|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Arduino. Znajomy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Projektant radioamatorów Prawdopodobnie w życiu każdego początkującego radioamatora przychodzi taki moment, kiedy nie zadowalają go już najprostsze urządzenia elektroniczne. Istnieje chęć zaprojektowania czegoś praktycznie użytecznego. Trudno jednak oczekiwać, aby urządzenia oparte na parze tranzystorów rozwiązywały mniej lub bardziej złożone problemy. Z drugiej strony początkujący programista może chcieć, aby programy, które pisze, sterowały jakimś autonomicznym robotem lub innym podobnym urządzeniem. Czym innym jest, gdy program po prostu działa z informacjami zapisanymi w pamięci komputera, a czym innym, gdy robot wykonujący napisany program wyrusza w „podróż” po pokoju lub zaprogramowany mikrokontroler staje się częścią jakiegoś użytecznego urządzenia. Jednocześnie ani początkujący radioamator, ani programista nie mają jeszcze wystarczającej wiedzy i umiejętności, aby powtórzyć, nie mówiąc już o przeprojektowaniu urządzenia mikrokontrolera. W końcu mikrokontroler to bardzo mały i prosty, ale wciąż komputer. Konieczna jest szczegółowa znajomość architektury konkretnego mikrokontrolera, przestudiowanie specyficznego dla niego języka asemblera. Najprostszym sposobem na rozwiązanie tego problemu jest skorzystanie z gotowego zestawu do tworzenia robotów na wzór tych wykonanych przez znanego producenta wszelkiego rodzaju designerów dla dzieci – Lego. Taki zestaw zawiera wszystkie niezbędne elementy do budowy robota: jednostkę mikrokontrolera, silniki elektryczne, czujniki. Niewątpliwą zaletą takiego zestawu jest to, że w bardzo prosty i szybki sposób można na jego podstawie zaprojektować robota. Całe niezbędne oprogramowanie jest dołączone do zestawu i posiada intuicyjny interfejs. Dokumentacja techniczna przeznaczona jest dla najmłodszych miłośników technologii. Jednak zdaniem autora za niezbyt duży zestaw czujników i elementów wykonawczych, a także zestaw standardowych części z tworzyw sztucznych trzeba będzie zapłacić nieracjonalnie dużą kwotę. Nie zmienia to jednak faktu, że tacy projektanci najlepiej pasują do młodszej grupy wiekowej. Pomimo wysokich kosztów wyspecjalizowanych konstruktorów, sam pomysł wykorzystania stosunkowo niewielkiej liczby standardowych jednostek funkcjonalnych do stworzenia złożonego urządzenia wygląda całkiem sensownie. Tą drogą podążają twórcy płytki Arduino z mikrokontrolerem serii AVR i wieloma płytkami rozszerzeń do niej. Obecnie najpopularniejszą wersją tej płytki jest Arduino UNO. Do tworzenia własnych programów służy wyspecjalizowane środowisko programistyczne Arduino IDE, w którym programowanie odbywa się w języku opartym na powszechnie używanym języku C++. Ogromną zaletą Arduino jest jego niemal całkowita otwartość. Na oficjalnej stronie dewelopera można bezpłatnie pobrać środowisko programistyczne [1,2]. Kiedy się uruchamia, ten pokazany na ryc. 1 okno, w którym można wejść do programu, przetłumaczyć go na kod maszynowy, załadować do mikrokontrolera płytki Arduino i uruchomić do wykonania.
Należy zauważyć, że firma zajmująca się rozwojem Arduino podzieliła się na dwie niezależne firmy, Arduino LLC i Arduino SRL, które nadal produkują produkty pod tą samą marką, co powoduje zamieszanie. Mimo to oprogramowanie jest regularnie aktualizowane, istnieją wersje dla systemów Windows, Linux, MacOS. Oprócz oprogramowania dostarczonego przez twórców płytki istnieje wiele innych środowisk programistycznych, na przykład [3]. Folder z oprogramowaniem najlepiej umieścić w folderze głównym dysku C. Wraz z edytorem tekstu programu i kompilatorem zawiera podfoldery z przykładami typowych programów oraz zestawem bibliotek do rozwiązywania standardowych zadań, co znacznie upraszcza życie początkujący programista. Przy pierwszym podłączeniu płytki Arduino do komputera system operacyjny wykryje nowe urządzenie i zażąda zainstalowania jego sterownika, który jest również dostępny w folderze oprogramowania. Po zainstalowaniu sterownika należy ponownie uruchomić komputer. W wyniku udanej instalacji w Menedżerze urządzeń systemu Windows zostanie wyświetlony dodatkowy port COM. Zastosowanie języka wysokiego poziomu upraszcza programowanie i znacznie zmniejsza wymagania co do kwalifikacji programisty, ale z drugiej strony powstały program nie będzie optymalny pod względem zajmowanej pamięci i szybkości wykonywania. Program napisany w języku niskiego poziomu (język asemblera) zajmowałby znacznie mniej miejsca w pamięci i działałby szybciej. Ale w rozwoju amatorskim można to zaniedbać. Oczywiście w krytycznych przypadkach należy używać Arduino z najwyższą ostrożnością. Jednak zasadniczo możliwe jest wykorzystanie Arduino w różnych urządzeniach: od najprostszego termostatu po bezzałogowe statki powietrzne. Na przykład rosyjska firma lotnicza „Lin Industry al” [4], zajmująca się projektowaniem ultralekkich pojazdów nośnych, stworzyła opartą na Arduino jednostkę rejestrującą parametry lotu (ryc. 2) dla swojej eksperymentalnej rakiety (ryc. 3). A naukowcy z Indyjskiego Instytutu Badań i Edukacji Naukowej (Trivandrum) wykorzystali Arduino w radioteleskopie treningowym [5].
