Основы робототехники

Ардуино что это такое

Содержание

Arduino — это комбинация аппаратной и программной частей для простой разработки электроники. Аппаратная часть включает в себя большое количество видов плат Arduino со встроенными программируемыми микроконтроллерами, а так же дополнительные модули. Программная часть состоит из среды разработки (программы для написания скетчей и прошивки микроконтроллеров Ардуино), упрощенного языка программирования, огромного множества готовых функций и библиотек.

Ардуино создавалось преподавателями для большего вовлечения студентов в электротехнику. Идея имела огромный успех и Arduino пошло гораздо дальше. Благодаря открытой архитектуре производить данные микроконтроллеры, дополнять модельный ряд, писать программы может кто угодно. Все схемы и исходный код программ есть в открытом доступе.

После того, как Arduino получило более широкое распространение, многие производители электроники начали выпускать собственные платы на базе микроконтроллеров ардуино. Когда к производству подключились китайские производители, Ардуино стало гораздо доступнее и получило еще большую аудиторию. Платы микроконтроллеров Ардуино в китайских интернет магазинах стоят от 70 рублей.

Официальный сайт Ардуино

Изначально команда преподавателей, разработавших ардуино, открыли сайт arduino.cc. Но из-за разногласий, в коллективе произошел раскол в 2008 году. Отделившаяся часть создала другой сайт arduino.org. Это повлекло путаницу, из-за одинаковых названий для разных Ардуинок, программ и прошивок.

Только в 2017 году конфликт разрешился полностью. Так остался только один официальный сайт arduino.cc.

Официальный сайт Arduino на русском

Arduino — полностью открытая платформа. Разработчиком и производителем может стать абсолютно любой человек. А значит официальных сайтов существует не мало.

Для чего нужно Arduino

Ардуино создавалось для обучения студентов и школьников электротехнике, программированию, радиоэлектронике, системам автоматизации. С помощью микроконтроллеров можно делать не только учебные проекты, но и действительно полезные устройства. На Arduino создаются проекты автоматизации, устройства умного дома, портативные метеостанции, роботизированные манипуляторы и множество других полезных устройств.

Первоначальная цель Ардуино — это обучение. Детям гораздо интереснее учиться, если они могут сразу применять новые знания на практике, да еще и увидеть и потрогать плоды своих трудов. Гораздо интереснее обучаться экспериментируя, а не слушая сухую теорию.

Что умеет Ардуино

С технической точки зрения, Ардуино умеет принимать и отправлять сигналы в соответствии с инструкциями в прошивке. Звучит весьма скромно, но на практике это позволяет получать и обрабатывать информацию с сенсоров и передавать команды исполнительным механизмам или другим устройствам. Например: микроконтроллер может получать данные с датчиков температуры, давления, влажности и выводить сводную информацию на дисплей.

Этих возможностей хватает для реализации сложных устройств, таких как беспилотные летательные аппараты, 3D-принтеры, роботизированные манипуляторы, радиоуправляемые машинки, лодки, вездеходы и т. д. Возможности Ардуино ограничены только воображением. Если вам будет не хватать возможностей Ардуино, то существуют более мощные микроконтроллеры такие как Ардуино Мега, NodeMCU, STM32, Wemos, Raspberry Pi, Orange Pi.

Начало работы с Ардуино

Для того, что бы начать использовать Arduino необходимо приобрести плату Arduino или стартовый набор Arduino. Я советую выбрать стартовый комплект ардуино, так как он включает в себя не только микроконтроллер ардуино, но и беспаечную макетную плату, соединительные провода, кнопки, светодиоды и дополнительные детали. С таким набором вы сможет выполнить примеры из уроков по Arduino для начинающих. Это позволит вам быстро разобраться с принципами работы с Arduino.

После прохождения уроков вы будите знать как программировать Arduino, как обмениваться сигналами с другими модулями и устройствами. Вы сможете проектировать, а так же создавать ваши собственные устройства.

