Уроки ардуино

Что такое Arduino и для чего оно нужно?

Arduino — это электронный конструктор, который позволяет любому человеку создавать разнообразные электро-механические устройства. Ардуино состоит из программной и аппаратной части. Программная часть включает в себя среду разработки (программа для написания и отладки прошивок), множество готовых и удобных библиотек, упрощенный язык программирования. Аппаратная часть включает в себя большую линейку микроконтроллеров и готовых модулей для них. Благодаря этому, работать с Arduino очень просто!

С помощью ардуино можно обучаться программированию, электротехнике и механике. Но это не просто обучающий конструктор. На его основе вы сможете сделать действительно полезные устройства. Начиная с простых мигалок, метеостанций, систем автоматизации и заканчивая системой умного дома, ЧПУ станками и беспилотными летательными аппаратами. Возможности не ограничиваются даже вашей фантазией, потому что есть огромное количество инструкций и идей для реализации.

проекты на Arduino

Язык программирования Ардуино

Когда у вас есть на руках плата микроконтроллера и на компьютере установлена среда разработки, вы можете приступать к написанию своих первых скетчей (прошивок). Для этого необходимо ознакомиться с языком программирования.

Для программирования Arduino используется упрощенная версия языка C++ с предопределенными функциями. Как и в других Cи-подобных языках программирования есть ряд правил написания кода. Вот самые базовые из них:

• После каждой инструкции необходимо ставить знак точки с запятой (;)
• Перед объявлением функции необходимо указать тип данных, возвращаемый функцией или void если функция не возвращает значение.
• Так же необходимо указывать тип данных перед объявлением переменной.
• Комментарии обозначаются: // Строчный и /* блочный */

Подробнее о типах данных, функциях, переменных, операторах и языковых конструкциях вы можете узнать на странице по программированию Arduino. Вам не нужно заучивать и запоминать всю эту информацию. Вы всегда можете зайти в справочник и посмотреть синтаксис той или иной функции.

Все прошивки для Arduino должны содержать минимум 2 функции. Это setup() и loop().

Функция setup

Функция setup() выполняется в самом начале и только 1 раз сразу после включения или перезагрузки вашего устройства. Обычно в этой функции декларируют режимы пинов, открывают необходимые протоколы связи, устанавливают соединения с дополнительными модулями и настраивают подключенные библиотеки. Если для вашей прошивки ничего подобного делать не нужно, то функция все равно должна быть объявлена. Вот стандартный пример функции setup():

Функция loop

Функция loop() выполняется после функции setup(). Loop в переводе с английского значит «петля». Это говорит о том что функция зациклена, то есть будет выполняться снова и снова. Например микроконтроллер ATmega328, который установлен в большинстве плат Arduino, будет выполнять функцию loop около 10 000 раз в секунду (если не используются задержки и сложные вычисления). Благодаря этому у нас есть большие возможности.

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.

Скачать Arduino 1.8.6

IDE 1.8.6 появилась в августе 2018 года.  По сравнению с предыдущей версией, в 1.8.6 было добавлено много улучшений.

Изменения в версии 1.8 6

Список дополнений и улучшений:

• Улучшена производительность компиляции проектов за счет распараллеливания процессов и повторного использования скомпилированных фрагментов проекта.
• Прочие улучшения интерфейса:
  • Добавлены клавиатурные ускорители при прокрутке меню (нажмите клавишу ‘a’).
  • Добавлен скроллер в меню программирования.
  • Улучшение диалогового окна «Поиск/Замены»
• Возможность выбора тем – традиционно устанавливаемых в соответствующую папку в виде архива.
• Информация об ошибках выводится в более структурированном формате – с указанием не только строки, но и столбца.
• Монитор порта теперь может показывать информацию о времени (timestamp)
• Добавлены переводы для типов в библиотеках.
• Улучшена функциональность работы с дисплеями высокой четкости (Hi-resolution) в Linux
• Для пользователей Windows исправлены ошибки функциональности сборки проектов из файлов, хранящихся в облачном хранилище OneDrive.
• Ускорен старт программы в случае использования виртуальных сетевых подключений
• Улучшение в менеджере библиотек (поиск, установка).
• Исправление множества небольших ошибок в интерфейсе, повышенная стабильность ядра.

3. Подключение платы Arduino к компьютеру

1. Соедините Arduino с компьютером по USB-кабелю. На плате загорится светодиод «ON» и начнёт мигать светодиод «L». Это значит, что на плату подано питание и микроконтроллер начал выполнять прошитую на заводе программу «Blink».
2. Для настройки Arduino IDE под конкретную модель узнайте, какой номер COM-порта присвоил компьютер вашей плате. Зайдите в «Диспетчер устройств» Windows и раскройте вкладку «Порты (COM и LPT)».

Операционная система распознала плату Arduino как COM-порт и назначила номер . Если вы подключите к компьютеру другую плату, операционная система назначит ей другой номер

Если у вас несколько платформ, очень важно не запутаться в номерах COM-портов.

Что-то пошло не так?

После подключения Arduino к компьютеру, в диспетчере устройств не появляются новые устройства? Это может быть следствием следующих причин:

• Неисправный USB-кабель или порт
• Блокировка со стороны операционной системы
• Неисправная плата

С чего начать работу с Ардуино

Если вы делаете первые шаги в мире Ардуино, то советуем вам заранее приготовиться к двойному потоку знаний. Во-первых, вам придется разобраться с тем, что такое контроллер Arduino, какие устройства можно к нему подключить и как это сделать. Потребуется разобраться с основами электроники. Во-вторых, придется научиться навыкам программирования в Arduino. Для профессиональной работы нужны знания C++, для начинающих доступны многочисленные графические среды с блочным программированием. Например, mBlock или ArduBlock. При отсутствии реальной платы можно воспользоваться одним из эмуляторов ардуино.

Все это потребует и времени, и знаний, но результатом станет удивительное ощущение восторга от сделанных своими руками умных устройств

Счастья от того, что вы стали почти волшебником, приближаясь шаг за шагом к вершинам технического мастерства. Крайне важно, чтобы теория сочеталась с практикой и вы как можно быстрее переходили от чтения статей к созданию реальных устройств

Простые проекты Ардуино

Давайте начнем наш обзор с традиционно самых простых, но очень важных проектов, включающих в себя минимальное количество элементов: светодиоды, резисторы и, конечно же, плату ардуино. Все примеры рассчитаны на использование Arduino Uno, но с минимальными изменениями будут работать на любой плате: от Nano и Mega до Pro, Leonardo и даже LilyPad.

Проект с мигающим светодиодом – маячок

Все без исключения учебники и пособия для начинающих по ардуино стартуют с примера мигания светодиодом. Этому есть две причины: такие проекты требуют минимального программирования и их можно запустить даже без сборки электронной схемы – уж что-что, а светодиод есть на любой плате ардуино. Поэтому и мы не станем исключением – давайте начнем с маячка.

Нам понадобится:

• Плата Ардуино Uno, Nano или Mega со встроенным светодиодом, подключенным к 13 пину.
• И все.

Что должно получиться в итоге:

Светодиод мигает – включается и выключается через равные промежутки времени (по умолчанию – 1 сек). Скорость включения и выключения можно настраивать.

Схема проекта

Схема проекта довольно проста:  нам нужен только контроллер ардуино со встроенным светодиодом, подсоединенным к пину 13. Именно этим светодиодом мы и будем мигать. Подойдут любые популярные платы: Uno, Nano, Mega и другие.

Подсоединяем Arduino к компьютеру, убеждаемся, что плата ожила и замигала загрузочными огоньками. Во многих платах «мигающий» скетч уже записан в микроконтроллер, поэтому светодиод может начать мигать сразу после включения.

С помощью такого простого проекта маячка вы можете быстро проверить работоспособность платы: подключите ее к компьютеру, залейте скетч и по миганию светодиода сразу станет понятно – работает плата или нет.

Программирование в проекте Ардуино

Если в вашей плате нет загруженного скетча маячка – не беда. Можно легко загрузить уже готовый пример, доступный в среде программирования Ардуино.

Открываем программу Arduino IDE, убеждаемся, что выбран нужный порт.

Проверка порта Ардуино – выбираем порт с максимальным номером

Затем открываем уже готовый скетч Blink – он находится в списке встроенных примеров. Откройте меню Файл, найдите подпункт с примерами, затем Basics и выберите файл Blink.

Открываем пример Blink в Ардуино IDE

В открытом окне отобразится исходный код программы (скетча), который вам нужно будет загрузить в контроллер. Для этого просто нажимаем на кнопку со стрелочкой.

Кнопки компиляции и загрузки скетча
Информация в Arduino IDE – Загрузка завершена

Ждем немного (внизу можно отследить процесс загрузки) – и все. Плата опять подмигнет несколькими светодиодами, а затем один из светодиодов начнет свой размеренный цикл включений и выключений. Можно вас поздравить с первым загруженным проектом!