Specjalny program ładujący jest wstępnie napisany w mikrokontrolerze zainstalowanym na płycie Arduino. Za jego pomocą program aplikacyjny opracowany na komputerze jest zapisywany do pamięci programowej mikrokontrolera. Sam bootloader zajmuje część tej pamięci (od jednego do czterech kilobajtów, w zależności od wersji), ale dzięki takiej organizacji interakcji z komputerem trudno jest użytkownikowi doprowadzić mikrokontroler do stanu niedziałającego za pomocą błędnych poleceń . Na płytce Arduino UNO (rys. 4) zainstalowany jest mikrokontroler ATmega328P, który posiada 2 KB pamięci RAM i 32 KB pamięci programu. Częstotliwość taktowania mikrokontrolera wynosząca 16 MHz jest ustalana przez rezonator kwarcowy. Arduino UNO nie potrzebuje osobnego programatora, płytkę można podłączyć bezpośrednio do złącza USB komputera, do czego posiada złącze USB-BF oraz konwerter interfejsu USB-szeregowy na mikrokontrolerze. W innych wariantach płytek Arduino do połączenia z komputerem można wykorzystać złącze micro-USB. Na przestarzałych i domowych płytach można również znaleźć zwykły port COM.
Płytka Arduino UNO podłączona do komputera zasilana jest przez złącze USB. A żeby działał bez komputera musi być zasilany napięciem 7...12 V z zewnętrznego źródła, do którego płytka ma specjalne złącze. Dzięki wbudowanemu regulatorowi napięcia Arduino UNO nie stawia specjalnych wymagań co do jakości napięcia zasilania. Tak więc jego źródłem może być prawie każdy mały zasilacz, którego napięcie wyjściowe mieści się w wymaganym zakresie, a nawet bateria galwaniczna 9 V, na przykład Krona (6F22) lub dwie połączone szeregowo baterie 3336 (3R12). Istnieje 14 cyfrowych linii wejścia-wyjścia, które są nazywane D0-D13, do komunikacji z zewnętrznymi elementami wykonawczymi, a także do pobierania informacji z czujników. Na sześciu z nich mikrokontroler może wyprowadzać impulsy z cyklem pracy sterowanym programowo (PWM). Są one oznaczone na planszy symbolem „~”. Ponadto istnieje sześć analogowych linii wejściowych A0-A5. Wejścia analogowe są podłączone do dziesięciobitowego przetwornika analogowo-cyfrowego wbudowanego w mikrokontroler, ale w razie potrzeby mogą być również wykorzystane jako dodatkowe cyfrowe linie wejścia-wyjścia D14-D19. Należy zauważyć, że z wersji na wersję płytki zmienia się liczba linii wejść analogowych oraz linii zdolnych do pracy w trybie PWM. Na przykład płytka Arduino Leonardo i jej krajowy odpowiednik Iskra Neo mają 12 linii analogowych i siedem linii PWM. Z reguły wszystkie linie I/O na płytkach są oznaczone, więc łatwo je zrozumieć. Na płytce Arduino UNO znajdują się cztery diody LED: kontrolka zasilania (ON), dioda podłączona na stałe do linii D13 (L) oraz dwie diody sygnalizujące wymianę informacji z urządzeniem zewnętrznym poprzez port szeregowy (TXi RX) , a także przycisk do wprowadzenia mikrokontrolera w stan początkowy. Jedną z zalet Arduino jest szeroka gama dodatkowych płytek, tzw. „shields” (ang. shield – shield). Pozwalają podłączyć silniki elektryczne i inne potężne obciążenia do Arduino, zapewniają pracę w sieciach komputerowych z wykorzystaniem protokołów Ethernet i WiFi, przesyłają informacje przez sieć komórkową GSM, pracują z dźwiękiem itp. Wiele gotowych bibliotek oprogramowania, zarówno oficjalnych, jak i oficjalnych , praca z tarczami oraz napisane przez osoby trzecie. Płytka Arduino UNO doskonale nadaje się do debugowania programów na etapie rozwoju oraz tworzenia projektów. Jednak w wielu praktycznych zastosowaniach możliwości Arduino UNO są zbędne, a jego rozmiar może być zbyt duży, aby można go było zainstalować w gotowym produkcie. Płytki Arduino Nano i Arduino Mini są przeznaczone do wykorzystania w gotowych projektach. Pod względem parametrów są niemal identyczne z Arduino UNO, ale mają uproszczoną konstrukcję, mniejsze wymiary i są nieco tańsze. Jeśli możliwości Arduino UNO nie wystarczą, można zastosować płytkę Arduino Mega z większą pamięcią i liczbą linii I/O. Lista opcji dla płyt Arduino nie ogranicza się do tego, ale inne opcje wstępnego badania są mniej odpowiednie. Tylko nazwa Arduino jest chroniona prawem autorskim, więc wielu producentów wypuszcza własne wersje pod nazwami Free-duino, Craft Duino, Funduino, Diavolino itp. Wśród całej tej różnorodności są projekty, które całkowicie powtarzają oryginalne, a także własne projekty, których zgodność z oryginałem jest czasem wątpliwa. Jednak z reguły urządzenia różnych producentów są standaryzowane, więc jeśli płyta jest deklarowana jako kopia Arduino UNO, to wszystko, co powiedziano o Arduino UNO, dotyczy jej, chociaż oczywiście nie można ręczyć za każdego producenta. Akceptowalny poziom jakości dla amatora mogą zapewnić nie tylko producenci oryginalnych urządzeń, ale także mało znane firmy oferujące podobne konstrukcje w znacznie niższej cenie. Płytka Arduino nie jest bardzo skomplikowana i jest dość przystępna do samodzielnej produkcji, dokumentację do niej można znaleźć na oficjalnej stronie producenta [6]. Opis domowej roboty płytki, wchodzącej w skład rodziny Arduino, ukazał się również w czasopiśmie Radio [7]. Dzięki tym zaletom, wśród miłośników elektroniki, Arduino stało się właściwie swego rodzaju standardem. Wykorzystanie kompletnych bloków funkcyjnych i bibliotek programów znacznie upraszcza, a tym samym przyspiesza rozwój. W rzeczywistości tarcze Arduino to „czarne skrzynki”. Ważne jest, jak ten lub inny blok reaguje na określone sygnały i wpływy, ale jego wewnętrzna struktura nie jest fundamentalna. Istnieją drukowane publikacje w języku rosyjskim poświęcone opisowi Arduino, ale szczerze mówiąc, nie leżą one na półce każdej księgarni czy biblioteki. Jako przykład można przytoczyć książkę [8], a wśród czasopism szereg artykułów w czasopiśmie „Levsha” (dodatek do czasopisma „Młody Technik”). Tam, począwszy od Nr 6 za rok 2012, miesięcznik publikuje artykuły dotyczące wykorzystania Arduino [9]. Jednak w Internecie można znaleźć wiele zasobów, zarówno w całości poświęconych Arduino [10-12], jak i stron o szerszej orientacji naukowej i technicznej, które mają odpowiednie sekcje [13-16]. Podsumowując, widać, że dla ułatwienia pracy z Arduino można wykonać kilka prostych urządzeń. Na przykład wtykanie odizolowanych końców przewodów w gniazda złączy nie jest zbyt wygodne. W tym celu pokazano na rys. 5 specjalnych przewodów połączeniowych z końcówkami, które są jednocześnie wtykami i gniazdami. Łatwo jest samodzielnie wykonać podobne przewody za pomocą styków ze złączy. A do szybkiego podłączenia urządzeń zewnętrznych lepiej użyć przewodów połączeniowych, takich jak pokazano na ryc. 6, na jednym końcu którego przylutowane jest złącze krokodylkowe, a na drugim styk kołkowy.
Często konieczne jest podłączenie kilku przewodów do jednego wyjścia płytki, np. do zasilania kilku czujników. Tutaj możesz użyć gniazd PBS lub podobnych, których wszystkie wyprowadzenia muszą być ze sobą połączone i przylutowane do przewodu łączącego, na przeciwległym końcu którego znajduje się styk. Do szybkiego montażu prostych urządzeń bez użycia lutownicy dobrze sprawdzają się specjalne płytki prototypowe. Wygląd jednego z nich pokazano na ryc. 7, a schemat jest na ryc. 8.
Twarde wyprowadzenia części wkłada się w gniazda sprężynowe takich płytek, a brakujące połączenia między nimi wykonuje się zworkami drutowymi lub przewodami opisanymi powyżej. Tak więc główną zaletą Arduino z jednej strony jest obecność dobrze rozwiniętych i elastycznych możliwości, aby stać się podstawą dość złożonych projektów, z drugiej strony ilość wstępnej wiedzy niezbędnej do rozpoczęcia nie faktycznie wykraczają poza szkolne zajęcia z fizyki i informatyki. literatura
Autor: D. Lekomtsev
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ LaCie Mobile SSD Bezpieczne i przenośne dyski SSD 2 TB ▪ Dobry cholesterol chroni wątrobę przed stanami zapalnymi ▪ Molekularny układ elektroniczny
▪ sekcja serwisu Baterie, ładowarki. Wybór artykułów ▪ artykuł Blaszane knury. Wskazówki dla modelarza ▪ artykuł Barszcz europejski. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Prosta antena CB. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Porównanie liczby kart koloru czarnego i czerwonego. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony