текстиля.
• Arduino Yún — «нужно было ставить линукс…». Имеет поддержку дистрибутива Linux, встроенную поддержку Ethernet и Wi-Fi, слот для microSD. Как и Micro, имеет встроенную поддержку USB-соединения.

4

После выбора необходимой платы нужно установить бесплатную среду разработки Arduino IDE, которую можно найти на официальном сайте, а также, по необходимости, драйвер CH340.

Недавно открылась облачная платформа Arduino Create, которая покрывает большинство этапов разработки (от идеи до сборки). Вам не нужно ничего устанавливать на свой компьютер, всё необходимое платформа берёт на себя. В первую очередь — онлайн редактор кода.

В Arduino Create имеется доступ к обучающим материалам, проектам. Вы сможете общаться с профессионалами и помогать новичкам.

Среда разработки Arduino IDE

5

Программный код для Arduino принято называть скетчами (англ. sketches). У скетчей есть два основных метода: setup() и loop(). Первый метод автоматически вызывается после включения/сброса микроконтроллера. В нём происходит инициализация портов и различных модулей, систем. Метод loop() вызывается в бесконечном цикле на протяжении всей работы микроконтроллера.

Порты — неотъемлемая часть любого микроконтроллера. Через них происходит взаимодействие микроконтроллера с внешними устройствами. С программной стороны порты называются пинами. Любой пин может работать в режиме входа (для дальнейшего считывания напряжения с него) или в режиме выхода (для дальнейшей установки напряжения на нём).

Любой пин работает с двумя логическими состояниями: LOW и HIGH, что эквивалентно логическому нулю и единице соответственно.

У некоторых портов есть встроенный АЦП, что позволяет считывать аналоговый сигнал со входа (например, значение переменного резистора). Также некоторые пины могут работать в режиме ШИМ (англ.

PWM), что позволяет устанавливать аналоговое напряжение на выходе. Обычно функциональные возможности пина указываются на маркировке самой платы.

Основные функции

Для базовой работы с платой в библиотеке Arduino есть следующие функции:

• pinMode(PIN, type) — указывает назначение конкретного пина PIN (значение type INPUT — вход, OUTPUT — выход);
• digitalWrite(PIN, state) — устанавливает логическое состояние на выходе PIN (state LOW — 0, HIGH — 1);
• digitalRead(PIN) — возвращает логическое состояние со входа PIN (LOW — 0, HIGH — 1);
• analogWrite(PIN, state) — устанавливает аналоговое напряжение на выходе PIN (state в пределах от 0 до 255);
• analogRead(PIN) — возвращает значение аналогового уровня сигнала со входа PIN (пределы зависят от разрядности встроенного АЦП. Обычно разрядность составляет 10 бит, следовательно, возвращаемое значение лежит в пределах от 0 до 1023);
• delay(ms) — приостанавливает исполнение скетча на заданное количество миллисекунд;
• millis() — возвращает количество миллисекунд после момента запуска микроконтроллера.

В остальном процесс программирования на Arduino такой же, как на стандартном C++.

6

Вместо всем привычных Hello World’ов в Arduino принято запускать скетч Blink, который можно найти в Файл→Примеры→01.Basics→Blink. Там же можно найти множество других учебных скетчей на разные темы.

Почти на всех платах размещён светодиод, номер пина которого содержится в переменной LED_BUILTIN. Его можно использовать в отладочных целях. В следующем скетче будет рассмотрен пример управления таким светодиодом.

Рассмотрим скетч Blink:

// Эта функция запускается при старте микроконтроллера void setup() { // Назначаем пин выходом. На пине LED_BUILTIN находится встроенный светодиод, размещённый на плате pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); } // Эта функция вызывается циклически void loop() { digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // Включаем светодиод (подаём на него логическую 1 — напряжение питания микроконтроллера) delay(1000); // Ждём секунду digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // Выключаем светодиод (подаём на него логический 0 — напряжение земли) delay(1000); // Ждём секунду }

Прошивка

После написания необходимо «залить» скетч на микроконтроллер. Как уже говорилось, платформа Arduino берёт весь процесс прошивки микроконтроллера на себя — вам лишь необходимо подключить плату к компьютеру.

Перед прошивкой микроконтроллера нужно выбрать вашу плату из списка в IDE. Делается это во вкладке Инструменты→Плата. Большинство существующих плат уже там есть, но при необходимости можно добавлять другие через Менеджер Плат.

После этого нужно подключить плату Arduino к любому USB-порту вашего компьютера и выбрать соответствующий порт во вкладке Инструменты→Порт.

7

У всех плат Arduino есть возможность обмена информацией с компьютером. Обмен происходит по USB-кабелю — никаких дополнительных «плюшек» не требуется. Нам нужен класс Serial, который содержит все необходимые функции.

Перед работой с классом необходимо инициализировать последовательный порт, указав при этом скорость передачи данных (по умолчанию она равна 9600). Для отправки текстовых данных в классе Serial существуют небезызвестные методы print() и println().

Рассмотрим следующий скетч:

void setup() { Serial.begin(9600); // Инициализируем последовательный порт на скорости 9600 бод } void loop() { Serial.println(“T for Tproger”); // Отправляем сообщение по последовательному порту и переводим на новую строку delay(1000); // Ждём секунду }

В Arduino IDE есть Монитор порта. Запустить его можно через Инструменты→Монитор порта. После его открытия убедитесь, что Монитор работает на той же скорости, которую вы указали при инициализации последовательного порта в скетче.

Это можно сделать в нижней панели Монитора. Если всё правильно настроено, то ежесекундно в Мониторе должна появляться новая строка «T for Tproger». Обмен данными с компьютером можно использовать для отладки вашего устройства.

Информацию на стороне компьютера можно не только получать, но и отправлять. Для этого рассмотрим следующий скетч:

void setup() { Serial.begin(9600); // Инициализируем последовательный порт на скорости 9600 pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // Инициализируем порт со светодиодом как выход } void loop() { if (Serial.available() > 0) // Если в буфере есть байт для чтения, то… switch (Serial.read()) { // Считываем байт с буфера case '1': digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // Если байт равен '1' — включаем светодиод break; case '0': digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // Если байт равен '0' — выключаем светодиод break; case 'T': Serial.println(“proger”); // Если байт равен 'T' — отправляем по серийному порту текст “proger” } }

Прошиваем микроконтроллер и возвращаемся в Монитор порта. Вводим в верхнее поле 1 и нажимаем Отправить. После этого на плате должен загореться светодиод. Выключаем светодиод, отправив с Монитора 0. Если же отправить символ T, в ответ мы должны получить строку «proger».

Таким способом можно пересылать информацию с компьютера на Arduino и обратно. Подобным образом можно реализовать связь между двумя Arduino.

8

Однако большое количество датчиков являются бинарными, т. е. считывать информацию с них можно простой функцией digitalRead().

9

Не смешно? А здесь смешно: @ithumor

10 интересных вещей, которые можно сделать на Arduino – Журнал «Код»: программирование без снобизма

10 интересных вещей, которые можно сделать на Arduino

Если у вас есть тяга к тех­но­ло­ги­ям (или ребё­нок с такой тягой), рас­смот­ри­те Arduino. Эта шту­ка оза­да­чит вас и ребён­ка на мно­го часов, а на выхо­де полу­чат­ся уди­ви­тель­ные про­ек­ты.

Что за Arduino

Arduino — это про­грам­ми­ру­е­мый мик­ро­кон­трол­лер. То есть это пла­та, на кото­рую мож­но запи­сать вашу про­грам­му, и эта пла­та смо­жет управ­лять дру­ги­ми шту­ка­ми: напри­мер, зажечь лам­поч­ку, издать звук, вклю­чить элек­тро­при­бор, изме­рить тем­пе­ра­ту­ру, отпра­вить СМС.

На самом базо­вом уровне Arduino про­сто отправ­ля­ет и счи­ты­ва­ет элек­три­че­ские импуль­сы. Напри­мер, мож­но под­клю­чить к нему тер­мо­метр, и Arduino смо­жет счи­тать тем­пе­ра­ту­ру в ком­на­те. А потом, в зави­си­мо­сти от про­грам­мы, отпра­вить сиг­нал на устрой­ство, кото­рое вклю­чит вен­ти­ля­тор.

Или мож­но под­клю­чить к Arduino дат­чик угле­кис­ло­го газа. Arduino мож­но научить счи­ты­вать пока­за­ния дат­чи­ка каж­дые пять минут и, когда уро­вень угле­кис­ло­го газа пре­вы­ша­ет нор­му, запи­щать, зами­гать лам­поч­кой или с помо­щью серии мотор­чи­ков открыть окно.

