Основы робототехники

Уроки по ардуино на русском

Содержание

Уроки Arduino для начинающих и профессионалов по созданию разных устройств и гаджетов. Создание устройств на основе Raspberry Pi, Wemos и других самых популярных микроконтроллеров, комплектующих и деталей.

Все уроки удобно разделены на шаги, которым можно следовать для создания устройств и реализации проектов.

Делаем недорогой пульсоксиметр с питанием от USB на основе платы Arduino Nano R3 с использованием OLED-дисплея.

Создадим на основе Ардуино онлайн-игру для двоих игроков с использованием веб-интерфейса и PHPoC WiFi шилда.

Создаем дверную сигнализацию на основе Arduino Mega и ультразвукового датчика, чтобы распознавать присутствие кого-либо за дверью.

Делаем таймер для мытья рук или чистки зубов на основе платы Arduino, сервопривода и ультразвукового датчика HC-SR04.

Создадим онлайн сетевую игру для двоих игроков на основе аппаратной платформы PHPoC и веб-интерфейса.

Создадим автоматический счетчик отжиманий на основе Ардуино с использованием датчика приближения Kemet SS-430.

В этом уроке мы создадим на основе языка программирования Python свое первое программное обеспечение с .exe файлом.

Используем веб-камеру и Raspberry Pi 4 для извлечения информации из QR-кодов, создаем собственный код на Python.

Навигация по записям

Класс Arduino Nano (Ардуино Нано)

Мы пройдем по всем шагам начиная с покупки микроконтроллера, установки программного обеспечения (Arduino IDE) и подключения микроконтроллера Arduino Nano. В итоге мы сможем управлять светодиодом через нашу плату Ардуино.

Arduino IDE: программная среда для разработки под Ардуино

Arduino IDE — это программная среда разработки, использующая C++ и предназначенная для программирования всех плат Ардуино.

Гид по TFT-дисплеям

В этом руководстве мы расскажем как использовать TFT LCD дисплеи с Arduino, начиная с базовых команд и заканчивая профессиональным дизайном.

Статьи и уроки в которых используется семейство 8-битных микроконтроллеров AVR от компании Microchip.

УРОКИ ARDUINO: БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ

15.01.2019 конспект был обновлён: поправлено оформление и добавлена информация!

Добро пожаловать в цикл “Уроки Ардуино с нуля, для чайников и школьников”, это официальная страница проекта “Заметки Ардуинщика“. Цикл охватывает все стандартные операторы и функции Ардуино и построен таким образом, что от выпуска к выпуску у зрителя идёт плавное формирование “базы”, каждый последующий урок (видео урок) содержит в себе информацию из предыдущих, то есть уроки усложняются и становятся комплексными.

Урок #0 – что такое Arduino? Возможности

Урок #0.5 – первые шаги, подключение и настройка

Урок #1 – структура скетча и типы данных

Урок #1.1 – операции с переменными и константами

Урок #2 – работа с последовательным портом

Урок #3 – условный оператор и оператор выбора

Урок #4 – функции времени: задержки и таймеры

Урок #5 – цифровые порты и подключение кнопки

Урок #6 – флажки и расширенное управление кнопкой

Урок #7 – правильное подключение светодиодов

Урок #8 – подключение и управление реле

Урок #9 – подключение и управление мосфетом

Урок #10 – оцифровка аналогового сигнала

Урок #11 – ШИМ сигнал, плавное регулирование

Урок #12 – работа с циклами

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:

Руководство по Arduino для начинающих

Данная статья поможет вам начать работу с Arduino и включает в себя описание различных типов Arduino, как загрузить среду разработки программного обеспечения Arduino, и описывает различные платы и принадлежности, доступные для Arduino, и которые понадобятся вам для разработки проектов на Arduino.

Arduino – это одноплатный контроллер с открытыми исходными кодами, который можно использовать в множестве различных приложений. Это возможно самый простой и самый дешевый вариант из микроконтроллеров для любителей, студентов и профессионалов для разработки проектов на основе микроконтроллеров. Платы Arduino используют либо микроконтроллер Atmel AVR, либо микроконтроллер Atmel ARM, и в некоторых версия имеет интерфейс USB. Они также имеют шесть или более выводов аналоговых входов и четырнадцать или более выводов цифровых входов/выходов (I/O), которые используются для подключения к микроконтроллеру датчиков, приводов и других периферийных схем. Цена на платы Arduino в зависимости от набора функций составляет от шести до сорока долларов.

Типы плат Arduino

Существует множество различных типов плат Arduino, как показано в списке ниже, каждая из которых обладает собственным набором функций. Они отличаются по скорости обработки, памяти, портам ввода/вывода и подключению, но основная составляющая их функционала остается неизменной.

На разнообразие плат Arduino и их технические описания можно посмотреть в подразделе «Arduino» раздела «Купить» данного сайта.

Программное обеспечение (IDE)

Программное обеспечение, используемое для программирования Arduino, представляет собой интегрированную среду разработки Arduino IDE. IDE представляет собой Java приложение, которое работает на множестве различных платформ, включая системы PC, Mac и Linux. Она разработана для начинающих, которые не знакомы с программированием. Она включает в себя редактор, компилятор и загрузчик. Также в IDE включены библиотеки кода для использования периферии, например, последовательных портов и различных типов дисплеев. Программы для Arduino называются «скетчами», и они написаны на языке, очень похожем на C или C++.

USB кабель

Большинство плат Arduino подключаются к компьютеру с помощью USB кабеля. Это соединение позволяет загружать скетчи на вашу плату Arduino, а также обеспечивает плату питанием.

USB кабель для Arduino

Программирование

Программирование Arduino легко: сначала вы используете редактор кода IDE для написания программы, а затем компилируете и загружаете её одним кликом.

Программа для Arduino включает в себя две основные функции:

Вы можете использовать функцию setup() для инициализации настроек платы. Эта функция выполняется только один раз, при включении платы.

Функция loop() выполняется после завершения функции setup() , и в отличие от функции setup() она работает постоянно.

Функции программ

Ниже приведен список наиболее часто используемых функции при программировании Arduino:

  • pinMode – устанавливает вывод в режим входа или выхода;
  • analogRead – считывает аналоговое напряжение на аналоговом входном выводе;
  • analogWrite – записывает аналоговое напряжение в аналоговый выходной вывод;
  • digitalRead – считывает значение цифрового входного вывода;
  • digitalWrite – задает значение цифрового выходного вывода в высокий или низкий уровень;
  • Serial.print – пишет данные в последовательный порт в виде удобочитаемого текста ASCII.

Библиотеки Arduino

Библиотеки Arduino представляют собой коллекции функций, которые позволят вам управлять устройствами. Вот некоторые из наиболее широко используемых библиотек:

  • EEPROM – чтение и запись в «постоянно» хранилище;
  • Ethernet – для подключения к интернету, используя плату Arduino Ethernet Shield;
  • Firmata – для связи с приложениями на компьютере, используя стандартный последовательный протокол;
  • GSM – для подключения к сети GSM/GRPS с помощью платы GSM;
  • LiquidCrystal – для управления жидкокристаллическими дисплеями (LCD);
  • SD – для чтения и записи SD карт;
  • Servo – для управления сервоприводами;
  • SPI – для связи с устройствами, используя шину SPI;
  • SoftwareSerial – для последовательной связи через любые цифровые выводы;
  • Stepper – для управления шаговыми двигателями;
  • TFT – для отрисовки текста, изображений и фигур Arduino TFT экранах;
  • WiFi – для подключения к интернету, используя плату Arduino WiFi shield;
  • Wire – двухпроводный интерфейс (TWI/I2C) для передачи и приема данных через сеть устройств или датчиков.

Этапы настройки Arduino

  1. Во-первых, установите IDE. Вы можете скачать IDE с сайта Arduino.
  2. Установите программное обеспечение на свой компьютер.
  3. Теперь запустите .exe файл Arduino IDE. IDE выглядит так:
  4. Напишите в редакторе кода свою программу и загрузите её в Arduino. Чтобы сделать это, необходимо подключить Arduino к компьютеру, используя USB кабель.
  5. В IDE выберите тип Arduino, который вы используете, через меню Tools (Инструменты) → Boards (Платы).
  6. Теперь проверьте свой код, нажав на значок «галки» вверху окна IDE, затем нажмите на соседний значок «стрелка вправо», чтобы скомпилировать и загрузить код в Arduino.

Внимание: возможно, вам понадобится установить драйвера, если ваша система не обнаружит Arduino.

Платы расширения Arduino

Платы расширения Arduino (Arduino Shields) – это платы, которые подключаются к Arduino, чтобы предоставить вам возможность подключать к Arduino периферийные устройства, датчики и приводы. Ниже приведен список некоторых популярных плат расширения:

  • GSM Shield;
  • Ethernet Shield;
  • WiFi Shield;
  • Motor Shield;
  • Proto Shield;
  • Joystick Shield;
  • Bluetooth Shield;
  • Xbee shield.

Комплектующие и принадлежности

Ниже приведен список всех комплектующих и принадлежностей, обычно используемых совместно с Arduino для разработки проектов:

  • Макетная плата
  • USB кабель
  • Батарея 9В
  • светодиоды
  • кнопки
  • конденсаторы
  • регуляторы напряжения
  • датчики (IR, температуры и т.д.)
  • Перемычки
  • Резисторы
  • Потенциометр
  • Двигатели (двигатели постоянного тока, сервоприводы, BLDC)
  • LCD
  • Матричная клавиатура 4×4
  • Платы расширения Arduino

Всё, что необходимое для макетирования, вы можете найти в подразделе Макетирование раздела сайта Купить


Источник: dmitriytishanskiy.ru