Arduino: что можно сделать с его помощью. Arduino для начинающих: пошаговые инструкции. Программирование и проекты Arduino: с чего начать? Конструкции на ардуино

В этой статье я решал собрать полное пошаговое руководство для начинающих Arduino. Мы разберем что такое ардуино, что нужно для начала изучения, где скачать и как установить и настроить среду программирования, как устроен и как пользоваться языком программирования и многое другое, что необходимо для создания полноценных сложных устройств на базе семейства этих микроконтроллеров.

Тут я постараюсь дать сжатый минимум для того, что бы вы понимали принципы работы с Arduino. Для более полного погружения в мир программируемых микроконтроллеров обратите внимание на другие разделы и статьи этого сайта. Я буду оставлять ссылки на другие материалы этого сайта для более подробного изучения некоторых аспектов.

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.

Стартовый набор Arduino

Для того что бы начать изучать Arduino необходимо обзавестись самой платой микроконтроллера и дополнительными деталями. Лучше всего приобрести стартовый набор Ардуино, но можно и самостоятельно подобрать все необходимое. Я советую выбрать набор, потому что это проще и зачастую дешевле. Вот ссылки на лучшие наборы и на отдельные детали, которые обязательно пригодятся вам для изучения:

Базовый набор ардуино для начинающих:	Купить
Большой набор для обучения и первых проектов:	Купить
Набор дополнительных датчиков и модулей:	Купить
Ардуино Уно самая базовая и удобная модель из линейки:	Купить
Беспаечная макетная плата для удобного обучения и прототипирования:	Купить
Набор проводов с удобными коннекторами:	Купить
Комплект светодиодов:	Купить
Комплект резисторов:	Купить
Кнопки:	Купить
Потенциометры:	Купить

Среда разработки Arduino IDE

Для написания, отладки и загрузки прошивок необходимо скачать и установить Arduino IDE. Это очень простая и удобная программа. На моем сайте я уже описывал процесс загрузки, установки и настройки среды разработки. Поэтому здесь я просто оставлю ссылки на последнюю версию программы и на

Версия	Windows	Mac OS X	Linux
1.8.2

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 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

Для того что бы все работало, нам надо написать скетч. Давайте сделаем так, что бы светодиод загорался после нажатия на кнопку, а после следующего нажатия гас. Вот наш первый скетч:

// переменные с пинами подключенных устройств int switchPin = 8; int ledPin = 11; // переменные для хранения состояния кнопки и светодиода boolean lastButton = LOW; boolean currentButton = LOW; boolean ledOn = false; void setup() { pinMode(switchPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); } // функция для подавления дребезга boolean debounse(boolean last) { boolean current = digitalRead(switchPin); if(last != current) { delay(5); current = digitalRead(switchPin); } return current; } void loop() { currentButton = debounse(lastButton); if(lastButton == LOW && currentButton == HIGH) { ledOn = !ledOn; } lastButton = currentButton; digitalWrite(ledPin, ledOn); }

// переменные с пинами подключенных устройств int switchPin = 8 ; int ledPin = 11 ; // переменные для хранения состояния кнопки и светодиода boolean lastButton = LOW ; boolean currentButton = LOW ; boolean ledOn = false ; void setup () { pinMode (switchPin , INPUT ) ; pinMode (ledPin , OUTPUT ) ; // функция для подавления дребезга boolean debounse (boolean last ) { boolean current = digitalRead (switchPin ) ; if (last != current ) { delay (5 ) ; current = digitalRead (switchPin ) ; return current ; void loop () { currentButton = debounse (lastButton ) ; if (lastButton == LOW && currentButton == HIGH ) { ledOn = ! ledOn ; lastButton = currentButton ; digitalWrite (ledPin , ledOn ) ;

В этом скетче я создал дополнительную функцию debounse для подавления дребезга контактов. О дребезге контактов есть на моем сайте. Обязательно ознакомьтесь с этим материалом.

ШИМ Arduino

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это процесс управления напряжением за счет скважности сигнала. То есть используя ШИМ мы можем плавно управлять нагрузкой. Например можно плавно изменять яркость светодиода, но это изменение яркости получается не за счет уменьшения напряжения, а за счет увеличения интервалов низкого сигнала. Принцип действия ШИМ показан на этой схеме:

Когда мы подаем ШИМ на светодиод, то он начинает быстро зажигаться и гаснуть. Человеческий глаз не способен увидеть это, так как частота слишком высока. Но при съемке на видео вы скорее всего увидите моменты когда светодиод не горит. Это случится при условии что частота кадров камеры не будет кратна частоте ШИМ.