Arduino IDE

Для начала работы с Ардуино вам понадобится специальное программное обеспечение. Это среда для разработки прошивок Arduino IDE. В этой программе легко и удобно писать скетчи и загружать их на ваш микроконтроллер Ардуино. В среде разработки уже предустановленно большое количество примеров и дополнительных библиотек.

Ссылки на скачивание, инструкции по установке и настройке среды разработки есть на странице Arduino IDE.

Микроконтроллеры, модули и сенсоры

Микроконтроллеров Arduino существует несколько вариантов. Большинство плат ардуино мы собрали на этой странице. Там есть вся необходимая информация о конкретных моделях плат Arduino. Еще вы найдете требования к питанию, характеристики, назначения контактов конкретной платы ардуино. Самая распространенная ардуино — микроконтроллер Arduino Uno.

Arduino Uno

Подробное описание характеристик этого микроконтроллера вы сможете найти здесь. Эта плата прекрасно подходит для большинства задач, в том числе для обучения. Именно для этой платы создано большинство плат расширения (Shield). Они помогают с легкостью расширить функционал платы микроконтроллера ардуино. Характеристик самой Arduino Uno достаточно для большинства проектов. Для создания законченных устройств лучше подходят более маленькие представители семейства Ардуино. Это такие платы как Arduino Nano или Arduino Pro Mini.

Проекты Ардуино

Проектов на Ардуино огромное множество. Их можно разделить на категории:

  • Устройства умного дома
  • ЧПУ (CNC) станки
  • Бытовые приборы
  • Охранные системы
  • Игрушки
  • Информативные устройства
  • Декоративные проекты
  • Гаджеты и носимые устройства

Для Ардуино есть огромное количество инструкций и готовых скетчей. Вы легко сможете повторить любой проект, доработать его или адаптировать под свои нужны. Все необходимое есть в открытом доступе. С помощью Ардуино можно создать собственные аналоги устройств и сэкономить на этом. Системы умного дома стоят не малых денег, но с помощью ардуино вы легко сможете сделать такую же систему в разы дешевле.

Что такое Arduino и что с ним можно сделать

Сейчас в мире людей, увлечённых техникой, наблюдается настоящая «ардуиномания». Этому маленькому загадочному устройству посвящены тысячи статей, сотни блогов и форумов. Так что же это такое – Arduino? И почему он обрёл столь большую популярность?

Arduino – это маленькое электронное устройство, состоящее из одной печатной платы, которое способно управлять разными датчиками, электродвигателями, освещением, передавать и принимать данные… Arduino – это целое семейство устройств разных размеров и возможностей. А также это целый зоопарк клонов Ардуино и мир ардуино-совместимых устройств. Но давайте обо всём по порядку.

1 «Мозг» Arduino

«Мозг» Arduino – это микроконтроллер семейства Atmega. Микроконтроллер представляет из себя микропроцессор с памятью и различными периферийными устройствами, реализованный на одной микросхеме. Фактически это однокристальный микрокомпьютер, который способен выполнять относительно простые задачи. Разные модели из семейства Arduino оснащены разными микроконтроллерами.

Atmega328 – мозг Arduino UNO

На фото микроконтроллер Atmega328. Такие микроконтроллеры стоят на Arduino UNO и Arduino Nano (но в другом корпусе).

2 «Руки» Arduino

Но какой толк от мозга, если он не имеет рук? Руками в данном случае служат электрические выводы, размещённые по периметру платы Arduino. Есть платы с большим количеством выводов, есть с меньшим. Например, самая большая плата в семействе Ардуино – Arduino Mega – имеет более 70 независимых выводов, а самая маленькая – Arduino Pro Mini – всего 22 вывода.

Сравнение Arduino Mega и Arduino Pro Mini

На фотографии показаны в сравнении Arduino Mega и Arduino Pro Mini. Представляете, что мог бы делать человек, имея столько рук, сколько Arduino Mega – выводов?

