Наборы ардуино для начинающих

Модели плат

Существует несколько разновидностей плат Ардуино, которые различаются по частоте процессора, объеме памяти и поддерживаемым архитектурам. Можно выделить следующие модели:

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. Перед приобретением платы нужно заранее продумать будущий проект и выявить требующиеся технические характеристики.

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.

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.

BangBangEducation

Этот практический курс посвящен основам работы с контроллерами из семейства Arduino. Вы узнаете, как быстро и просто прототипировать, используя контроллер и датчики Arduino в любой доступной вам среде, и собирать интерактивные объекты для рекламных событий, умного дома или семейных праздников.

Широкий спектр датчиков и актуаторов позволит добавить интерактивности практически в любую систему, а основы взаимодействия и работы, изучаемые на курсе, позволят сделать это просто, используя системы визуального программирования.

Курс состоит из нескольких модулей. Первый — вводный, его необходимо пройти всем: на нем слушатели подготовят контроллер для дальнейшей работы.

Все последующие модули также рекомендуется пройти, но можно начать с той среды программирования, которая вам близка или уже знакома. Разбираемые среды программирования: TouchDesigner, Ableton (Max), Max/MSP, PureData и Processing.

Кому подойдет курс: всем, кто решил начать изучать Arduino, но пока не хочет программировать на C++.

Для обучения на базе плат расширения нам понадобятся детали/модули:

• Arduino UNO / Mega
• соответствующий вашей плате кабель USB
• Плата расширения*
• Аналоговый модуль потенциометра*
• Модуль кнопка*
Опционально:
• Сервопривод
• Блок питания для сервопривода
• Датчик уровня шума*
• Инфракрасный дальномер Sharp (10−80 см)

Как подключить модуль Ethernet к Arduino

Подключение модулей w5100 к ардуино осуществляется  через SPI. При наличии некоторого опыта работы c платформой никаких трудностей это вызвать не должно. В самом простом случае нужно просто “надеть” плату шилда, вставив в соответствующие разъемы платы Uno или Nano. В случае использования отдельного модуля подключить w5100 к ардуино можно через стандартные SPI-выводы.

Нужно помнить, что в Arduino Uno для SPI выделены пины 11, 12, 13. В Arduino Mega – 50, 51, 52. На шилде для Uno SS сигнал связан с 10 пином. На плате Mega за SS отвечает пин 53, но он не используется. Не смотря на этой, вам нужно обязательно установить его в режим OUTPUT с помощью функции pinMode.

Распиновка шилда с описанием элементов платы для Arduino  Uno представлена на следующем рисунке.

Схема шилда Arduino Ethernet Shield

После подключения внешнего модуля к арудино нужно будет подключить его к уже существующей сетевой инфраструктуре через витую пару с RJ45 разъемом. Причем подключать можно и к WiFi роутеру, что позволяет вашему проекту выходить на связь в беспроводном режиме (провод от ардуино до роутера все равно понадобится).

Выполнив физическое подключение, останется сделать только последний, но самый сложный и важный шаг. Нужно написать и загрузить в плату соответствующий скетч, который превратит плату в сервер, отвечающий на запросы удаленных устройств или в клиента, собирающего данные с серверов или отправляющего на них данные.

История компании

(для подготовки этого раздела использовались данные интервью и официальной информации компании, доступной в публичном доступе в интернете).

История Амперки – отличный вдохновляющий пример того, как российские инженеры благодаря своим знаниям, настойчивости и энергии могут достигать успеха и становиться лидерами рынка.

Компания была создана в 2010 году, когда Виктор Накоряков при стечении некоторых обстоятельств задумался о создании энергосистемы с возможностью отследить ее состояние. Обратившись к всемогущему поисковику Google, он познакомился с решениями компании Robot Italy, которая является производителем известных в мире микросхем Arduino.

Поделившись своей идеей с одноклассником Михаилом Белогорцевым, они приняли решение о создании собственной компании «Амперка», которая будет продавать Ардуино в России. Первая закупка была сделана на 40 тысяч рублей, которые партнеры достали из собственных семейных бюджетов.

