Arduino для начинающих: пошаговые инструкции

September 26, 2015

Arduino является очень популярным среди всех любителей конструировать. Следует ознакомить с ними и тех, кто ни разу про него не слышал.

Как вкратце можно охарактеризовать Arduino? Оптимальными словами будут такие: электронный конструктор. Arduino представляет собой инструмент, с помощью которого можно создавать различные электронные устройства. По сути, это настоящая аппаратная вычислительная платформа универсального предназначения. Она может использоваться как для построения простых схем, так и для реализации довольно сложных проектов.

Базируется конструктор на своей аппаратной части, которая представляет собой плату ввода-вывода. Для программирования платы используются языки, которые основаны на C/C++. Они получили название, соответственно, Processing/Wiring. От группы С они унаследовали предельную простоту, благодаря чему осваиваются они весьма быстро любым человеком, и применять знания на практике не является довольно значительной проблемой. Чтобы вы понимали легкость работы, часто говорят, что Arduino - для начинающих волшебников-конструкторов. Разобраться с платами "Ардуино" могут даже дети.

Применение Arduino довольно разнообразно, его можно использовать, как и для простейших примеров, которые будут рекомендованы в конце статьи, так и для довольно сложных механизмов, среди которых манипуляторы, роботы или производственные станки. Некоторые умельцы умудряются на основе таких систем делать планшеты, телефоны, системы наблюдения и безопасности домов, системы «умный дом» или просто компьютеры. Arduino-проекты для начинающих, которыми может для начала заняться даже тот, кто не имеет опыта, находятся в конце статьи. Их даже можно использовать для создания примитивных систем виртуальной реальности. Всё благодаря довольной универсальной аппаратной составляющей и возможностям, которые предоставляет программирование Arduino.

Оригинальными считаются составляющие, произведённые в Италии. Но и цена таких комплектов не низкая. Поэтому целый ряд компаний или даже отдельные люди кустарным методом изготавливают Arduino-совместимые устройства и компоненты, которые в шутку прозывают производственными клонами. При покупке таких клонов нельзя с уверенностью сказать, что они будут работать, но желание сэкономить берёт свое.

Составляющие могут приобретаться или в составе комплектов, или по отдельности. Существуют даже уже заранее подготовленные наборы, чтобы собрать машинки, вертолёты с различными типами управления или корабли. Набор, как на фотографии вверху, произведённый в Китае, обойдётся в 49 долларов.

Плата Ардуино является простым микроконтроллером AVR. который был прошит бутлоадером и имеет минимально необходимый минимум USB-UART порт. Есть ещё важные составляющие, но в пределах статьи лучше будет остановиться только на этих двух составляющих.

Сначала о микроконтроллере, механизме, построенном на одной схеме, в которой и размещается разработанная программа. На программу могут влиять нажатия кнопок, получение сигналов от составляющих творения (резисторов, транзисторов, датчиков и т. д.) и т. д. Причем датчики могут быть самые различные по своему предназначению: освещения, ускорения, температуры, расстояния, давления, препятствия и т. д. В качестве устройств индикации может вестись использование простых деталей, от светодиодов и пищалок к сложным устройствам, вроде графических дисплеев. В качестве исполнительных устройств рассматриваются моторчики, клапаны, реле, сервомашинки, электромагниты и множество других, которых перечислять очень и очень долго. С чем-то из этих списков МК работает прямо, с помощью соединительных проводов. Для некоторых механизмов нужны переходные устройства. Но если вы уж начнёте конструировать, оторваться вам будет сложно. Теперь поговорим о программировании Arduino.

