Введение в Arduino: 18 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

Вы когда-нибудь задумывались о создании своих собственных устройств, таких как метеостанция, приборная панель автомобиля для мониторинга топлива, скорости и отслеживания местоположения или управления вашей бытовой техникой, управляемой с помощью смартфонов, или вы когда-нибудь задумывались о создании сложных роботов, которые могут говорить, ходить и двигать руками или как насчет создания ваших собственных устройств mp3-плеера, устройства обнаружения отпечатков пальцев, автоматизированной системы полива растений, датчика землетрясений, рации или системы наблюдения на базе камер видеонаблюдения с дистанционным управлением. Если вы когда-нибудь задумывались и готовы внести свой вклад в оцифровку мира, то поверьте, что вы можете делать все, что хотите, и тогда вы должны знать основы электроники и микроконтроллеры. Микроконтроллер представляет собой компактную интегральную схему, которая принимает входные данные от различных датчиков, например, датчика температуры, датчика обнаружения движения, датчика дальности и т. Д., И запрограммирована на получение желаемого выходного сигнала от исполнительных механизмов, то есть светодиодов, двигателей, реле и т. Д. Знание сегодняшних открытых источников Мировое обучение, понимание и создание таких устройств - не сложная задача, учитывая огромный вклад сообщества Arduino в мир, который доступен каждому любителю и инженерам по всему миру.

Arduino - это аппаратная и программная платформа с открытым исходным кодом, предназначенная для любителей и инженеров, которые могут считывать входные данные с разных датчиков, обрабатывать эти входные данные и обеспечивать желаемый выходной сигнал, приводя в действие различные исполнительные механизмы, то есть в принципе вы можете сказать, что Arduino может быть мозгом многих проектов.

Шаг 1: Типы Arduino

Существуют разные типы плат Arduino с разным количеством аналоговых, цифровых и ШИМ-выводов, и самое замечательное то, что вы можете легко начать работать с любой из них. Здесь перечислены различные дополнения Arduino.

● Arduino Uno

● Arduino Due

● Arduino Mega

● Плата Arduino Leonardo

● Плата Lillypad Arduino

Шаг 2: Arduino Uno

Большинство новичков начинают использовать Arduino Uno, на его борту есть основной микроконтроллер ATMegga328 с памятью 2 КБ SRAM И 32 КБ флэш-памяти, у него 14 цифровых входов / выходов, из которых 6 - ШИМ и 6 - контакты аналогового выхода. кнопка сброса, разъем питания, USB-соединение и многое другое. Он включает в себя все необходимое для поддержки микроконтроллера; просто подключите его к ПК с помощью кабеля USB и дайте источнику питания для начала работы с адаптером переменного тока в постоянный или аккумулятором.

Шаг 3: Arduino Due

Основной микроконтроллер Arduino Due - AT91SAM38XE с памятью 96 КБ SRAM, флэш-память 512 КБ состоит из 54 цифровых контактов, 12 из которых являются ШИМ и имеют 16 аналоговых входных контактов.

Шаг 4: Arduino Mega

Он содержит ATmea2560 в качестве микроконтроллера с объемом памяти 8 КБ.

SRAM и флэш-память емкостью 256 КБ, имеющая 54 цифровых контакта ввода-вывода, из которых 12 - это контакты ШИМ и 16 аналоговых входных контактов, кнопку сброса, разъем питания, USB-соединение и кнопку сброса. Он включает в себя все необходимое для поддержки микроконтроллера; просто подключите его к ПК с помощью кабеля USB и дайте источнику питания для начала работы с адаптером переменного тока в постоянный или аккумулятором. Огромное количество контактов делает эту плату Arduino очень полезной для разработки проектов, которым требуется множество цифровых входов или выходов, таких как кнопки управления партиями.