Интересно! Первоначально целью «Амперки» были продажи готовых наборов, содержащих все необходимое для создания готовых устройств. А первые наборы от компании разлетелись буквально за 7 минут, благодаря грамотной рекламе в правильном месте.

Поняв, что спрос на продукцию в стране есть, руководители решились на заказ крупной коммерческой партии из Италии. А также наняли первого сотрудника, которым стал студент, собирающий необходимые наборы и отвозящий их клиентам.

Быстрый рост количества заказов и отсутствие необходимого капитала стало поводом для оформления ссуды в банке, которую оформил сначала отец Накорякова, а после и сам его партнер Белогорцев.

В 2012 году компаньоны сняли офис, а Накоряков ушел из «Акеллы». Собственный блог с обучающими видео, и статья в журнале «Популярная механика» сделали свое дело – отбоев от заказов не было.

Компания развивается и не останавливается на достигнутом, постоянно совершенствуясь и разрабатывая новые интересные решения в области робототехники.

Что такое вообще Ардуино?

Arduino является вычислительной платформой или платой, которая будет служить мозгом для ваших новых устройств или гаджетов. На ее основе вы сможете создавать как устройства с простыми схемами, так и сложные трудоемкие проекты, например, роботов или дронов.

Основой конструктора служит плата ввода-вывода (аппаратная часть), а также программная часть. Программное обеспечение конструктора на основе Ардуино представлено интегрированной средой разработки Arduino IDE.

Внешне сама среда выглядит так:

Программная часть Ардуино разработана таким образом, чтобы справиться с ней мог даже начинающий пользователь, не имеющий представления о программировании. Дополнительным фактором успеха в использовании микроконтроллера стала возможность работать с макетной платой, когда к контроллеру подключаются необходимые детали (резисторы, диоды, транзисторы и т.п.) без необходимости в пайке.

Большая часть плат Arduino имеют подключение через USB кабель. Подобное соединение позволяет обеспечить плату питанием и загрузить скетчи, т.е. мини-программы. Процесс программирования так же является предельно простым. Вначале пользователь использует редактор кода IDE для создания необходимой программы, затем она загружается при помощи одного клика в Ардуино.

Программирование для платы Uno

Для написания программ (скетчей) для контроллер Ардуино вам нужно установить среду программирования. Самым простым вариантом будет установка бесплатной Arduino IDE, скачать ее можно с официального сайта.

После установки IDE вам нужно убедиться, что выбрана нужная плата. Для этого у Arduino IDE в меню “Инструменты” и подпункте “Плата” следует выбрать нашу плату (Arduino/Genuino Uno). После выбора платы автоматически изменятся параметры сборки проекта и итоговый скетч будет скомпилирован в формат, который поддерживает плата. Подключив контроллер к компьютеру через USB, вы сможете в одно касание заливать на него вашу программу,используя команду “Загрузить”.

Сам скетч чаще всего представляет собой бесконечный цикл, в котором регулярно опрашиваются пины с присоединенными датчиками и с помощью специальных команд формируется управляющее воздействие на внешние устройства (они включаются или выключаются). У программиста Ардуино есть возможность подключить готовые библиотеки, как встроенные в IDE, так и доступные на многочисленных сайтах и форумах.

Написанная и скомпилированная программа загружается через USB-соединение (UART- Serial). Со стороны контролера за этот процесс отвечает bootloader.

Более подробную информацию о том, как устроены программы для платы Ардуино можно найти в нашем разделе, посвященном программированию.

Где купить платформу и запчасти

Все, о чем говорится в этой статье, можно без проблем купить на всем известном сайте. К сожалению, подавляющее большинство предложений основываются на стандартной платформе 4WD автомобиля с двумя несущими планками, не очень надежными двигателями и колесами, любящими ездить в “развалочку”. Но эти варианты относительно не дороги и вполне подойдут для начала работы.

