Выпуск 2. Основы Arduino для начинающих. Знакомство с Arduino, выбор платы и компонентов для дальнейшей работы

НЕСКОЛЬКО ПОЛЕЗНЫХ СТАТЕЙ

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

• Что такое Ардуино и зачем она нужна?
• Что умеет Ардуино и что можно сделать на её основе?
• Подключение датчиков к Ардуино
• Питание Arduino от различных источников электричества

Урок #0.5 – первые шаги, подключение и настройка

• Где скачать среду разработки, драйвера и всё настроить
• Как запустить скачанный скетч, установить библиотеки и прошить на Arduino

Урок #1 – структура скетча и типы данных

• Структура прошивок в Ардуино, работа с файлами
• Типы данных в языке Ардуино и их особенности

Урок #1.1 – операции с переменными и константами

• Математические операторы для работы с переменными
• Особенности переменных и констант

Урок #2 – работа с последовательным портом

• Общение между компьютером и Arduino Через COM порт
• Рассматриваем приём и передачу данных

Урок #3 – условный оператор и оператор выбора

• Учимся работать с значениями переменных при помощи условий
• В качестве примера пишем текстовое меню для монитора порта

Урок #4 – функции времени: задержки и таймеры

• Учимся работать с задержками, и сразу перестаём их использовать
• Разбираемся с конструкциями таймера millis()

Урок #5 – цифровые порты и подключение кнопки

• Учимся настраивать цифровые и аналоговые порты
• Генерируем и считываем цифровой сигнал, подключаем кнопку

Урок #6 – флажки и расширенное управление кнопкой

• Учимся работать с логическими “флажками”
• Расширяем возможности одной кнопки: двойное нажатие, защита от дребезга

Урок #7 – правильное подключение светодиодов

• Учимся подключать светодиод и рассчитывать резистор
• Управляем включением и выключением одного и нескольких светодиодов

Урок #8 – подключение и управление реле

• Какие существуют типы реле? В чём достоинства и недостатки?
• Как подключить реле и как им управлять?

Урок #9 – подключение и управление мосфетом

• Как подключить мосфет?
• Как выбрать мосфет для своего проекта?

Урок #10 – оцифровка аналогового сигнала

• Как использовать аналоговые пины?
• Как принять сигнал и перевести его в нужное значение?

Урок #11 – ШИМ сигнал, плавное регулирование

• Что такое ШИМ сигнал?
• Как плавно управлять мощностью нагрузки постоянного тока?

Урок #12 – работа с циклами

• Работа с циклом-счётчиком for
• Работа с циклом с пред- и постусловием while

Урок #13 – создаём функцию

• Создаём ничего не возвращающие функции
• Создаём возвращающие функции

Урок #14 – случайные числа

• Получаем псевдослучайные числа при помощи функции random

• Оптимизируем систему

Урок #15 – массивы данных

• Учимся объявлять и использовать массивы
• Смотрим и запоминаем несколько полезных алгоритмов

Урок #16 – прерывания

• Что такое прерывания и зачем они нужны
• Использование и несколько примеров

ВИДЕОУРОКИ ПО ПАЙКЕ И РАБОТЕ С ПАЯЛЬНИКОМ

ВИДЕОУРОКИ ПО РАБОТЕ С МОДУЛЯМИ И ЖЕЛЕЗКАМИ

Управление сервоприводом

Управление бесколлекторным двигателем

БЕСПРОВОДНАЯ СВЯЗЬ ARDUINO И РАДИОУПРАВЛЕНИЕ

Подключение и настройка модуля на nRF24L01

Управление яркостью света, нагрузкой и сервоприводом

Уроки по Ардуино для начинающих ► это развитие творческого и конструкторского мышления, вовлечение детей в технические кружки. Программа уроков Arduino разбита на модули по 16 занятий и рассчитана на детей с нулевыми знаниями в электротехнике и программировании. По окончании каждого модуля у ребенка остается робот или «умное» устройство, полностью сделанное своими руками.