Шаг 5: Ардуино Леонардо

Его основным микроконтроллером является ATmega32u4, имеющий память 2,5 КБ SRAM и 32 КБ флэш-памяти, имеющую 20 контактов цифрового ввода-вывода и 12 контактов аналогового входа. Первая плата разработки Arduino - это плата Leonardo. Эта плата использует один микроконтроллер вместе с USB. Это означает, что это может быть очень просто и дешево. Поскольку эта плата напрямую обрабатывает USB, доступны программные библиотеки, которые позволяют плате Arduino следовать за клавиатурой компьютера, мышью и т. Д.

Шаг 6: плата LilyPad Arduino

Плата Lily Pad Arduino - это носимая технология электронного текстиля. Каждая плата была изобретательно разработана с огромными соединительными площадками и гладкой спинкой, чтобы их можно было вшивать в одежду с помощью проводящей нити. Этот Arduino также включает в себя платы ввода-вывода, питания и датчиков, которые созданы специально для электронного текстиля. Их даже можно стирать!

Шаг 7: Инструменты для среды разработки Arduino

Язык программирования Arduino:

Arduino запрограммирован на C ++, который используется в различных аспектах проектов, таких как разработка программного обеспечения, но для Arduino C ++ используется с дополнительными функциями. Вы можете создать эскиз Arduino, эскиз Arduino - это имя, данное файлу кода Arduino. Вы пишете код в Arduino IDE. Эти эскизы могут быть сохранены в папках проекта, а IDE дает возможность скомпилировать код C ++ на машинный язык и загрузить их на плату Arduino.

IDE Arduino

Arduino IDE (интегрированная среда разработки) - это инструмент для редактирования, компиляции и загрузки кода C ++, в котором вы можете написать свою программу для программирования контактов ввода-вывода для различных целей, и вы можете использовать библиотеки с открытым исходным кодом для написания сложных программ, интегрированных с различными функциями, о которых мы поговорим позже. подробно обсудим о библиотеках.

Шаг 8: Установка Arduino IDE

Шаг 1. Загрузите Arduino IDE.

Шаг 2. Дождитесь завершения процесса загрузки.

Шаг 3. Установите программное обеспечение и выберите компоненты, которые вы хотите установить, а также место установки.

Шаг 4. Подтвердите установку драйвера при появлении запроса в Windows 10.

Шаг 9: Установка драйвера Arduino

Перейдите в «Пуск» -> введите «Диспетчер устройств»> дважды щелкните первый результат, чтобы запустить диспетчер устройств.

1. Перейдите в раздел "Порты"> найдите порт Arduino UNO.

2. Если вы не можете найти этот порт, перейдите в раздел «Другие устройства» и найдите «Неизвестное устройство».

3. Выберите порт Arduino UNO> щелкните «Обновить драйвер».

4. Выберите опцию «Найдите на моем компьютере программное обеспечение драйвера»> перейдите в папку загрузки программного обеспечения Arduino> выберите файл arduino.inf / Arduino UNO.inf (в зависимости от версии вашего программного обеспечения).

5. Подождите, пока Windows завершит процесс установки драйвера.

Теперь, когда вы установили программное обеспечение и драйвер Arduino на свой компьютер, пора открыть ваш первый скетч. Выберите тип платы и порт и загрузите программу, чтобы убедиться, что ваша плата работает.

Шаг 10: Графическое представление IDE Arduino

Поскольку Arduino IDE используется для редактирования, сохранения, компиляции и загрузки кода в Arduino, вот графическое представление Arduino IDE.

Шаг 11: открыть новый файл в Arduino IDE

Чтобы открыть новый файл, нажмите файл-> новый.

Шаг 12: Сохранение эскиза Arduino

Откроется новый файл

Шаг 1: Чтобы сохранить эскиз Arduino, перейдите в Файл-> сохранить. Появится окно для сохранения эскиза.

Шаг 2: переименуйте эскиз Arduino и нажмите кнопку сохранения. Эскиз будет сохранен.

Шаг 13: Примеры программы Arduino

Arduino IDE включает в себя множество примеров программ для изучения и создания проектов на их основе, эти примеры относятся к миганию светодиода, аналоговому и цифровому входу, выходу, последовательной связи, датчику и т. Д.

Чтобы открыть пример программы светодиодного мигания, нажмите Файл-> Пример-> Основы-> Blink.

Шаг 14: библиотеки Arduino

Согласно сообществу Arduino «Библиотеки - это набор кода, который упрощает подключение к датчику, дисплею, модулю и т. Д. Например, встроенная библиотека LiquidCrystal упрощает взаимодействие с символьными ЖК-дисплеями. В Интернете для загрузки доступны сотни дополнительных библиотек ». Библиотеки включают в себя общие методы и функции, такие как драйверы устройств или служебные функции с использованием библиотек, что упрощает программирование без кодирования многих строк, которые вы можете использовать для функций предварительной сборки для своей программы. В Интернете доступно множество библиотек с открытым исходным кодом, Arduino IDE также предоставляет библиотеки, созданные сообществом Arduino, такие как библиотека для управления серводвигателями, Ethernet и т. Д. Arduino IDE также предоставляет возможность установки и использования внешних библиотек, которые вы также можете создайте свои собственные библиотеки и установите их в Arduino IDE.

Метод установки библиотеки Arduino

Существует два метода, с помощью которых мы можем установить библиотеку в Arduino IDE: один - через диспетчер библиотек Arduino IDE, а другой - с помощью файла.zip. Большинство библиотек доступны в диспетчере библиотек Arduino, но есть много библиотек, которые разработчик делает сам. и сделать их доступными на github, чтобы у нас были оба варианта, но мы можем использовать любой из них.

Установка библиотеки с помощью диспетчера библиотек

Чтобы установить библиотеку с помощью диспетчера библиотек, щелкните эскиз-> включить библиотеку-> Управление библиотеками.

После того, как этот менеджер библиотек откроется здесь, вы сможете увидеть уже установленные библиотеки. В этом примере мы установим RTCZero, для этого вам нужно будет найти библиотеку RTCZero, когда вы найдете ее, выберите ее версию и нажмите кнопку установки, установка будет запущена.

Импорт библиотеки.zip

Библиотеки часто распространяются в виде ZIP-файла или папки. Имя папки - это имя библиотеки. Внутри папки будет файл.cpp, файл.h и часто файл keywords.txt, папка примеров и другие файлы, необходимые для библиотеки.

Чтобы установить zip-библиотеку, нажмите «Эскиз» -> «Включить библиотеку» -> «Добавить.zip-библиотеку».

Откроется окно «Обзор», в котором задайте место для сохранения библиотеки zip и нажмите кнопку «Открыть»

Шаг 15: горячие клавиши Arduino IDE

В Arduino IDE есть несколько коротких клавиш, с помощью которых мы можем выполнять различные функции, такие как компиляция, загрузка, сохранение и т. Д.

Шаг 16: выводы ввода-вывода Arduino

Arduino - это макетная плата, которая обычно поставляется с различной конфигурацией контактов ввода / вывода (ввода / вывода), контакты могут быть аналоговыми или цифровыми,

Аналоговый вывод

Аналоговые контакты на самом деле являются входными контактами, которые обычно используются для считывания физических данных в качестве входных, или это контакт, который может считывать физические данные с датчиков, датчик - это устройство, которое может преобразовывать физическую энергию в электрическую. Arduino может считывать эту электрическую энергию как электрический сигнал с помощью аналоговых выводов.

Цифровой PIN-код

Цифровой вывод может быть как INPUT, так и OUTPUT, так как он назван, он может читать INPUT и записывать OUTPUT в цифровой форме. Цифровые данные имеют форму ВЫСОКОГО или НИЗКОГО, где ВЫСОКИЙ означает ВКЛ, а НИЗКИЙ означает ВЫКЛ, например, если светодиод подключен к цифровым контактам Arduino, и вы запрограммируете этот контакт на ВЫСОКИЙ, в конечном итоге светодиод загорится и запрограммируя его на НИЗКИЙ светодиод погаснет.