Платформа Ардуино 4WD с двигателями, колесами и рамой без электронных компонентов
4WD платформа для Ардуино с необычным видом крепления элементов
Конструктор машинки Ардуино на платформе 4WD с пультом управления Bluetooth и PS2
Типовой набор 4WD машинки с Ардуино, шилдами и основными датчиками

Проекты Arduino для начинающих

Если посмотреть  на все проекты ардуино, информация о которых доступна в интернете, то можно их разделить на несколько основных групп:

Начальные учебные проекты, не претендующие на какое-то важное практическое использование, но помогающие разобраться в разных аспектах платформы.
Мигающие светодиоды – маячок, мигалка, светофор и другие.
Проекты с датчиками: от простейших аналоговых до цифровых, использующих разнообразные протоколы для обмена данными.
Устройства регистрации и отображения информации.
Машины и устройства с сервоприводами и шаговыми двигателями.
Устройства с использованием различных беспроводных видов связи и GPS.

Проекты для автоматизации жилья – умные дома на Arduino, а также отдельные элементы управления домашней инфраструктурой.
Разнообразные автономные машины и роботы.
Проекты для исследования природы и автоматизации сельского хозяйства
Необычные и креативные – как правило, развлекательные проекты.

По каждой из этих групп можно найти множество самых разнообразных материалов в книгах и на сайтах. В этой статье мы начнем знакомство с описанием наиболее простых проектов, с которых рекомендуется стартовать начинающим.

Как создавать проект на ардуино

Проект Ардуино – это всегда сочетание электронной схемы, некоторых связанных друг с другом аппаратных и механических устройств, системы питания и программного обеспечения, управляющего всем этим хаосом. Поэтому приступая к работе, вы должны твердо понимать, что создавая устройство в одиночестве, вы должны будете стать и программистом, и электронщиком, и конструктором.

Если речь идет не об учебном проекте, то вы обязательно столкнетесь со следующими этапами реализации с такими вот задачами:

• Придумать что-то, что будет полезно и (или) интересно для окружающих. Даже самый простой проект несет какую-то пользу – как минимум, он помогает изучать новые технологии.
• Собрать схему, подключить модули друг к другу и к контроллеру.
• Написать скетч (программу) в специальной среде и загрузить ее в контроллер.
• Проверить, как все работает вместе, и исправить ошибки.
• После тестирования – готовиться к созданию готового устройства. Это означает, нужно собрать устройство в каком-то пригодном для эксплуатации корпусе, предусмотреть систему питания, связи с окружающей средой.
• Если вы собираетесь распространять созданные вами устройства, то придется также заняться дизайном, системой транспортировки, задуматься о безопасности использования необученными пользователями и обучением этих самых пользователей.
• Если ваше устройство работает, оно протестировано и обладает какими-то преимуществами перед другими решениями, то можно попытаться сделать из вашего инженерного уже бизнес-проект, попробовать привлечь инвестиции.

Каждый из этих этапов создания проекта достоин отдельной статьи

Но мы уделим главное внимание этапам сборки электронных схем (основы электроники) и программирования контроллера

Электронные схемы

Электронные схемы обычно собираются с применением макетных плат, скрепляющих элементы друг с другом без пайки и скрутки. О том, как работают модули и схемы подключения можно узнать на нашем сайте. Обычно в описании проекта указаны способы монтажа деталей. Но для большинства популярных модулей есть уже десятки готовых схем и примеров в интернете.

Программирование

Создание и прошивка скетчей производится в специальной программе  – среде программирования.  Наиболее популярной версией такой среды является Arduino IDE. На нашем сайте вы сможете найти информацию о том, как скачать, установить и настроить эту программу.

Начало

Создание проекта на Arduino состоит из 3 главных этапов: написание кода, прототипирование (макетирование) и прошивка. Для того, чтоб написать код а потом прошить плату нам необходима среда разработки. На самом деле их есть немало, но мы будем программировать в оригинальной среде – Arduino IDE. Сам код будем писать на С++, адаптированным под Arduino. Скачать можно на официальном сайте. Скетч (набросок) – программа, написанная на Arduino. Давайте посмотрим на структуру кода:

Важно заметить, что обязательную в С++ функцию процессор Arduino создаёт сам. И результатом того, что видит программист есть:. Давайте разберёмся с двумя обязательными функциями

Функция вызывается только один раз при старте микроконтроллера. Именно она выставляет все базовые настройки. Функция — циклическая. Она вызывается в бесконечном цикле на протяжении всего времени работы микроконтроллера

Давайте разберёмся с двумя обязательными функциями. Функция вызывается только один раз при старте микроконтроллера. Именно она выставляет все базовые настройки. Функция — циклическая. Она вызывается в бесконечном цикле на протяжении всего времени работы микроконтроллера.