Проект маячка со светодиодом и макетной платой

В этом проекте мы создадим мигающий светодиод – подключим его с помощью проводов, резистора и макетной платы к ардуино. Сам скетч и логика работы останутся таким же – светодиод включается и выключается.

Графическое изображение схемы подключения доступно на следующем рисунке:

Другие идеи проектов со светодиодами:

• Мигалка (мигаем двумя свтодиодами разных цветов)
• Светофор
• Светомузыка
• Сонный маячок
• Маячок – сигнализация
• Азбука Морзе

Подробное описание схемы подключения и логики работы программы можно найти в отдельной статье, посвященной проектам со светодиодами.

Установка Arduino IDE

Если вы скачали архив, то просто распакуйте его и запустите Arduino.exe.

Если вы скачали установочный файл то вам необходимо выполнить стандартную установку. Процесс установки очень прост и не займет много времени, но для полноты статьи я распишу его подробно.

Запускаем установочный файл. Соглашаемся с условиями лицензионного соглашения (естественно после прочтения).

Соглашаемся с условиями

Выбираем необходимые модули программы. Первые два должны быть отмечены обязательно. Остальные на ваше усмотрение.

Выбор компонентов Arduino ide

Далее указываем папку в которую хотим установить программу. Желательно, что бы путь к этой папке не содержал кириллических символов.

Выбор пути установки программы

Во время установки может появиться окно с предложением установки драйвера USB-to-serial. Соглашаемся и ждем окончания установки. На этом весь процесс завершен. Осталось настроить среду разработки и можно творить.

Sketch

A sketch is the name that Arduino uses for a program. It’s the unit of code that is uploaded to and run on an Arduino board.

Comments

The first few lines of the Blink sketch are a comment:

/*
 * Blink
 *
 * The basic Arduino example.  Turns on an LED on for one second,
 * then off for one second, and so on…  We use pin 13 because,
 * depending on your Arduino board, it has either a built-in LED
 * or a built-in resistor so that you need only an LED.
 *
 * http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Blink
 */

Everything between the and is ignored by the Arduino when it runs the sketch (the at the start of each line is only there to make the comment look pretty, and isn’t required). It’s there for people reading the code: to explain what the program does, how it works, or why it’s written the way it is. It’s a good practice to comment your sketches, and to keep the comments up-to-date when you modify the code. This helps other people to learn from or modify your code.

There’s another style for short, single-line comments. These start with and continue to the end of the line. For example, in the line:

int ledPin = 13;                // LED connected to digital pin 13

the message «LED connected to digital pin 13» is a comment.

Variables

A variable is a place for storing a piece of data. It has a name, a type, and a value. For example, the line from the Blink sketch above declares a variable with the name , the type , and an initial value of 13. It’s being used to indicate which Arduino pin the LED is connected to. Every time the name appears in the code, its value will be retrieved. In this case, the person writing the program could have chosen not to bother creating the variable and instead have simply written 13 everywhere they needed to specify a pin number. The advantage of using a variable is that it’s easier to move the LED to a different pin: you only need to edit the one line that assigns the initial value to the variable.

Often, however, the value of a variable will change while the sketch runs. For example, you could store the value read from an input into a variable. There’s more information in the Variables tutorial.

Functions

A function (otherwise known as a procedure or sub-routine) is a named piece of code that can be used from elsewhere in a sketch. For example, here’s the definition of the function from the Blink example:

void setup(){
  pinMode(ledPin, OUTPUT);      // sets the digital pin as output}

The first line provides information about the function, like its name, «setup». The text before and after the name specify its return type and parameters: these will be explained later. The code between the and is called the body of the function: what the function does.

You can call a function that’s already been defined (either in your sketch or as part of the Arduino language). For example, the line calls the function, passing it two parameters: and . These parameters are used by the function to decide which pin and mode to set.

pinMode(), digitalWrite(), and delay()

The function configures a pin as either an input or an output. To use it, you pass it the number of the pin to configure and the constant INPUT or OUTPUT. When configured as an input, a pin can detect the state of a sensor like a pushbutton; this is discussed in a later tutorial. As an output, it can drive an actuator like an LED.

The functions outputs a value on a pin. For example, the line:

digitalWrite(ledPin, HIGH);

set the (pin 13) to HIGH, or 5 volts. Writing a LOW to pin connects it to ground, or 0 volts.