Контакты для широтно-импульсной модуляции

Некоторые цифровые выводы в Arduino имеют дополнительную функциональность по обеспечению аналогового вывода и называются выводами ШИМ, функция выводов ШИМ - записывать ВЫХОД в диапазоне уровней между ВЫСОКИМ и НИЗКИМ уровнями, предположим, что светодиод подключен к выводу ШИМ и вы хотите управлять яркостью светодиода или двигателя, подключенного к выводу PWM, и вы хотите контролировать скорость двигателя, вы можете назначить значение от 0 до 255 для управления яркостью или скоростью.

Шаг 17: программа Arduino LED Blink

После установки Arduino IDE и драйвера подключитесь к программе.

Arduino, чтобы мигать светодиодом, требуются компоненты, указанные ниже.

Компоненты, используемые для проекта LED Blink

● Arduino Uno

● USB-кабель типа A / B

● Резистор 220 Ом

● светодиод

● Макетная плата

Схема

Подключите вывод 5 Arduino Uno к резистору 220 Ом, а другой вывод резистора подключите к выводу анода (+) светодиода и подключите вывод GND Arduino Uno к выводу катода (-) светодиода.

Написание программы для мигания светодиода

Шаг 1. Откройте IDE Arduino.

Шаг 2. Откройте новый скетч.

Шаг 3. Сохраните новый эскиз как ПРОГРАММА МИГАНИЯ СВЕТОДИОДОВ и запустите программу.

Шаг 4. Выберите плату, нажав Инструменты-> Плата: -> Arduino Uno.

Шаг 5. Выберите COM-порт, нажав Инструменты-> Порт.

Шаг 6. Нажмите кнопку "Скомпилировать".

Шаг 7. Дождитесь завершения компиляции и нажмите кнопку «Загрузить».

Вы увидите сообщение «Done Uploading», так как вы видите это сообщение: светодиод, подключенный к выводу 5 Arduino, будет мигать через секунду.

Шаг 18: последовательный монитор

В Arduino IDE есть функция, которая может быть большим подспорьем при отладке эскизов или управлении Arduino с клавиатуры вашего компьютера. Serial Monitor - это отдельное всплывающее окно, которое действует как отдельный терминал, который обменивается данными, получая и отправляя последовательные данные.

Вы можете изменить программу мигания светодиода, чтобы видеть, что состояние светодиода, подключенного к выводу 5 Arduino, на вашем компьютере ВЫСОКО или НИЗКОЕ, используя последовательный монитор Arduino IDE, используя возможности последовательной связи Arduino, для этого сначала вам нужно настроить последовательный порт. Скорость передачи до 9600 бод. Скорость передачи данных просто определяется как скорость передачи данных от Arduino к компьютеру или наоборот в битах в секунду, поэтому установка скорости передачи на 9600 аналогична скорости передачи 9600 бит в секунду.

Написание программы для мигания светодиода

Шаг 1. Откройте IDE Arduino.

Шаг 2. Откройте новый скетч.

Шаг 3. Сохраните новый эскиз как ПРОГРАММА МИГАНИЯ СВЕТОДИОДОВ и напишите программу.

Шаг 4. Выберите плату, нажав Инструменты-> Плата: -> Arduino Uno.

Шаг 5. Выберите COM-порт, нажав Инструменты-> Порт.

Шаг 6. Нажмите кнопку "Скомпилировать".

Шаг 7. Дождитесь завершения компиляции и нажмите кнопку «Загрузить».

Шаг 8. Откройте Serial Monitor, нажав Ctrl + Shift + m или щелкнув в правом верхнем углу.

Шаг 9. Установите скорость передачи последовательного монитора, так как и Arduino, и компьютер должны иметь одинаковую скорость передачи для последовательной связи.

Здесь вы увидите, как только светодиод станет ВЫСОКИМ или НИЗКИМ, сообщение будет последовательно распечатано на последовательном мониторе.