Миниатюрные системы для сетевого доступа и беспроводной доступ по GSM

Шилд W5100 довольно громоздкий, и в связке с миниатюрными pro mini и nano выглядит нелепо, да и далеко не всегда нужна на шилде карта памяти.

Вы можете обратить свое внимание на модель arduino Ethernet модуля W5500, тоже на базе чипа WIZnet, как и предыдущий вариант

Связь с микроконтроллером осуществляется по тому же SPI интерфейсу, а сам чип построен на Cortex M0. Чип W5500 меньше греется и имеет большую мощность, нежели у W5100 (значительно сильнее грелся).

В отличие от младших чипов, добавлен режим параллельной 8 битной шины. Но и ток потребления 160 мА при работе на полной скорости – 100 м/бит.

Другой вариант миниатюрного шилда – это arduino enc28j60. Главное его преимущество – это то, что он дешевле в 2-3 раза, чем W5500, например.

Я сделал акцент на том, что это главное преимущество, потому что в целом, если есть возможность, лучше использовать W5500, т. к. на них в сети больше информации по работе и настройке, а также есть различные проекты.

28J60 отлично подойдёт для интернета, для простейших мелких задач, типа Ethernet термометра. Микросхема произведена компанией Microchip, работает по тому же SPI интерфейсу, что и предыдущие. Библиотеки для работы с ней отлично подходят для Ардуино на 168/328 ATmega, в их числе Uno, Nano, Pro Mini. Для Mega нужно правильно назначить пины.

Но еще более интересный вопрос – это беспроводная связь с Ардуино. Это стало возможно благодаря GSM модулям, а с помощью w5500 вы можете осуществлять связь только по сети. В шилд или модуль для Ардуино вставляешь sim-карту, и вы можете управлять своей автоматизацией с помощью SMS или вызова.

Рассмотрим модуль Neoway M590E, рассчитанный на два диапазона (900/1800 мГц) – голосовую связь он не поддерживает. Работает в сети GPRS с максимальной скоростью в 48 кбит/с, способен принимать и передавать SMS сообщения. Модуль стоит около 1-2х долларов. Для своей цены он более чем универсален.

Этого набора функций достаточно как для мониторинга чего-либо, так и для управления умным домом на расстоянии, но о сферах применения будет расписано позже.

Питание M590E может осуществляться от li-ion аккумулятора или любого другого источника на 3,3 — 4,8 В с током порядка 1 ампера (номинальным 0.6 А).

Наборы Йодо

Для тех, у кого нет времени или возможностей для изучения языка С++, но имеется стремление создавать интересные, полезные и практичные электронные гаджеты – набор «Йодо» от «Амперки» будет самым лучшим выбором. Благодаря основному компоненту набора – плате Iskra JS, которая является ардуиноподобной, для написания кода можно использовать JavaScript. Набор содержит буклет, включающий теоретическую и практическую части, для упрощения работы с содержимым. При помощи набора «Йодо» можно собрать целых 25 электронных устройств.

Как установить среду

Для работы с комплектом можно использовать удобную и распространенную среду программирования Espruino Web IDE – приложение, работающее на платформе Google Chrome, и совместимое с Windows, Mac OS, Linux, Chrome OS.

Первым шагом в процессе установки является добавление в браузер приложения Espruino Web IDE. Если браузер Google Chrome, то следует применить дополнительные настройки IDE, кликнув по соответствующей ссылке. В любом другом браузере эти параметры вводятся вручную.

При использовании операционной системы Windows следует установить дополнительный драйвер для USB-интерфейса микроконтроллера STM32. В ОС Linux и Mac OS такой драйвер не требуется.

Подключение Arduino Shields

Для подключения шилда нужно просто аккуратно «надеть» его на основную плату. Обычно контакты шилда типа гребенки (папа) легко вставляются в разъемы платы ардуино. В некоторых случаях требуется аккуратно подправить штырки, если сама плата спаяна неаккуратно. Тут главное действовать аккуратно и не прилагаться излишней силы.

Как правило, шилд предназначен для вполне конкретной версии контроллера, хотя, например, многие шилды для Arduino Uno вполне нормально работают с платами Arduino Mega. Распиновка контактов на меге выполнена так, что первые 14 цифровых контактов и контакты с противоположной стороны платы совпадают с расположением контактов на UNO, поэтому  в нее легко становится шилд от ардуино.

Как работает Ethernet

Подразумевается, что для проектов, связанных с подключением Arduino к сети вы должны обладать хотя бы общими знаниями в области сетевых  технологий. Сегодня можно без труда найти соответствующие материалы в интернете. Хотя мы не ставим себе целью написать учебник по Ethernet, но общие сведения могут оказаться полезными.

Сегодня Ethernet – ключевая и наиболее распространенная наряду с WiFi технология организации локальных сетей. В стандартной модели OSI она находится на канальном и физическом уровне, определяя подуровни управления доступом к среде и управления логическим каналом. Создателем Ethernet стала компания Xerox, ее инженер Роберт Метклаф создал технологию как инструмент подключения многих компьютеров к общим ресурсам в локальной сети. Официальным стандартом технология стала в 1982 году после появления спецификации IEEE802.3.

Сегодня существует несколько вариантов и модификаций Ethernet, отличающихся скоростными характеристиками и способом организации физического канала:

• Ethernet. Скорость до 10Mb/s. Любые типы проводов (коаксиал, витая пара, оптоволокно).
• Fast Ethernet. Скорость до 100Mb/s. Только витая пара или оптика.
• Gigabit Ethernet. Скорость до 1Gb/s. . Только витая пара и оптика.
• 10G Ethernet. Скорость до 10Gb/s. Естественно, тоже без коаксиала.

Существует еще с десяток различных групп и подгрупп стандарта, в этой статье мы не будем рассматривать их все.

Возможная схема Ethernet-сети

С практической точки зрения работа с Ethernet выглядит как возможность соединить определенным образом конечное оборудование с ближайшей точкой, имеющей выход в другие сегменты сети.  Чаще всего это роутер или маршрутизатор с доступом в интернет или к другим ресурсам локальной сети.

Если вы начинаете проект с Ethernet, то вам нужно будет понимать следующие базовые понятия, имеющие отношение к этой технологии:

• Кабель. Как правило, это витая пара, реже – оптоволокно (ее подключить к арудино простым способом не получится).
• Разъемом для подключения кабеля – RJ-45. На самом деле, стандарт для штекеров носит совсем другое название (8P8C), но “в народе” принято называть стандартный Ethernet разъем именно как RJ45. Следует отметить, что есть и другие стандарты – RJ-25, RJ-14 и т.п. Для подключения к ардуино через стандартные модули они не подойдут.
• Сетевой Ethernet MAC-адрес. Это уникальный шестибайтовый идентификатор устройства в сети, который обычно прошивается в само устройство, но в некоторых случаях может быть изменен программно. Всего может быть задано 2 в 48 степени адресов, это триллионы разных вариантов (точнее, 281 474 976 710 656), так что пока их с головой хватает для создания действительно уникальных идентификаторов.

В подавляющем большинстве задач проект с Ардуино будет подключен к уже существующей Ethernet сети через стандартное оборудование. Т.е. вы просто берете модуль Ethernet, подключаете его к Ардуино, а затем вставляете сетевой кабель в этот самый модуль.  Все, что вам понадобится – правильно настроить в своем скетче ваш MAC адрес (его можно менять!) и прописать IP адрес устройств, к которым вы будете подключаться. Мы рассмотрим пример в разделе, посвященным программированию.