Курс «Ардуино для начинающих»

ВведениеАрдуино: что это такое?Алгоритмы в робототехникеОсновные законы электричества

Модуль 1. «Ардуино — Старт»

1.1. Назначение пинов на Ардуино 1.2. Подключение светодиода к Ардуино 1.3. Мигание светодиода на Ардуино 1.4. Включение светодиода кнопкой 1.5. Задержки Ардуино — delay и millis 1.6. Подключение пьезоизлучателя к Ардуино 1.7. Монитор порта Arduino IDE 1.8. Аналоговый и цифровой выход на Ардуино 1.9. Подключение RGB светодиода к Ардуино 1.10. Аналоговые порты на Ардуино 1.11. Подключение потенциометра к Ардуино 1.12. Циклы for и while в Ардуино 1.13. Плавное включение светодиода 1.14. Последовательное включение светодиодов 1.15. Подключение датчика воды к Ардуино 1.16. Подключение фоторезистора к Ардуино 1.17. Подключение тактовой кнопки к Ардуино 1.18. Включение светодиода кнопкой Ардуино 1.19. Подключение датчика LM35 к Ардуино 1.20. Подключение транзистора к Ардуино 1.21. Подключение лазерного светодиода 1.22. Подключение моторчика к Ардуино 1.23. Семисегментный индикатор Ардуино 1.24. Локальные и глобальные переменные

Модуль 2. «Ардуино — Шилд»

2.1. Подключение реле к Ардуино 2.2. Подключение датчика препятствия 2.3. Подключение сервопривода к Ардуино 2.4. Плавное вращение сервопривода 2.5. Управление Ардуино с компьютера 2.6. Подключение датчика звука к Ардуино 2.7. Подключение датчика движения к Ардуино 2.8. Подключение датчика вибрации к Ардуино 2.9. Подключение модуля с кнопкой 2.10. Подключение датчика освещенности 2.11. Подключение ИК приемника к Ардуино 2.12. Подключение УЗ дальномера к Ардуино 2.13. Подключение датчика DHT11 к Ардуино 2.14. Подключение LCD дисплея к Ардуино 2.15. Русский шрифт на LCD дисплее 2.16. Подключение джойстика к Ардуино 2.17. Управление сервоприводом джойстиком 2.18. Как подключить шаговый двигатель 2.19. Подключение датчика цвета к Ардуино 2.20. Подключение мотор шилд к Ардуино 2.21. Подключение датчика пламени Ардуино 2.22. Подключение датчика геркона к Ардуино 2.23. Подключение датчика тока к Ардуино 2.24. Подключение тензодатчика к Ардуино 2.25. Подключение энкодера к Ардуино 2.26. Четырехразрядный семисегментный индикатор

Модуль 3. «Ардуино — IoT»

3.1. Изменение частоты ШИМ Ардуино 3.2. Arduino EEPROM запись, чтение данных 3.3. Подключение LED ленты к Ардуино 3.4. Подключение DS18B20 к Arduino 3.5. Подключение DF Player mini к Ардуино 3.6. Радио модуль nRF24L01: описание, распиновка 3.7. Подключение модуля nRF24L01 к Ардуино 3.8. Подключение блютуз модуля к Ардуино 3.9. Прошивка блютуз модуля HC-05/06 3.10. Подключение модуля HR911105A к Ардуино

Реализуемые проекты

Машинка с управлением от смартфонаЛодка на Ардуино с ИК управлениемМетеостанция на Ардуино и Андроид

Что дают уроки для начинающих по Ардуино? Arduino UNO — это электронный конструктор, пользующийся огромной популярностью благодаря простоте программирования и возможностью создавать устройства, выполняющие разнообразные функции. Программирование производится на языке C++ или при помощи языка визуального программирования Scratch for Arduino.

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:

И естественно, море полезной информации на Хабрхабре.

Используемые источники:

• https://alexgyver.ru/arduino_lessons/
• https://xn--18-6kcdusowgbt1a4b.xn--p1ai/%d1%80%d0%be%d0%b1%d0%be%d1%82%d0%be%d1%82%d0%b5%d1%85%d0%bd%d0%b8%d0%ba%d0%b0-%d0%b0%d1%80%d0%b4%d1%83%d0%b8%d0%bd%d0%be/
• https://arduinomaster.ru/uroki-arduino/arduino-uroki-nachalo-raboty/