Уже готовую к работе на микроконтроллере программу называют прошивкой. Может быть как один проект, так и проекты Arduino, поэтому каждую прошивку желательно было бы хранить в отдельной папке, чтобы ускорить процесс нахождения нужных файлов. Она прошивается на кристалл МК посредством специализированных устройств: программаторов. И тут "Ардуино" имеет одно преимущество – ему не нужен программатор. Всё сделано так, чтобы программирование Arduino для начинающих не составляло труда. Написанный код можно загрузить в МК посредством USB-шнура. Достигается это преимущество не каким-то встроенным уже заранее программатором, а спецпрошивкой – бутлоадером. Бутлоадер является специальной программкой, которая запускается сразу после подключения и слушает, будут ли какие-то команды, прошивать ли кристалл, есть ли проекты Arduino или нет. Из использования бутлоадера выплывает несколько очень привлекательных плюсов:

1. Использование только одного канала связи, что не требует дополнительных затрат по времени. Так, проекты Arduino не требуют, чтобы вы подключали множество различных проводов, и возникала путаница при их использовании. Для успешной работы хватает одного USB-шнура.
2. Защита от кривых рук. Довести микроконтроллер до состояния кирпича с помощью прямой прошивки довольно легко, сильно напрягаться не надо. При работе с бутлоадером до потенциально опасных настроек вам не добраться (с помощью программы разработки, конечно, а так сломать можно всё). Поэтому Arduino для начинающих предназначен не только с той точки зрения, что понятен и удобен, он ещё позволит избежать нежелательных денежных трат, связанных с неопытностью работающего с ними человека.

Когда вы обзавелись комплектом, паяльником, канифолью и припоем, не следует сразу лепить очень сложные конструкции. Их, конечно, слепить можно, но шанс успеха в Arduino для начинающих довольно низкий при сложных проектах. Для тренировки и «набивания» руки вы можете попробовать реализовать несколько более простых задумок, которые помогут разобраться с взаимодействием и работой "Ардуино". В качестве таких первых шагов в работе с Arduino для начинающих можно посоветовать рассмотреть:

1. Создать мигающий светодиод, который будет работать благодаря "Ардуино".
2. Подключение отдельной кнопки к "Ардуино". При этом можно сделать так, чтобы кнопка могла регулировать свечение светодиода из пункта №1.
3. Подключение потенциометра.
4. Управление сервоприводом.
5. Подключение и работа с трехцветным светодиодом.
6. Подключение пьезоэлемента.
7. Подключение фоторезистора.
8. Подключение датчика движения и сигналы о его работе.
9. Подключение датчика влажности или температуры.

Вряд ли вы интересуетесь "Ардуино" для того, чтобы подключать отдельные светодиоды. Скорее всего, вас привлекает возможность создать свою машинку, радиоуправляемый катер или летающую вертушку. Такие проекты сложны в своей реализации, они потребует много времени и усидчивости, но, выполнив их, вы получите то, что желали: ценный опыт конструирования с Arduino для начинающих.

Arduino возможности применения

опубликовал admin вкл вт, 12/03/2013 - 16:15

Arduino представляет собой линейку электронных блоков-плат, которые можно подключать к компьютеру по USB, а в качестве периферии — любые устройства от светодиодов до механизмов радиуоправляемых моделей и роботов. Программы для него пишутся на простом и интуитивно понятном си-подобном языке Wiring (c возможностью подключения сторонних библиотек на C/C++, например, для управления LCD-дисплеями или двигателями), компилируются и загружаются в устройство одной кнопкой, после чего вы тут же получаете работающий автономный гаджет.

Никакого ассемблера, никаких лишних проводов и дорогущих деталей и программаторов — чистое творчество, включай и работай!

После короткого рассказа друзьям и знакомым про Arduino («это типа электронного конструктора, микро-ЭВМ, в который можно загрузить любую программу и получить любое другое устройство») самый часто задаваемый вопрос «А зачем это всё?» или «Какая мне от этого выгода?» Скучные люди, не правда ли? Неужели среди ваших знакомых нет ни одного радиолюбителя, а может вы и сами радиолюбитель?

Применение Arduino очень простое — не забавы ради, а развития мозга для. Интересно же линуксоидам ковыряться в коде ядра? Какая от этого польза? Почему бы вам не заняться «железным» (в противовес «софтовому») творчеством? Вот прямо сейчас рядом со мной сидит коллега-дизайнер и разбирается… с нейронными сетями. В общем что говорить, забыт дух технического творчества, забыты радиокружки и авиамодельные клубы. Все только сидят в своих интернетах и сделать ничего путного в железе, кроме как воткнуть вилку в розетку, не могут. Соберите свой веб-сервер, цветомузыкальную установку или прикольного робота!

Сообщество любителей Arduino уже знает об успешных примерах: GPS-трекер с записью на SD-карту, простой аудиоплеер, Twitter-дисплей, электронные игры с дисплеем и тачскрином… Попробуйте купить радиодеталей и сделать что-то своё! Есть даже готовый набор для создания четырёхъядерного Arduino-кластера.

Arduino Diecimila представляет собой небольшую электронную плату (далее просто плата) ядром которой является микроконтроллер ATmega168. На плате есть: 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут работать в режиме ШИМ (PWM) (а следовательно управлять аналоговыми устройствами вроде двигателей и передавать двоичные данные), 6 аналоговых входов (исходной информацией служат не логические 0/1, а значение напряжения), тактовый генератор на 16 МГц, разъёмы питания и USB, ICSP-порт (что-то вроде последовательного интерфейса для цифровых устройств), несколько контрольных светодиодов и кнопка сброса.

Этого вполне достаточно, чтобы подключить плату к USB-порту компьютера, установить нужный софт и начать программировать.

• Рабочее напряжение: 5 В
• Входное напряжение (рекомендуемое). 7-12 В
• Входное напряжение (пределы). 6-20 В
• Цифровые порты ввода/вывода: 14 портов (из них 6 с ШИМ-сигналом)
• Аналоговые порты ввода: 6 портов
• Ток для портов: 40 мА
• Ток для 3.3В источника: 50 мА
• ППЗУ (Flash Memory): 16 KB (из них 2 Кб используются загрузчиком)
• ОЗУ (SRAM): 1 Кб
• ПЗУ (EEPROM): 512 байт
• Тактовая частота: 16 МГц

Питание
Питание платы осуществляется двумя способами: по кабелю USB (при этом никаких других ухищрений делать не нужно, используется в процессе отладки), либо по специальному разъёму вроде того, что у ноутбуков. В радиомагазине можно купить такой разъём и присоединить к нему аккумулятор или 9-тивольтовую батарейку типа «Крона». Источники питания можно менять перемычкой на плате.

• Цена. В Москве Arduino можно купить меньше чем за 1000 руб. При этом вы покупаете законченное (ну почти) устройство, не требующее дополнительного оборудования, такого, как дорогостоящие программаторы и отладочные стенды, и не требует платного софта.
• Кроссплатформенность. Программное обеспечение Arduino работает на Windows, Macintosh OS X, Linux и других операционных системах, поскольку является открытым и работает на Java. Большинство микроконтроллерных систем ограничиваются Windows.
• Простая среда программирования. Программная оболочка является простой в использовании для новичков, но достаточно гибкой для продвинутых пользователей, чтобы быстро достичь нужного результата. Особенно это удобно в образовательной среде, где студенты могут с лёгкостью разобраться с платформой, а преподаватели — разработать учебный курс и задания.
• Открытый исходный код. Язык может быть расширен с помощью C++ библиотек, более продвинутые специалисты могут создать свой собственный инструментарий для Arduino на основе компилятора AVR C.
• Открытые спецификации и схемы оборудования. Arduino основан на микроконтроллерах Atmel ATMEGA8 и ATMEGA168. Схемы модулей опубликованы под лицензией Creative Commons, поэтому опытные схемотехники могут создать свою собственную версию модуля для своих нужд. Даже сравнительно неопытные пользователи могут сделать макетную версию модуля, чтобы понять, каким образом он работает и сэкономить деньги.

Из недостатков можно отметить, пожалуй, довольно убогую программную оболочку, низкую частоту процессора (чего на самом деле достаточно выше крыши и, кроме того, снижает энергопотребление) и малое количество «дисковой» (флэш) памяти для программ. При такой тактовой частоте и объёме памяти вряд ли получится собрать простой mp3-плеер. Однако вряд ли кто будет пытаться сделать на основе Arduino, скажем, управляемую крылатую ракету. Кроме того, мне не удалось найти вменяемых исходников для сборки avr-gcc. Ну и само собой, придётся знать (или изучить в процессе) основы электроники на уровне «плюс/минус, резистор/конденсатор» — без этого точно никак.

Ардуино инструкция по применению

Меня удивляет отсутствие собранной ПОЛНОЙ инструкции по подключению
Arduino в рунете. Особенно для начинающих. Особенно в Linux. ))) Поэтому вот
она, на примере одной из возможных конфигураций.
Для удешевления процесса мной были куплены простейшие компоненты «Ардуино» и
программатор для неё.
Это: Китайская atmega 168 — Arduinо pro mini 5v 16mhz.
и USB to TTL D-SUN на микросхеме pl2303hx — для заливки скетчей.
За всё отдал 288 рублей. Покупал через интернет на aliexpress.

Проводники были соединены так:

USB to UART это и есть наш программатор USB to TTL, а USB это металлический квадратный
конектор программатора.
Кнопка S1 это та кнопка, которая есть на платке atmega168. На программаторе вместо VCC
может быть написано просто 5в+.
В Ubuntu 14.04 для установки програмного обеспечения для Ардуино выполните в консоли
комманды:

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade
$ sudo apt-get install arduino arduino-core

После установки откройте появившееся ПО — Arduino IDE.
Сначала программа предложит добавить имеющиеся у вас устройства. Это она намекает на ваш
программатор и необходимые для него пакеты. Согласитесь нажав add, сделайте всё, что требует
программа путём согласия. Теперь выйдите из сеанса и снова войдите. Или перезагрузитесь.
Теперь подключив ваш программатор к компьютеру вы сможете найти его в Arduino IDE в
списке устройств:
*сервис->последовательный порт->ttyUSB0.
Цифра у USB может быть другая. Ядро Ubuntu уже знает эту микросхему. ) Никакие драйвера не
нужны. Чтобы этот программатор начал работать с программой Arduino IDE и платкой atmega
168 5v 16 mhz, нужно выбрать в меню программы:
сервис->программатор->USBtinyISP,
а также корректную плату, в моём случае это:
сервис->плата->Arduino Pro or Pro mini (5V, 16Mhz) w/ ATmega168.
Всё. Каких то других настроек больше

Откройте пример Blink. немного подредактируйте время зажигания и потухания светодиода и
прошейте свою «Ардуино». Для этого нажмите в программе Arduino IDE кнопку загрузить и
как только светодиоды у программатора начнут мигать, нажмите кнопку S1 — reset у atmega. C
первого раза скетч может и не загрузиться, потому, что нужно наловчиться нажимать reset
вовремя. О не успешной загрузке будет свидетельствовать надпись:

avrdude: stk500_recv(): programmer is not responding
avrdude: stk500_getsync() attempt 10 of 10: not in sync: resp=0x00

Об успешной сильное/активное мигание светодиодов программатора и надпись Загрузка
завершена.
…И да, atmega будет мигать так, как вы хотели. Всё. Вы готовы заливать скетчи.
В случае если в вашей версии Linux нет в репозитории этих пакетов, можно скачать на сайте
Arduino или на похожих порталах посвящённых Arduino, архив с программой Arduino IDE, в
виде бинарных компонентов. Так же возможно подключить репозитории Ubuntu или другого
дистрибутива, в котором присутствуют эти пакеты. Придётся настроить работу программатора,
последние ядра linux знают этот чип и программатор определяется сразу после подключения.
Проверить можно одной из команд в консоли:
$ dmesg | tail
$ lsusb
В выводе этих комманд вы сможете убедиться, что устройство обнаружено, а подключено оно
будет как /dev/ttyUSB0 или 1,2,3…
Сделайте симлинк на это устройство и определите его как com. Дальше всё будет так же как в
инструкции выше.
* Разные элементы меню программы могут называться и по другому, и на иностранном языке, в
зависимостиот версии, и перевода этой программы. Но разобраться в своей версии не составит
труда, построение меню разных версий аналогично.