3 Цифровые и аналоговые выводы

Не все выводы у Arduino одинаковые. Есть выводы цифровые, а есть аналоговые. Принципиальная разница между ними в том, что на цифровых выводах может быть только два значения: либо логическая 1 (TRUE, от 3 до 5 вольт), либо логический 0 (FALSE, от 0 до 1,5 вольт), а на аналоговых выводах диапазон от логической 1 до 0 поделён на множество мелких участков.

Зачем это нужно? Давайте рассмотрим такой наглядный пример. Если подключить к цифровому выводу Arduino светодиод и подать на вывод логическую 1, то светодиод загорится с максимальной яркостью; если подать 0 – светодиод погаснет. Никаких промежуточных вариантов нет. Если светодиод подключить к аналоговому выводу, то яркостью светодиода можно управлять плавно. На практике к аналоговым выводам чаще всего подключаются какие-либо аналоговые датчики.

4 Чем может управлять Arduino

В итоге такое количество «рук» у Arduino позволяет подключать к нему огромное количество различных периферийных устройств. Среди них, например:

  • кнопки, герконы и джойстики,
  • светодиоды и фотодиоды,
  • микрофоны и динамики,
  • электродвигатели и сервоприводы,
  • ЖК дисплеи,
  • считыватели радиометок (RFID и NFC),
  • bluetooth, WiFi и Ethernet модули,
  • считыватели SD карт,
  • радиоприёмники и радиопередатчики,
  • GPS и GSM модули…

А также десятки различных датчиков:

  • освещённости,
  • магнитного поля,
  • ультразвуковые и лазерные дальномеры,
  • гироскопы и акселерометры,
  • датчики дыма и состава воздуха,
  • датчики давления, температуры и влажности…

И ещё многое, многое другое

Всё это превращает Arduino в универсальное ядро системы, которое может быть сконфигурировано совершенно разнообразными способами. Хотите сделать радиоуправляемую кормушку для питомца? Пожалуйста! Хотите чтобы при начале дождя у вас на лоджии закрывалось окно? Пожалуйста! Хотите управлять яркостью освещения в комнате со смартфона? Запросто! Хотите получать уведомления на e-mail, если почва комнатных растений стала слишком сухой? И это можно!

Разнообразные датчики, которые можно подключить к Arduino

На фотографии показана лишь крохотная часть периферийных устройств, которые можно подключить к Arduino. На самом деле их гораздо, гораздо больше.

5 Общение с Arduino

Как же процессор узнаёт, что именно ему следует делать? Вы должны рассказать ему это. Написание сообщений для Arduino называется программирование. Существует язык для общения с микроконтроллером, упрощённый и адаптированный специально для Arduino. Освоить этот язык совсем не сложно при желании и определённой настойчивости, даже если вы никогда раньше не программировали.

И для упрощения этого процесса разработана специальная программная среда – Arduino IDE. В её состав включены десятки примеров хороших, работающих программ. Изучив их, вы очень быстро многое узнаете о языке общения с Arduino.

Внешний вид среды разработки для программирования Ардуино – Arduino IDE

Arduino позволит вашим программам выйти из виртуального мира в мир реальный. Вы сможете увидеть, как написанные вами программы заставляют мигать светодиод или вращать вал двигателя, а затем делать и более сложные и полезные вещи. Arduino позволит вам узнать много нового и интересного и в электронике, и в программировании. В итоге это может послужить вам отличным хобби, увлекательным занятием с детьми, замечательным и полезным времяпровождением.

Вы можете заказать Arduino и множество разнообразных датчиков для него в китайском онлайн-магазине Али-Экспресс. Здесь цены ниже, но доставка занимает время от 3 недель до 1,5 месяцев. Можно заказать Arduino в магазине электроники Voltiq.ru. Здесь цены чуть выше, чем в китайских интернет-магазинах, но не придётся ждать целый месяц. Ещё один хороший магазин электроники и робототехники – FastNVR.ru.