К Arduino есть мно­го плат рас­ши­ре­ния и дат­чи­ков. Сфе­ры при­ме­не­ния пла­ты почти без­гра­нич­ны: авто­ма­ти­за­ция, систе­мы без­опас­но­сти, умный дом, музы­ка, робо­то­тех­ни­ка и мно­гое дру­гое. Вот что мож­но делать на этой умной ита­льян­ской пла­те и на её рос­сий­ских и зару­беж­ных кло­нах.

1. Робот-бармен с Bluetooth-управлением

Слож­ность: 4/5.

Вре­мя: 5/5.

Неза­ме­ни­мое устрой­ство для любой вече­рин­ки: рабо­та­ет от вось­ми бата­ре­ек, гото­вит мно­го кок­тей­лей и управ­ля­ет­ся без про­во­дов. В осно­ве меха­ни­че­ско­го бар­ме­на — пла­та Arduino, при­во­ды для пози­ци­о­ни­ро­ва­ния шей­ке­ра и пода­чи напит­ков, дат­чи­ки поло­же­ний.

Глав­ная слож­ность при изго­тов­ле­нии — инже­нер­ная. Нуж­но точ­но при­кру­тить все дета­ли и соеди­нить их меж­ду собой, что­бы ёмкость ока­зы­ва­лась точ­но под нуж­ны­ми бутыл­ка­ми.

Подроб­но­сти: usamodelkina.ru.

2. Светящийся куб на 512 светодиодов

Слож­ность: 3/5.

Вре­мя: 3/5.

Кра­си­вая шту­ка, кото­рая может све­тить­ся в такт музы­ке как трёх­мер­ный эква­лай­зер и пока­зы­вать 3D-анимацию. А ещё это может рабо­тать как необыч­ный ноч­ник.

Для сбор­ки пона­до­бит­ся дере­вян­ное шас­си с отвер­сти­я­ми, что­бы каж­дый ярус был таким же по раз­ме­ру и фор­ме, что и осталь­ные. Чис­ло све­то­ди­о­дов в каж­дой гра­ни выбра­но не слу­чай­но: 8 ламп = 8-битная логи­ка, самая про­стая в про­грам­ми­ро­ва­нии и управ­ле­нии через кон­трол­лер.

Подроб­но­сти: instructables.com.

3. Взломщик кодовых замков

Слож­ность: 5/5.

Вре­мя: 4/5.

Этот про­ект раз­ра­бо­тал хакер Сэми Кам­кар, и мы при­во­дим его толь­ко в демон­стра­ци­он­ных целях. Для взло­ма, кро­ме пла­ты Arduino, автор взял серво- и шаго­вый дви­га­те­ли для пере­бо­ра ком­би­на­ций и соеди­нил всё на само­дель­ном шас­си из алю­ми­ния. В осно­ве алго­рит­ма — про­стой пере­бор всех ком­би­на­ций, но робот это дела­ет быст­рее чело­ве­ка.

Подроб­но­сти: .

4. Nod Bang — киваем головой и делаем бит

Слож­ность: 2/5.

Вре­мя: 3/5.

Идея в том, что­бы не про­сто кивать в такт музы­ке, а кив­ка­ми само­му гене­ри­ро­вать звук. Энд­рю Ли сде­лал спе­ци­аль­ное устрой­ство, кото­рое сле­дит за поло­же­ни­ем голо­вы и в момент накло­на вос­про­из­во­дит нуж­ный звук.

В науш­ни­ки он встро­ил аксе­ле­ро­метр, кноп­ки отве­ча­ют за выбор зву­ка, а Arduino — за вос­про­из­ве­де­ние зву­ка на ком­пью­те­ре через MIDI-интерфейс. Что­бы всё выгля­де­ло эффект­нее, у кно­пок есть под­свет­ка, и они тоже дела­ют бит.

Подроб­но­сти: .

5. Поющее растение

Слож­ность: 2/5.

Вре­мя: 2/5.

По сути это тер­мен­вокс, кото­рый сде­ла­ли в виде рас­те­ния. Все осталь­ные прин­ци­пы рабо­ты оста­лись теми же: звук воз­ни­ка­ет при дви­же­нии рук, и раз­ные дви­же­ния гене­ри­ру­ют раз­ную мело­дию.

Пла­та реги­стри­ру­ет изме­не­ние ампли­ту­ды сиг­на­ла, для чего автор исполь­зу­ет само­дель­ный сен­сор­ный детек­тор для ана­ли­за при­кос­но­ве­ний к цвет­ку. Кро­ме это­го пона­до­би­лась пла­та рас­ши­ре­ния Gameduino и сам цве­ток.

Подроб­но­сти: Vimeo.

6. Замок, который открывается на секретный стук

Слож­ность: 3/5.

Вре­мя: 2/5.

Инте­рес­ная вещь для тех, кто хочет поиг­рать в шпи­о­нов или пус­кать в ком­на­ту толь­ко сво­их дру­зей. Замок рас­по­зна­ёт стук по две­ри и срав­ни­ва­ет его с базо­вым зву­ча­ни­ем, кото­рое уста­но­вил вла­де­лец. Если сов­па­да­ет — при­во­ды ото­дви­га­ют замок и дверь откры­ва­ет­ся, если нет — ниче­го не про­ис­хо­дит, мож­но посту­чать зано­во.

Что­бы уста­но­вить новый стук на откры­тие, нуж­но зажать кноп­ку на руч­ке и посту­чать по две­ри новым спо­со­бом. Пье­зо­сен­сор рас­по­зна­ёт виб­ра­ции и запи­сы­ва­ет их в память пла­ты.

Подроб­но­сти: grathio.com.

7. Горшок для цветов с автополивом

Слож­ность: 4/5.

Вре­мя: 3/5.

Полез­ный гор­шок для тех, кто забы­ва­ет полить цве­ты перед отъ­ез­дом или про­сто не зна­ет, как часто надо их поли­вать. Вся элек­тро­ни­ка, насо­сы и ёмкость для воды нахо­дят­ся внут­ри горш­ка. Для каж­до­го рас­те­ния мож­но запро­грам­ми­ро­вать свой режим поли­ва в каж­дом горш­ке.

Основ­ные харак­те­ри­сти­ки чудо-горшка:

• встро­ен­ный резер­ву­ар для воды;
• дат­чик кон­тро­ля уров­ня влаж­но­сти поч­вы;
• насос для пода­чи воды;
• дат­чик уров­ня воды в резер­ву­а­ре;
• све­то­ди­од, инфор­ми­ру­ю­щий о недо­стат­ке воды в резер­ву­а­ре.

Подроб­но­сти: usamodelkina.ru.

8. Драм-машина

Слож­ность: 1/5.

Вре­мя: 2/5.

Про­стая драм-машина на Arduino. Про­ект инте­ре­сен тем, что это не обыч­ный пере­бор запи­сан­ных семплов, а насто­я­щая гене­ра­ция зву­ка с помо­щью встро­ен­но­го желе­за. Ещё здесь есть ана­ли­за­тор спек­тра зву­ка: через видео­вы­ход мож­но посмот­реть на диа­грам­мы и частот­ные харак­те­ри­сти­ки.

Мате­ма­ти­че­ская осно­ва это­го устрой­ства — раз­ло­же­ние в ряд Фурье, кото­рое реша­ет­ся под­клю­че­ни­ем стан­дарт­ной биб­лио­те­ки.

Подроб­но­сти: .

9. Шагающий робот

Слож­ность: 2/5.

Вре­мя: 1/5.

Про­стой в изго­тов­ле­нии четы­рёх­но­гий робот, кото­рый шага­ет и само­сто­я­тель­но пре­одо­ле­ва­ет пре­пят­ствия в сан­ти­метр высо­той.

Что­бы его сде­лать, вам пона­до­бят­ся сер­во­мо­то­ры для ног, немно­го про­во­ло­ки и любой пла­стик, из кото­ро­го дела­ет­ся шас­си. Для пита­ния — акку­му­ля­тор любой моде­ли, кото­рый кре­пит­ся на спине робо­та.

Подроб­но­сти: xakep.ru.

10. Робот-пылесос

Слож­ность: 4/5.

Вре­мя: 5/5.

Дмит­рий Ива­нов из Сочи собрал насто­я­щий робот-пылесос, кото­рый дела­ет всё то же самое, что и про­мыш­лен­ные устрой­ства, толь­ко с воз­мож­но­стью тон­кой настрой­ки под себя и свою квар­ти­ру.

Основ­ные дета­ли — пла­та Arduino, 6 инфра­крас­ных дат­чи­ков, тур­би­на с дви­га­те­лем и щёт­ка­ми и акку­му­ля­тор. Ещё у робо­та есть дат­чи­ки столк­но­ве­ния, кото­рые помо­га­ют объ­ез­жать пре­пят­ствия, и кон­трол­лер акку­му­ля­то­ра, кото­рый сле­дит за уров­нем бата­рей и пре­ду­пре­жда­ет о том, что пыле­сос надо заря­дить.

Подроб­но­сти: habr.com.