Основы робототехники

Что такое Ардуино

Содержание

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:

Плата Arduino Uno в руке

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

Плата Arduino Nano в руке

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.

Фрагмент портрета Ардуина из Ивреи. Замок Мазино. Картина пьемонтской школы около 1700 года.

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.

Пример сборки устройства с помощью перемычек

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.

Окно загрузки и экран программы Arduino IDE

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 -> Плата>

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:

Arduino Uno R3

Arduino Uno R3

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.


Источник: arduinoplus.ru