Ну и напоследок, посмотрите, какие разные и замечательные проекты можно воплотить с помощью Ардуино!

Что такое Ардуино

Ардуино — миниатюрная плата с процессором, которая позволяет собрать множество разных устройств своими руками.

Платы Arduino

Многие устройства для начинающих на основе Arduino не требуют серьезных знаний в технике или программировании.

Arduino называют аппаратно-программной платформой. Она изначально создана компанией Arduino Software и представляет собой плату с контактами для подключения дополнительных компонентов.

Одна из плат, Arduino Uno, в руке выглядит вот так:

Для сравнения — вот такой размер другой платы Ардуино, которая называется Nano:

Ниже на фото я привел пример того как выглядит простое собранное устройство на основе платы Уно:

На фото сразу можно заметить главное достоинство платы — нам не нужно было ничего припаивать и мы использовали минимум комплектующих. Таким же образом можно собрать множество интереснейших устройств.

Технические характеристики зависят от модели используемого микроконтроллера, а с внешним видом двух самых популярных моделей вы уже познакомились — это Arduino Uno и Nano.

История Ардуино

Основателями компании, которая начала создавать платы Ардуино, являются итальянцы Массимо Банци, Девида Куартиллье, Тома Иго, Джанлука Мартино и Девида Меллиса. Такой была первоначальная команда создателей.

А название они позаимствовали у итальянского бара, который, в свою очередь, был назван в честь короля Италии.

Ардуин был итальянским дворянином, который был королем Италии с 1002 по 1014 год. В 990 году Ардуин стал маркграфом Ивреи, а в 991 году графом Священного дворца Латеранского в Риме.

Стоит также сказать, что для Соединенных Штатов Америки используется другое название — Genuino.

Плюсы Ардуино

Самый главный плюс плат Arduino для начинающих, как я уже упомянул выше, — это то, что нам не нужно использовать паяльник и не нужно ничего паять.

На платах Ардуино сделаны удобные контакты, которые можно соединять удобными перемычками с любыми сторонними модулями, дисплеями, сенсорами и многим другим.

Кроме того, чтобы плата заработала всего лишь достаточно подключить её к компьютеру через USB.

Дополнительные плюсы я перечислю ниже, но не пугайтесь, если какие-то термины вы не поймете, со временем вы с ними разберетесь:

  1. Плата обладает встроенным программатором (не нужен компилятор);
  2. Использование языка программирования близкого к C/C++, что делает её простой в использовании и изучении;
  3. Наличие множества библиотек для модулей, сенсоров, дисплеев и т.п., доступных для свободного использования;
  4. Для сбора устройства не требуется пайка, компоненты соединяются при помощи специальной макетной платы, перемычек и проводов;
  5. Возможность автономной работы, т.е. использование батареек или аккумуляторов;
  6. Наличие версии для работы с популярной мобильной операционной системой Android;
  7. Огромное количество различных модулей, сенсоров, дисплеев, датчиков и т.п..
  8. Наличие большого количества плат расширения — shields или «шилды».

Есть еще один очень существенный плюс Arduino — просто невероятно огромное сообщество любителей этих плат и любителей посоздавать различные устройства на ее основе своими руками.

Также замечу, что можно создать устройство как стационарным, так и автономным или переносным.

Наличие портативных аккумуляторов и беспроводных источников передачи данных способствуют созданию ряда интересных проектов.

Язык программирования Ардуино

Как я уже написал выше все программы создаются на базе языков программирования C/C++.

Если вы знаете C++, то Arduino откроет вам двери в фантастический мир создания роботов и различных устройств.

Приведу пример программы одного из самых простых устройств — мигание светодиода, подключенного к плате:

Программы для плат Ардуино пишутся в специальной программе с которой мы познакомимся ниже, но никто не мешает вам использовать тот редактор кода который вам нравится или к которому вы привыкли.

Среда разработки Arduino

Очень большой частью платформы Ардуино является Интегрированная Среда Разработки или IDE (Integrated development environment).

Для работы платы и вашего будущего проекта необходимо написать и загрузить на Arduino скетч. IDE помогает с легкостью всё это реализовать.

Простыми словами — это программа в которой создатели своих устройств пишут код для управления своими будущими роботами, гаджетами, умным домом и т.п..

Arduino IDE является бесплатной, скачивается и устанавливается на компьютер пользователя.

Программа работает на операционных системах Windows, Mac OS и Linux.

Подробнее познакомиться со средой разработки вы можете в нашей статье Arduino IDE: программная среда для разработки под Ардуино.

Скачать Arduino IDE можно с официального сайта производителя плат Arduino.

Главное ядро программы версии 1.8.0 было выпущено 20 декабря 2016 года, а уже в 2020 году многие используют версию 1.8.13.

Вместе с программой автоматически установятся драйвера для определения платы при подключении к USB-порту. Среда разработки оснащена стандартным менеджером добавления библиотек в виде исходного кода на языке C++.

Данная возможность расширяет применение компонентов, добавляя новый функционал.

Первый проект

Самый первый проект на основе Ардуино, который делают все начинающие Ардуинщики и Ардуинеры — мигание светодиодом.

Сначала мы должны подключить плату через USB к компьютеру, на котором установлена Среда разработки. На плате Ардуино должен загореться зелёный светодиод при подключении к USB.

Далее мы запускаем приложение (программу) и можем приступить к созданию собственного скетча (см. выше).

Первый проект позволяет понять работу с Ардуино и проверить работоспособность и совместимости Arduino с программным обеспечением.

Мы используем встроенный пример (скетч) Моргание (англ. — blink) — вызываем мигание или моргание светодиода на плате.

Переходим в меню Среды разработки и выбираем в меню:

Tool -> Board ->

Выберите используемую вами плату.

Далее загружаем скетч в Arduino при помощи кнопки Upload.

Успешное завершение данной операции подтверждается миганием светодиода оранжевого цвета на плате. У некоторых китайских аналогов цвет светодиода вполне может быть другим.

Модели плат

Существует несколько моделей Ардуино, которые различаются по частоте процессора, объеме памяти и т.п., среди которых можно выделить:

  1. Arduino Uno. Хорошее решение для начинающих пользователей и простых проектов. Поддерживает работу с Windows, Linux и MacOS. Встроенный микропроцессор работает на частоте 16 МГц, обладает 32 Кб встроенной памяти. Включается в комплекты для начинающих;
  2. Arduino Yun. Комплект с встроенным портом Ethernet и модулем WiFi. Оптимизирован для работы с семейством Linux. Подойдёт для работы как с любительскими, так и промышленными проектами;
  3. Arduino ADK. Устройство оптимизировано для работы с платформой Android. Хорошая совместимость и уникальный программный комплект позволяют создать проект, управляемый с мобильного телефона;
  4. Arduino Due. Улучшенная версия, работающая на мощном 32 битном ARM процессоре с тактовой частотой 84 МГц. В плату установлено 96 Кб SRAM и 512 Кб флеш-памяти.
  5. Arduino Nano. Одна из самых миниатырных, но очень полезных и популярных плат особенностью которой является разъем USB.

Это далеко не вся линейка плат. Существуют и другие модификации, созданные для решения разных задач.

Например, плата Arduino Mega 2560 является более мощной платой для серьезных проектов.

Перед приобретением платы нужно заранее продумать будущий проект и выявить требующиеся технические характеристики.

Дополнительные модули и сенсоры

Полностью раскрыть потенциал Arduino позволяют дополнительные модули, подключающиеся к выводам платы, которые называют пинами (англ. — pin).

Наиболее интересные и популярные модули расширения:

  1. 3D-джойстик. Своеобразный программируемый 3D-стик, способный стать способом управления спроектированного механизма или робота;
  2. Bluetooth-модуль. Даёт возможность управления механизмом или обменом данными через Bluetooth;
  3. EasyVR Shield 3.0. Разработка, служащая для распознавания голосовых команд;
  4. Espruino Pico. Контролер, позволяющий выполнять Java-скрипты, расширяя варианты применения платы;
  5. GPRS Shield. Расширение, позволяющее принимать и отправлять голос, SMS и GPRS-данные;
  6. Motor Shield. Подключаемый модуль, позволяющий программно управлять двумя моторчиками;
  7. Power Bank. Аккумулятор для переносных компактных модулей на 2000 МАч.
  8. Датчики влажности, температуры и т.п.:
    — датчик дождя,
    — датчик расстояния,
    — датчик температуры,
    — детектор пыли,
    — GPS приемник,
    — и др.

Это далеко не весь список, а лишь популярные и распространённые дополнения.

Существуют разнообразные подключаемые картридеры, акселерометры, передатчики и модули для разнообразных сфер жизнедеятельности. Arduino начинает эффективно применяться даже в медицине.

Что можно сделать с помощью Ардуино?

Для начала работы с Ардуино нам достаточно любой платы. Большинство начинающих Ардуинщиков и любителей сделать что-либо своими руками начинают с Arduino Uno:

Даже если у вас есть есть только плата, то вы уже можете начать работать с ней.

Как я уже написал выше — один из первых и самых популярных уроков для начинающих — моргание встроенным на плату светодиодом.

Если первой платой, которую вы приобрели, стала Arduino Nano, то сразу же переходите к нашему большому руководству — Ардуино Нано для начинающих.

На базе Arduino создание устройств ограничивается только человеческой фантазией. Вы можете запрограммировать систему быстро среагировать на определённое изменение и сможете управлять:

  • светом,
  • моторами,
  • разнообразными приводами,
  • и т.п..

Самое интересное, что Ардуино применяется не только для домашнего использования, но и для промышленного.

Если вы только начинаете знакомство с микроконтроллерами, то рекомендуем вам начать с самых простых, которые есть на нашем сайте:

Разработка любых устройств зависит только от вашей фантазии, а Ардуино и множество дополнительных компонентов помогают в создании этих устройств своими руками.

Что такое Arduino?

Содержание

Содержание

На сегодняшний день про платформу Arduino слышали многие, но что это и зачем? Arduino — это самая динамично развивающаяся и доступная платформа с низким порогом вхождения, которая доступна как для начинающих и делающих первые шаги в программировании, так и для профессионалов. А как она работает и почему так популярна — разбираемся.

Возможности

Платформа Arduino представляет собой комбинацию среды быстрой разработки Arduino IDE и модулей для прототипирования на базе микроконтроллеров. Фактически, Arduino это — простейший электронный конструктор для создания готовых устройств из отдельных модулей. Arduino пользуется огромной популярностью во всем мире из-за контроллеров, модулей и шилдов.

Arduino — это не просто универсальный микроконтроллер, который можно адаптировать под любой проект за минимальное время. Это простейшая и доступная для изучения среда разработки Arduino IDE, которая служит для вовлечения в программирование и робототехнику, а также для быстрой разработки проектов. На основе Arduino можно собрать 3D-принтер или станок с ЧПУ. Все это происходит благодаря тому, что у платформы Arduino одно из самых больших сообществ, а также доступно огромное количество примеров, руководств и готовых библиотек для разработки.

Модули Arduino

Модули базовых контроллеров Arduino получили широкое распространение благодаря своей универсальности. Популярные платы Arduino Uno и Leonardo имеют достаточный набор периферии, а платы Mega и Due — расширенный. Даже компактные модули типа Pro, Micro и Nano подойдут для собственного проекта. В последнее время появились модули Mega сразу с установленным SoC ESP8266 и беспроводной связью Wi-Fi на борту.

Модули Arduino представляют собой платы со встроенным процессором, памятью и периферией, которая позволяет реализовать базовый функционал посредством одной всего платы. Для расширения возможностей служат дополнительные модули-шилды, которые работают с двигателями и сенсорами различных типов, а также способны читать и писать на карты памяти и накопители, поддерживают USB Host, умеют работать с Ethernet, Bluetooth и Wi-Fi. Модули расширения уровня Industrial имеют гальваническую развязку, а модули для умного дома подойдут с целью прототипирования устройств IoT ( «интернета вещей»). Вы даже можете сделать свой собственный web-сервер на основе Arduino.

На сегодняшний день существует множество оригинальных разновидностей и популярных клонов, а также огромное количество совместимых модулей-шилдов. Обратите внимание на приведенную Arduino Nano — это компактный модуль с 8-битным контроллером, на борту которого размещается приличный набор периферии (аналого-цифровые преобразователи, ШИМ-генераторы и таймеры, последовательные интерфейсы и так далее).

Для прототипирования и обучения доступен огромный арсенал периферии. Это разнообразные сенсоры, большинство типов датчиков и исполнительных механизмов, различные дисплеи, буферные и усилительные модули, драйверы двигателей, модули для беспроводной связи и управления. Модули комбинируются с основной платой-контроллером и затем конфигурируются в среде Arduino IDE.

Для создания проектов не требуется специальных навыков, так как для создания скетчей-программ (прошивок) для микроконтроллеров Arduino, а также для подключения, загрузки кода и мониторинга обмена данными служит специальная программная оболочка Arduino IDE, которая постоянно обновляется сообществом. На сегодняшний день Arduino IDE имеет качественные дополнения и расширения, в том числе позволяющие программировать 32-битные микроконтроллеры. Для работы с платами Arduino не требуется специальный загрузчик-отладчик или программатор, вся основная работа осуществляется средствами платформы Arduino.

Робототехнические наборы электронного конструктора Arduino дают начальные представления о принципах работы и управления, обратной связи и об обработке сигналов с сенсоров — это идеальный вариант для первых шагов в робототехнике и обучению программированию простейших алгоритмов.

Базовый механизм можно создать, имея всего две серво-машинки и два аналоговых источника сигнала для управления. Для прототипа даже не понадобятся паяльные принадлежности — весь проект собирается на монтажных беспаечных платах Arduino.

Таким образом, Arduino может стать доступной платформой для первых шагов с целью изучения программирования: для детей и взрослых существует множество интересных наборов модулей и базовых проектов.

Что может быть лучше и интереснее, чем собрать за вечер управляемого робота или автомобиль? Одновременно, возможности среды Arduino позволяют профессионалам разрабатывать прикладные проекты для промышленной автоматики и для умного дома. Arduino — это открытая платформа, и вы тоже можете стать разработчиков, создать собственный проект и присоединиться к сообществу Arduino.

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. Можно добавлять светодиоды, датчики, кнопки, двигатели, модули связи, реле и создавать сотни вариантов интересных проектов умных устройств. 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:

  1. Плата Ардуино с USB кабелем для подключения к компьютеру.
  2. Макетная монтажная плата и провода.
  3. Комплект базовых электронных компонентов и переходник для батарейки типа крона.
  4. Установленная на компьютер среда программирования Arduino IDE

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

  1. Датчики
  2. Экраны и индикаторы.
  3. Двигатели и сервоприводы, реле и драйверы двигателей.
  4. Модули связи.
  5. Разнообразные дополнительные модули и платы расширения (шилды)

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. Просто возьмите плату ардуино, соберите с ее помощью нужную электронную схему (можно найти много готовых примеров в интернете), подключите контроллер к компьютеру и загрузите программу. Умное устройство готово!

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


Источник: infutec.ru