В Arduino есть встроенный широтно-импульсный модулятор. Использовать ШИМ можно только на тех пинах, которые поддерживаются микроконтроллером. Например Arduino Uno и Nano имеют по 6 ШИМ выводов: это пины D3, D5, D6, D9, D10 и D11. В других платах пины могут отличаться. Вы можете найти описание интересующей вас платы в

Для использования ШИМ в Arduino есть функция Она принимает в качестве аргументов номер пина и значение ШИМ от 0 до 255. 0 — это 0% заполнения высоким сигналом, а 255 это 100%. Давайте для примера напишем простой скетч. Сделаем так, что бы светодиод плавно загорался, ждал одну секунду и так же плавно угасал и так до бесконечности. Вот пример использования этой функции:

// Светодиод подключен к 11 пину int ledPin = 11; void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); } void loop() { for (int i = 0; i < 255; i++) { analogWrite(ledPin, i); delay(5); } delay(1000); for (int i = 255; i > 0; i--) { analogWrite(ledPin, i); delay(5); } }

// Светодиод подключен к 11 пину int ledPin = 11 ; void setup () { pinMode (ledPin , OUTPUT ) ; void loop () { for (int i = 0 ; i < 255 ; i ++ ) { analogWrite (ledPin , i ) ; delay (5 ) ; delay (1000 ) ; for (int i = 255 ; i > 0 ; i -- ) {

Цикл статей и обучающих схем с радиолюбительскими экспериментами на Arduino для начинающих. Это такая радиолюбительская игрушка-конструктор, из которой без паяльника, травления печатных плат и тому подобного любой чайник в электронике может собрать полноценное работающее устройство, подходящее как для профессионального прототипирования так и для любительских опытов при изучении электроники.

Плата Arduino для предназначена в первую очередь для обучения начинающих радиолюбителей основам программирования микроконтроллеров и созданию микроконтроллерных устройств своими руками без серьезной теоретической подготовки. Среда разработки Arduino позволяет, скомпилировать и загрузить в память платы готовый программный код. Причем загрузка кода предельно проста.

Arduino с чего начать новичку

В первую очередь для работы с платой Ардуино начинающему электронщику нужно скачать программу для разработки Arduino, она состоит из встроенного текстового редактора, в котором мы работаем с программным кодом, области сообщений, окна вывода текста(консоли), панели инструментов с кнопками часто применяемых команд и нескольких меню. Для загрузки своих программ и связи это программа через типовой шнур USB подключается к плате Arduino.

Код, написанный в среде Arduino, называют скетч . Он пишется в текстовом редакторе, имеющем специальные инструменты вставки/вырезки, замены/поиска текста. Во время сохранения и экспорта в области сообщений (смотри рисунок в первом уроке для начинающих, чуть ниже) появляются пояснения, также могут отображаться ошибки. Консоль показывает сообщения Arduino, включающие полные отчеты об ошибках и другую полезную информацию. Кнопки инструментальной панели позволяют проверить и записать скейтч, открыть, создать и сохранить его, открыть мониторинг последовательной шины и многое др.

Итак, переходим к первому уроку Arduino схемы начинающих электронщиков.

Контроллер Arduino UNO для удобства начинающих уже имеет сопротивление и LED-светодиод, подсоединенный к 13 выводу разъема, поэтому никаких внешних радиоэлементов в первом опыте нам не нужно.

Загрузив код, Ардуино позволяет нашей программе поучаствовать в инициализации системы. Для этого мы указываем микроконтроллеру команды, которые он выполнит в момент первоначальной загрузки и далее напрочь забудет об них (т.е. эти команды выполнятся Ардуинкой только один раз при старте). И именно с этой целью в нашем коде мы выделяем блок, в котором храняться эти команды. void setup() , а точнее в том пространстве внутри фигурных скобок этой функции, смотри программный скейтч.

Не забывайте про фигурные скобки! Потеря хотя бы одной из них сделает весь скейтч полностью нерабочим. Но и лишние скобки тоже не ставьте, т.к также возникнет ошибка.

Код скачать:

Скейтч с комментариями и пояснениями в файле 001-1_mig-led.ino

Функция void loop() это то место, куда мы помещаем команды, которые будут выполняться все то время, пока включена плата Arduino. Начав выполнение с первой команды, Ардуинка дойдет до самого конца и сразу же перейдет в начало, чтобы повторить ту же самую последовательность. И так бесконечное число раз, до тех пор, пока на плату поступает питание. По своей сути, void loop – это главная функция, точка входа в Arduino.

Функция delay (1000) задерживает обработку программы на 1000 милисекунд. Все это идет в вечном цикле loop() .

Главный вывод после восприятия нашей первой програмки на Ардуино: С помощью функций void loop и void setup мы передаем микроконтроллеру наши инструкции. Все то, что находится внутри блока setup выполнится всего один раз. Содержимое модуля loop будет повторятся в цикле до тех пор, пока останется включенным Arduino.

В предыдущей программе между включением и выключением светодиода была секундная задержка. В используемом выше простейшем коде начинающего ардуинщика был один большой минус. Для выдержки паузы между включением и отключением светодиода в одну секунду мы применили функцию delay() и поэтому в этот момент контроллер не способен выполнять другие команды в главной функции loop() . Корректировка кода в функции loop(), представленная ниже решает эту проблему.

Вместо установки значения в HIGH, а затем в LOW, мы получим значение ledPin и проинвертируем его. Допустим если оно было HIGH, то станет LOW и т.п.

Второй вариант кода Ардуино для управления светодиодом здесь:

Затем можно заменить функцию delay() . Вместо нее, лучше использовать функцию millis() . Она возвращает количество миллисекунд, прошедшее с момента старта программы. Функция переполнится приблизительно через 50 суток работы программного кода.

Похожей функцией является micros() , которая возвращает количество микросекунд, прошедшее с момента запуска программного кода. Функция вернется в ноль через 70 минут работы программы.

Конечно, это добавит немного строк кода в наш скетч, но это, сделает вас несомненно более опытным программистом и увеличит потенциал вашего Arduino. Для этого нужно всего лишь научиться применять функцию millis.

Следует четко понимать, что простейшая функция delay приостанавливает выполнение всей программы Ардуино, делая ее неспособной выполнять какие-либо задачи в этот период времени. Вместо того, чтобы приостанавливать всю нашу программ, можно подсчитывать, сколько времени прошло до завершения действия. Это, прекрасно, реализуется с помощью функции millis(). Чтобы все было легко в понимании, мы рассмотрим следующий вариант мигания светодиодом без временной задержки.

Начало этой программы такое же как и у любого другого стандартного скетча Arduino.

В данном примере используется два цифровых ввода-вывода Arduino. Светодиод подсоединяется к 8 пину, который сконфигурирован как OUTPUT. К 9 через подключена кнопка, которая настроена как INPUT. Когда нажимаем на кнопку пин 9 устанавливается в HIGH, и программа переключает вывод 8 в HIGH, тем самым включая светодиод. Отпускание кнопки сбрасывает девятый вывод в состояние LOW. Затем код переключает вывод 8 в LOW, отключая световой индикатор.

Для управления пятью светодиодами будем применять различные манипуляции с портами Arduino. Для этого напрямую запишем данные в порты Arduino, это позволит задать значения для светодиодов при помощи одной лишь функции.

Arduino UNO обладает тремя портами: B (цифровые входа/выхода с 8 по 13); C (аналоговые входа); D (цифровые входа/выхода с 0 по 7)

Каждый порт осуществляет управление тремя регистрами. Первый DDR задает чем будет являться pin входом или выходом. При помощи второго регистра PORT можно задать pin в состояние HIGH или LOW. При помощи третьего можно считать информацию о состояние ножек Arduino, в случае если они работает на вход.

Для работы схемы задействуем порт B. Для этого установим все ножки порта как цифровые выхода. У порта B всего 6 ножек. Биты регистра DDRB должны быть заданы в "1" , если пин будет использоваться как выход (OUTPUT), и в "0" , если пин планируем применять как вход (INPUT). Биты портов нумеруются с 0 по 7, но не всегда имеют все 8 пинов

Допустим: DDRB = B00111110; // установить ножки порта В с 1 по 5 как выхода, а 0 как вход.

В нашем схеме бегущих огней мы задействуем пять выходов: DDRB = B00011111 ; // установить пины порта В с 0 по 4 как выходы.

Для записи данных в порт В нужно задействовать регистр PORTB. Зажечь первый светодиод можно с помощью управляющей команды: PORTB = B00000001; , первый и четвертый LED: PORTB = B00001001 и т.п

Существует два оператора двоичного сдвига: влево и вправо. Оператор сдвига влево заставляет все биты данных переместиться влево, соответственно оператор сдвига вправо, перемещает их вправо.

Пример:

varA = 1; // 00000001
varA = 1 varA = 1 varA = 1

Теперь вернемся к исходному коду нашей программе. Нам требуется ввести две переменные: upDown будет включать в себя значения куда двигаться - вверх или вниз, а вторая cylon укажет какие Led зажигать.

Конструктивно такой светодиод имеет один общий вывод и три вывода для каждого цвета. Ниже показана схема подключения RGB-светодиода к плате Arduino с общим катодом. Все резисторы используемые в схеме для подключения должны быть одного номинала от 220-270 Ом.

Для подключения с общим катодом схема подключения трехцветного led будет почти аналогична, за исключением того, что общий вывод будет подключен не к земле (gnd на устройстве), а к выводу +5 вольт. Выводы Красный, зеленый и синий в обоих случаях подключаются к цифровым выходам контроллера 9, 10 и 11.

К девятому пину Arduino UNO подключим внешний светодиод через сопротивление 220 Ом. Для плавного управления яркостью последнего применим функцию analogWrite() . Она обеспечивает вывод ШИМ-сигнала на ножку контроллера. Причем команду pinMode() вызывать не требуется. Т.к analogWrite(pin,value) включает два параметра: pin - номер ножки для вывода, value - значение от 0 до 255.

Код:
/*
Учебный пример начинающего ардуинщика, раскрывает возможности команды analogWrite() для реализации Fade-эффекта светодиода
*/
int brightness = 0; // яркость LED
int fadeAmount = 5; // шаг изменения яркости
unsigned long currentTime;
unsigned long loopTime;

Void setup() {
pinMode(9, OUTPUT); // устанавливаем 9 пин как выход
currentTime = millis();
loopTime = currentTime;
}

Void loop() {
currentTime = millis();
if(currentTime >= (loopTime + 20)){
analogWrite(9, brightness); // устанавливаем значение на 9 выводе

Brightness = brightness + fadeAmount; // прибавляем шаг изменения яркости, которая установится в следующем цикле

// если достигли мин. или макс. значения, то идем в обратную сторону (реверс):
if (brightness == 0 || brightness == 255) {
fadeAmount = -fadeAmount ;
}
loopTime = currentTime;
}
}

Работа Arduino с энкодером

Энкодером предназначен для преобразования угла поворота в электрический сигнал. С него мы получаем два сигнала (А и В), которые противоположны по фазе. В этом учебном примере мы будем применять энкодер SparkFun COM-09117, имеющий двенадцать положений на один оборот (каждое положение ровно 30°). На приведенном ниже рисунке хорошо видно, как зависят выход А и В друг от друга при движении энкодера по часовой или против часовой стрелки.

Если сигнал А переходит от положительного уровня к нулевому, мы считываем значение выхода В. Если выход В в этот момент времени находится в положительном состоянии, значит энкодер двигается по направлению часовой стрелке, если В выдает нулевой уровень, то энкодер двигается в противоположном направлении. Считывая оба выхода, мы при помощи микроконтроллера способны вычислить направление вращения, а при помощи подсчета импульсов с А выхода энкодера - угол поворота.

При необходимости можно при помощи расчета частоты, определить насколько быстро происходит вращение энкодера.

Применяя энкодер в нашем учебном примере мы будем регулировать яркостью светодиода при помощи ШИМ выхода. Для считывания данных с энкодера мы будем использовать метод, базирующийся на программных таймерах, которые мы уже рассмотрели.

Учитывая тот факт, что в самом быстром случае, мы можем повернуть ручку энкодера на 180° за 1/10 секунды, то это будет 6 импульсов за 1/10 секунды или 60 импульсов в одну секунду.

В реальности быстрее вращать не возможно. Так как нам необходимо отслеживать все полупериоды, то частота должна быть около 120 Герц. Для полной уверенности, возьмем 200 Гц.

Так как, в данном случае, у нас используется механический энкодер, то возможен дребезг контактов, а низкая частота прекрасно отфильтровывает подобный дребезг.

По сигналам программного таймера необходимо постоянно осуществлять сравнение текущего значения выхода А энкодера с предыдущим значением. Если состояние меняется от положительного к нулю, то мы опрашиваем состояние выхода В. В зависимости от результата опроса состояния мы увеличиваем или снижаем счетчик значения яркости LED светодиода. Код программы с временным интервалом около 5 мс (200 Гц), представлен ниже:

Код начинающего ардуинщика:
/*
** Энкодер
** Для управлением яркостью светодиода применяется энкодер фирмы Sparkfun
*/

Int brightness = 120; // яркость светодиода, начинаем с половины
int fadeAmount = 10; // шаг изменения яркости
unsigned long currentTime;
unsigned long loopTime;
const int pin_A = 12; // pin 12
const int pin_B = 11; // pin 11
unsigned char encoder_A;
unsigned char encoder_B;
unsigned char encoder_A_prev=0;
void setup() {
// declare pin 9 to be an output:
pinMode(9, OUTPUT); // устанавливаем 9 вывод как выход
pinMode(pin_A, INPUT);
pinMode(pin_B, INPUT);
currentTime = millis();
loopTime = currentTime;
}
void loop() {
currentTime = millis();
if(currentTime >= (loopTime + 5)){ // проверяем состояния каждые 5мс (частота 200 Гц)
encoder_A = digitalRead(pin_A); // считываем состояние выхода А энкодера
encoder_B = digitalRead(pin_B); // выхода В энкодера
if((!encoder_A) && (encoder_A_prev)){ // если состояние меняется с положительного к нулевому
if(encoder_B) {
// выход В в положительном состояние, значит вращение осуществляется по часовой стрелке
// увеличиваем яркость свечения, не более чем до 255
if(brightness + fadeAmount }
else {
// выход В в нулевом состояние, значит вращение идет против часовой стрелки
// снижаем яркость, но не ниже нуля
if(brightness - fadeAmount >= 0) brightness -= fadeAmount;
}

}
encoder_A_prev = encoder_A; // сохраняем значение А для последующего цикла

AnalogWrite(9, brightness); // устанавливаем яркость на девятый пин

LoopTime = currentTime;
}
}

В этом примере для начинающих мы рассмотрим работу с пьезоизлучателем для генерирования звуков. Для этого возьмем пьезодатчик позволяющий генерировать звуковые волны в диапазоне частот 20 Гц - 20 кГц.

Это такая радиолюбительская конструкция где по всему объему расположены светодиоды. С помощью этой схемы можно генерировать различные световые и анимационные эффекты. Сложные схемы способны даже отображать различные объемные слова. Другими словами это элементарный объемным монитор

Сервопривод является основным элементом при конструировании различных радиоуправляемых моделей, а управление им с помощью контроллера просто и удобно.

Программа для управления проста и наглядна. Начинается она с подключения файла, содержащего все необходимые команды для управления сервоприводом. Далее, мы создаем объект servo, например servoMain. Следующая функция setup(), в которой мы прописываем, что сервопривод подсоединен к девятому выводу контроллера.

Код:
/*
Arduino Servo
*/
#include
Servo servoMain; // Обьект Servo

Void setup()
{
servoMain.attach(9); // Servo подключен к девятому выводу
}

Void loop()
{
servoMain.write(45); // Повернуть сервопривод влево на 45 °
delay(2000); // Ожидание 2000 милисекунд (2 секунды)
servoMain.write(0); // Повернуть серво влево на 0 °
delay(1000); // Пауза 1 с.

delay(1500); // Ожидание 1.5 с.
servoMain.write(135); // Повернуть серво вправо на 135 °
delay(3000); // Пауза 3 с.
servoMain.write(180); // Повернуть серво вправо на 180 °
delay(1000); // Ожидание 1 с.
servoMain.write(90); // Повернуть серво на 90 °. Центральная позиция
delay(5000); // Пауза 5 с.
}

В главной функции loop() , мы задаем команды для серводвигателя, выдерживая паузы между ними.

Схема Arduino счетчика на 7-сегментном индикаторе

Этот простой проект на Arduino для начинающих, заключается в создании схемы счетчика на обычном 7-сегментном индикаторе с общим катодом. Программный код, приведенный ниже, позволяет при нажатии на кнопку запускать счет от 0 до 9.

Семисегментный индикатор – представляет собой комбинацию 8 светодиодов (последний отвечает за точку) с общим катодом, которые можно включать в нужной последовательности так, чтобы они создавали цифры. Следует обратить внимание, что в данной схеме, смотри рисунок ниже, выводы 3 и 8 отведены под катод.

Справа показана таблица соответствия выводов Arduino и выводов светодиодного индикатора.

Код этого проекта:

byte numbers = {
B11111100, B01100000, B11011010, B11110010, B01100110,
B10110110, B10111110, B11100000, B11111110, B11100110
};
void setup() {
for(int i = 2; i pinMode(i, OUTPUT);
}
pinMode(9, INPUT);
}
int counter = 0;
bool go_by_switch = true;
int last_input_value = LOW;
void loop() {
if(go_by_switch) {
int switch_input_value = digitalRead(9);
if(last_input_value == LOW && switch_input_value == HIGH) {

}
last_input_value = switch_input_value;
} else {
delay(500);
counter = (counter + 1) % 10;
}
writeNumber(counter);
}

Void writeNumber(int number) {
if(number 9) {
return;
}
byte mask = numbers;
byte currentPinMask = B10000000;
for(int i = 2; i if(mask & currentPinMask) digitalWrite(i,HIGH);
else digitalWrite(i,LOW);
currentPinMask = currentPinMask >> 1;
}
}

Существенно расширить потенциал плат Ардуино можно и с помощью дополнительных модулей, которые можно подключить к PIN выводам практически любого устройства. Рассмотри наиболее популярные и интересные модули расширения или как их еще называют - шилды.

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

Что собой представляет Arduino?

Как вкратце можно охарактеризовать Arduino? Оптимальными словами будут такие: 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.

Что на нём можно собрать?

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.

Где приобрести составляющие?

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.

Подробнее об аппаратуре

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 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.

Подробнее о процессе программирования платы

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.

Проекты для начала

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 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.

Проекты для будущего

Вряд ли вы интересуетесь "Ардуино" для того, чтобы подключать отдельные светодиоды. Скорее всего, вас привлекает возможность создать свою машинку, 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.

Большинство электронщиков предпочитают строить свои проекты на основе микроконтроллера , о которой и мы писали уже несколько раз. В статье далее мы рассмотрим простые конструкции электронных устройств для начинающих и самые необычные проекты, в основе которых лежит упомянутый микроконтроллер.

Для начала стоит познакомиться с функционалом микропроцессора Ардуино уно, на котором строится большинство проектов, а также рассмотреть причины выбора данного приспособления. Ниже описаны факторы, по которым начинающему изобретателю стоит остановиться на Аrduino uno:

1. Довольно простой в использовании интерфейс. Понятно, где какой контакт, и к чему прикреплять соединительные провода.
2. Чип на плате подключается прямо к USB-порту. Преимущество этой установки заключается в том, что последовательная связь – это очень простой протокол, который проверен временем, а USB делает соединение с современными компьютерами очень удобным.
3. Легко найти центральную часть микроконтроллера, которая представляет собой чип ATmega328. Он имеет больше аппаратных функций, таких как таймеры, внешние и внутренние прерывания, пины PWM и несколько режимов ожидания.
4. Устройство с открытым исходным кодом, поэтому большое количество радиолюбителей могут исправить баги и неполадки в программном обеспечении. Это облегчает отладку проектов.
5. Тактовая частота равна 16 МГц, что достаточно быстро для большинства приложений и не ускоряет работу микроконтроллера.
6. Очень удобно управлять мощностью внутри него, и она имеет функцию встроенного регулирования напряжения. Также микроконтроллер можно отключить от USB-порта без внешнего источника питания. Можно подключить внешний источник питания до 12 В. Причем микропроцессор сам определит нужное напряжение.
7. Наличие 13 цифровых контактов и 6 аналоговых контактов. Эти пины позволяют подключать оборудование к плате Arduino uno со стороннего носителя. Контакты используются в качестве ключа для расширения вычислительной способности Arduino uno в реальном мире. Просто подключите свои электронные устройства и датчики к разъемам, которые соответствуют каждому из этих контактов.
8. Имеется в наличии разъем ICSP для обхода USB-порта и сопряжения с Arduino напрямую в качестве последовательного устройства. Этот порт необходим, чтобы перезагрузить чип, если он поврежден и больше не может использоваться на вашем компьютере.
9. Наличие 32 КБ флэш-памяти для хранения кода разработчика.
10. Светодиод на плате подключается к цифровому контакту 13 для быстрой отладки кода и упрощения этого процесса.
11. Наконец, у него есть кнопка для сброса программы на чипе.

Arduino был создан в 2005 году двумя итальянскими инженерами – Дэвидом Куартиллесом и Массимо Банзи с целью, чтобы ученики научились программировать микроконтроллер Arduino uno и улучшить свои навыки в области электроники и использовать их в реальном мире.

Arduino uno может воспринимать окружающую среду, получая вход от различных датчиков, и способен влиять на окружающую среду, и другие исполнительные механизмы. Микроконтроллер запрограммирован с использованием языка программирования Arduino (на основе проводки) и среды разработки Arduino (на основе обработки).

Теперь переходим непосредственно к проектам на Аrduino uno.

Самый простой проект для начинающих

Рассмотрим несколько простых и интересных проектов Ардуино uno, которые под силу сделать даже новичкам в этом деле - система сигнализации.

Мы уже делали урок по этому проекту - . Вкратце о то, что делается и как.

В этом проекте используется датчик движения для обнаружения движений и излучений высокого тона, а также визуальный дисплей, состоящий из мигающих светодиодных индикаторов. Сам проект познакомит вас с несколькими дополнениями, которые входят в комплект для начинающих Arduino, а также нюансами использования NewPing.

Он является библиотекой Arduino, которая помогает вам контролировать и тестировать ваш датчик расстояния сонара. Хотя это не совсем целая защита дома, она предлагает идеальное решение для защиты небольших помещений, таких как спальни и ванные комнаты.

Для этого проекта вам понадобятся :

1. Ультразвуковой датчик «пинг» – HC-SR04.
2. Пьезо-зуммер.
3. Светодиодная лента.
4. Автомобильное освещение посредством ленты RGB. В этом руководстве по проекту Arduino вы узнаете, как сделать внутреннее освещение автомобиля RGB, используя плату Arduino uno.

Многим автолюбителям нравится добавлять дополнительные огни или модернизировать внутренние лампочки до светодиодов, однако на платформе Arduino вы можете наслаждаться большим контролем и детализацией, управляя мощными светодиодами и световыми полосками.

Вы можете изменить цвет освещения с помощью устройства Android (телефон или планшет) с помощью приложения «Bluetooth RGB Controller » (Dev Next Prototypes), которое вы можете бесплатно загрузить с Android Play Store. Также вы можете найти схему электронной EasyEDA или заказать свою собственную схему на основе Arduino на печатной плате.

Удивительные проекты на Ардуино Уно

Большинство профессионалов в сфере разработки электронных проектов на Аrduino uno любят экспериментировать. Вследствие этого появляются интересные и удивительные устройства, которые рассмотрены ниже:

1. Добавление ИК-пульта в акустическую систему . В бытовой электронике пульт дистанционного управления является компонентом электронного устройства, такого как телевизор, DVD-плеер или другой бытовой прибор, используемый для беспроводного управления устройством с короткого расстояния. Пульт дистанционного управления, в первую очередь, удобен для человека и позволяет работать с устройствами, которые не подходят для непосредственной работы элементов управления.
2. Будильник . Часы реального времени используются для получения точного времени. Здесь эта система отображает дату и время на ЖК-дисплее, и мы можем установить будильник с помощью кнопок управления. Как только время сигнала тревоги наступит, система подает звуковой сигнал.
3. Шаговый двигатель . означает точный двигатель, который можно поворачивать на один шаг за раз. Такое устройство делают с помощью робототехники, 3D-принтеров и станков с ЧПУ.

   Для этого проекта возьмите самый дешевый шаговый двигатель, который вы можете найти. Двигатели доступны в режиме онлайн. В этом проекте используется шагомер 28byj-48, который подходит для большинства других подобных проектов. Его легко подключить к плате Arduino.
   - Вам понадобятся 6 кабелей с разъемами типа «женщина-мужчина». Вам просто нужно подключить двигатель к плате, и все! Вы также можете добавить небольшую часть ленты на вращающуюся головку, чтобы увидеть, что она производит вращательные движения.

4. Ультразвуковой датчик расстояния . В этом проекте используется популярный , чтобы устройство могло избежать препятствий и двигаться в разных направлениях.

Когда вы закончите работу, на экране появится результат ваших действий. Чтобы все было просто и понятно, рекомендуется использовать ЖК-дисплей с конвертером I2C, поэтому вам нужно всего лишь 4 кабеля для подключения к плате Arduino.

Мозгокурс молодого бойца по программированию Ардуино или с чего все-таки начать знакомство с этой платформой.

«- С чего начинать, Ваше Величество? - спросил он. - Начни с начала, - важно ответил Король,…» (C ) Льюис Керрол Алиса в стране чудес

Шаг 1: Начинаем с самого начала или как было бы хорошо, если бы Ардуино была бесплатной

Перечитав тонны учебников по Ардуино , придумав кучу полезных применений этой штуки в быту, начиная с автоматизации кормления рыбок в аквариуме заканчивая роботом-сеятелем для личного газона мы понимаем — без Ардуино нам не обойтись!

Купив контроллер мы понимаем, что плата у нас одна, а задумок много. Что же делать? Мозгомысль приводит нас к правильному решению.

Нужно клонировать Ардуино своими руками !

Шаг 2: Собираем все необходимое

Для ускорения процесса воспользуемся макетной платой . Как известно из технических параметров контроллера ATmega 328 IC , для его запуска в минимальной конфигурации нам потребуются:

− контролер Arduino Duemilanove (будет использован как программатор);
− микросхема ATmega 328 IC ;
− кварцевый резонатор на 16 Мгц;
− резисторы 100 Ом 3 шт.;
− конденсаторы 22pF 2 шт.;
− светодиоды 3 шт с красным, зеленым, .и желтым цветом свечения;
− стабилизатор напряжения на 5 Вольт например 7805;
− любая 9 батарея с разъемом для подключения;
− кабель USB;
− компьютер или ноутбук с установленным пакетом программ Arduino IDE ;
− макетная плата и провода.

Шаг 3: Начинаем макетировать

Размещаем на макетной плате микросхему контроллера.

Шаг 4: Монтируем стабилизатор напряжения и цепи питания

Устанавливаем на плату стабилизатор напряжения L7805. Назначение выводов микросхемы 1-вход (7-20 Вольт), 2-корпус, 3-выход (5 Вольт). C помощью монтажных проводов подключаем стабилизатор к источнику питания и контроллеру, как показано на фотографиях.

Шаг 5: Подключаем питание к контроллеру

В соответствии с нумерацией выводов контроллера соединяем его монтажными проводами с выходом стабилизатора напряжения и общим проводом.

Совет: Монтажные провода имеют разный цвет изоляции, старайтесь использовать провода одного цвета для каждой цепи.

Шаг 6: Подключаем кварцевый резонатор

Располагаем на плате резонатор и конденсаторы колебательного контура.

Порядок монтажа следующий:

− конденсатор 22pF ставим между землёй и 9 ножкой контроллера;
− конденсатор 22pF ставим между землёй и 10 ножкой контроллера;
− резонатор включаем между ногами 9 и 10 контроллера;
− резистор 10 kOm включаем между 1 ногой контроллера и +5В (шунтируем сигнал «Сброс»).

Шаг 7: Добавляем индикаторы состояния контроллера

Светодиоды включаем последовательно с резисторами 100 Ом, между землёй и нашим программатором.

Шаг 7: Соединяем макет с платой программатора

Подключаем собранный макет к плате Arduino Duemilanove следующим образом:

− вывод жёлтого светодиода соединяем с 9 выводом на разъёме программатора, его пульсация покажет нам, что программатор работает;
− вывод красного светодиода соединяем с 8 выводом на разъёме программатора, он сигнализирует о возможных ошибках;
− вывод зелёного светодиода соединяем с 7 выводом на разъёме программатора, его свечение сигнализирует об обмене данными между программатором и микроконтроллером.

Соединяем наши платы между собой остальными проводами как показано на рисунке, не забыв соединить провода питания + 5 В и корпус между ними.

Шаг 8: Превращаем плату Arduino Duemilanove в программатор

Для того что в загрузить в микроконтроллер ATmega 328 IC бутлоадер необходимо превратить наш Arduino Duemilanove в программатор. Подключаем нашу сборку к компьютеру с помощью USB кабеля. Открываем среду программирования AndurinoIDE, выбираем в нем скетч (программу) AndurinoISP и загружаем его в Arduino Duemilanove. По миганию жёлтого светодиода убеждаемся, что скетч загрузился в наш программатор.

Шаг 9: Загружаем бутлоадер

В AndurinoISP (пункт меню « T ools» ) выбираем нужный нам тип контроллера (ATmega 328 IC) . Даём команду на загрузку бутлоадера «Burn bootloader» . Следим за сообщениями AndurinoIDE, после окончания загрузки бутлоадера «Done Burning bootloader» наш микроконтроллер готов к записи скетча проекта нашей новой самоделки .

Шаг 10: Возможные проблемы и их решение

Возможные ошибки при записи бутлоадера и способы их устранения приведены на скриншотах отладчика выше.

Эта статья не претендует на полноценное описание программирования «с ноля» микроконтроллера, но показывает как с помощью минимального набора элементов можно начать изготовление «своего» Андурино .