The causes the Arduino to wait for the specified number of milliseconds before continuing on to the next line. There are 1000 milliseconds in a second, so the line:

delay(1000);

creates a delay of one second.

setup() and loop()

There are two special functions that are a part of every Arduino sketch: and . The is called once, when the sketch starts. It’s a good place to do setup tasks like setting pin modes or initializing libraries. The function is called over and over and is heart of most sketches. You need to include both functions in your sketch, even if you don’t need them for anything.

Exercises

1. Change the code so that the LED is on for 100 milliseconds and off for 1000.

2. Change the code so that the LED turns on when the sketch starts and stays on.

Скачать Arduino 1.8.7

Версия 1.8.x Arduino IDE появилась 11 Сентября 2018 года и является последней стабильной на момент написания статьи. По сравнению с 1.8.6 вы не найдете существенных улучшений в интерфейсе  – все изменения, в основном, касались исправления ошибок и повышения стабильности работы.

Изменения в версии 1.8.7

Из наиболее важных изменений данной версии можно выделить следующее:

• Исправлена проблема выбора порта при первом использовании.
• Исправлены ошибки запуска с некорректным файлом library_index.json или некорректными версиями библиотек.
• Исправлены проблемы с низкой скоростью отрисовки меню File и Tools на версии для Mac OS X.
• Улучшена работы с диалоговыми окнами в MAC OS.
• Повышена стабильность работы системы в целом (исправлены ошибки ядра).

Introduction to the Arduino Board

Looking at the board from the top down, this is an outline of what you will see (parts of the board you might interact with in the course of normal use are highlighted):

Starting clockwise from the top center:

• Analog Reference pin (orange)
• Digital Ground (light green)
• Digital Pins 2-13 (green)
• Digital Pins 0-1/Serial In/Out — TX/RX (dark green) — These pins cannot be used for digital i/o (digitalRead and digitalWrite) if you are also using serial communication (e.g. Serial.begin).
• Reset Button — S1 (dark blue)
• In-circuit Serial Programmer (blue-green)
• Analog In Pins 0-5 (light blue)
• Power and Ground Pins (power: orange, grounds: light orange)
• External Power Supply In (9-12VDC) — X1 (pink)
• Toggles External Power and USB Power (place jumper on two pins closest to desired supply) — SV1 (purple)
• USB (used for uploading sketches to the board and for serial communication between the board and the computer; can be used to power the board) (yellow)

Microcontrollers

Digital Pins

In addition to the specific functions listed below, the digital pins on an Arduino board can be used for general purpose input and output via the pinMode(), digitalRead(), and digitalWrite() commands. Each pin has an internal pull-up resistor which can be turned on and off using digitalWrite() (w/ a value of HIGH or LOW, respectively) when the pin is configured as an input. The maximum current per pin is 40 mA.

• Serial: 0 (RX) and 1 (TX). Used to receive (RX) and transmit (TX) TTL serial data. On the Arduino Diecimila, these pins are connected to the corresponding pins of the FTDI USB-to-TTL Serial chip. On the Arduino BT, they are connected to the corresponding pins of the WT11 Bluetooth module. On the Arduino Mini and LilyPad Arduino, they are intended for use with an external TTL serial module (e.g. the Mini-USB Adapter).

• External Interrupts: 2 and 3. These pins can be configured to trigger an interrupt on a low value, a rising or falling edge, or a change in value. See the attachInterrupt() function for details.

• PWM: 3, 5, 6, 9, 10, and 11. Provide 8-bit PWM output with the analogWrite() function. On boards with an ATmega8, PWM output is available only on pins 9, 10, and 11.

• BT Reset: 7. (Arduino BT-only) Connected to the reset line of the bluetooth module.

• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). These pins support SPI communication, which, although provided by the underlying hardware, is not currently included in the Arduino language.

• LED: 13. On the Diecimila and LilyPad, there is a built-in LED connected to digital pin 13. When the pin is HIGH value, the LED is on, when the pin is LOW, it’s off.

Analog Pins

In addition to the specific functions listed below, the analog input pins support 10-bit analog-to-digital conversion (ADC) using the analogRead() function. Most of the analog inputs can also be used as digital pins: analog input 0 as digital pin 14 through analog input 5 as digital pin 19. Analog inputs 6 and 7 (present on the Mini and BT) cannot be used as digital pins.

I2C: 4 (SDA) and 5 (SCL). Support I2C (TWI) communication using the Wire library (documentation on the Wiring website).

Power Pins

• 5V. The regulated power supply used to power the microcontroller and other components on the board. This can come either from VIN via an on-board regulator, or be supplied by USB or another regulated 5V supply.

• 3V3. (Diecimila-only) A 3.3 volt supply generated by the on-board FTDI chip.

• GND. Ground pins.

Other Pins

• AREF. Reference voltage for the analog inputs. Used with analogReference().

• Reset. (Diecimila-only) Bring this line LOW to reset the microcontroller. Typically used to add a reset button to shields which block the one on the board.

Цифровые выводы

Выводы платформы Arduino могут работать как входы или как выходы. Данный документ объясняет функционирование выводов в этих режимах

Также необходимо обратить внимание на то, что большинство аналоговых входов Arduino (Atmega) могут конфигурироваться и работать так же как и цифровые порты ввода/вывода

Свойства порта вводы/вывода (pin), сконфигурированного как порт ввода

Выводы Arduino (Atmega) стандартно настроены как порты ввода, таким образом, не требуется явной декларации в функции pinMode(). Сконфигурированные порты ввода находятся в высокоимпедансном состоянии. Это означает то, что порт ввода дает слишком малую нагрузки на схему, в которую он включен. Эквивалентом внутреннему сопротивлению будет резистор 100 МОм подключенный к выводу микросхемы. Таким образом, для перевода порта ввода из одного состояния в другое требуется маленькое значение тока. Это позволяет применять выводы микросхемы для подключения емкостного датчика касания, фотодиода, аналогового датчика со схемой, похожей на RC-цепь.

С другой стороны, если к данному выводу ничего не подключено, то значения на нем будут принимать случайные величины, наводимые электрическими помехами или емкостной взаимосвязью с соседним выводом.

Подтягивающие (нагрузочные) резисторы

Если на порт ввода не поступает сигнал, то в данном случае рекомендуется задать порту известное состояние. Это делается добавлением подтягивающих резисторов 10 кОм, подключающих вход либо к +5 В (подтягивающие к питанию резисторы), либо к земле (подтягивающие к земле резисторы).

Микроконтроллер Atmega имеет программируемые встроенные подтягивающие к питанию резисторы 20 кОм. Программирование данных резисторов осуществляется следующим образом.

pinMode(pin, INPUT);           // назначить выводу порт ввода
digitalWrite(pin, HIGH);       // включить подтягивающий резистор

Подтягивающий резистор пропускает ток достаточный для того, чтобы слегка светился светодиод подключенный к выводу, работающему как порт ввода. Также легкое свечение светодиодов означает то, что при программировании вывод не был настроен как порт вывода в функции pinMode().

Подтягивающие резисторы управляются теми же регистрами (внутренние адреса памяти микроконтроллера), что управляют состояниями вывода: HIGH или LOW. Следовательно, если вывод работает как порт ввода со значением HIGH, это означает включение подтягивающего к питанию резистора, то конфигурация функцией pinMode() порта вывода на данном выводе микросхемы передаст значение HIGH. Данная процедура работает и в обратном направлении, т.е. если вывод имеет значение HIGH, то конфигурация вывода микросхемы как порта ввода функцией pinMode() включит подтягивающий к питанию резистор.

Примечание: Затруднительно использовать вывод микросхемы 13 в качестве порта ввода из-за подключенных к нему светодиода и резистора. При подключении подтягивающего к питанию резистора 20 кОм на вводе будет 1.7 В вместо 5 В, т.к. происходит падение напряжения на светодиоде и включенном последовательно резисторе. При необходимости использовать вывод микросхемы 13 как цифровой порт ввода требуется подключить между выводом и землей внешний подтягивающий резистор. 

Свойства порта ввода/вывода, сконфигурированного как порт вывода

Выводы, сконфигурированные как порты вывода, находятся в низкоимпедансном состоянии. Данные выводы могут пропускать через себя достаточно большой ток. Выводы микросхемы Atmega могут быть источником (положительный) или приемником (отрицательный) тока до 40 мА для других устройств. Такого значения тока достаточно чтобы подключить светодиод (обязателен последовательно включенный резистор), датчики, но недостаточно для большинства реле, соленоидов и двигателей.

Короткие замыкания выводов Arduino или попытки подключить энергоемкие устройства могут повредить выходные транзисторы вывода или весь микроконтроллер Atmega. В большинстве случаев данные действия приведут к отключению вывода на микроконтроллере, но остальная часть схемы будет работать согласно программе. Рекомендуется к выходам платформы подключать устройства через резисторы 470 Ом или 1 кОм, если устройству не требуется больший ток для работы.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине