Знакомство с микроконтроллером ArduinoUno

Знакомство с микроконтроллером ArduinoUno

 

Краткие сведения: Arduino (ардуино) — популярная аппаратная вычислительная платформа, основными компонентами которой являются плата ввода-вывода и среда разработки. Arduino может использоваться как для создания автономных интерактивных объектов, роботов, так и подключаться к программному обеспечению, выполняемому на компьютере. Платы имеют аналоговые и цифровые порты, к которым можно подключить большое количество датчиков и исполнительных устройств: кнопка, помпа, мотор, светодиод, экран и т.д.

Изучение Arduino часто входит в учебные программы по робототехнике и изучается в кружках робототехники. Но плата популярна и в создании «настоящих» роботов. Именно Arduino может стать «мозгом» вашего робота.
Для начала, мы проверим работоспособность Arduino на примере мигания светодиода.

Подключение микроконтроллера ArduinoUno к компьютеру

Для того чтобы подключитьArduinoUno к компьютеру необходимо использовать кабель USB2.0 Type-B.

После того, как вы подключили Arduino к компьютеру и открыли ArduinoIDE, вам необходимо установить в программе нужныйCOMпорт, и тип используемой платы.

Для этого в главном меню вы нажимаете на вкладку Инструменты, выбираете порт и устанавливаете тот COM, к которому подключен ваш микроконтроллер.

 

Если пункт меню «Порт» не активен, проверьте, правильно ли подключен кабель. Если вы не знаете, к какому COM порту подключена ваша плата, посмотрите в диспетчере устройств.

Далее необходимо выбрать нужную плату: Инструменты/Плата/Arduino/Genuino Uno

 

Знакомство со средой программирования ArduinoIDE

Главное меню обеспечивает доступ ко всем функциям среды ArduinoIDE.

Под строкой главного меню находятся кнопки наиболее часто используемых команд.

Редактор кода автоматически выделяет цветом различные части программы (переменные, процедуры, функции и т.д.).

Окно вывода сообщений: вывод информационных сообщений во время компиляции, загрузки программы и т.д.

Подключение кнопки к ArduinoUno

Теперь, когда все разобрались со светодиодом, можно немного усложнить задачу. Теперь светодиод будет включаться и выключаться не сам по себе, а при помощи «кнопки».

Необходимые компоненты

· контроллер Arduino

· тактовая кнопка

· 10кОм резистор

· breadboard

· соединительные провода

Подключение

Примечание: мигает светодиод с подписью L.

Подключаем выход питания (5V) и землю (Gnd), красным и черным проводом к макетной плате. Обычно на макетных платах для питания и земли используют крайние ряды контактов, как показано на рисунке. Третьим синим проводом мы соединяем цифровой пин 2 контроллера Arduino к контакту тактовой кнопки. К этому же контакту, либо к контакту, постоянно соединенному с ней в 4х штырковом исполнении, подключаем подтягивающий резистор 10 кОм, который в свою очередь соединяем с землей. Другой выход кнопки соединяем с питанием 5 В.

Когда тактовая кнопка не нажата, выход 2 подключен только к земле через подтягивающий резистор и на этом входе будет считываться LOW. А когда кнопка нажата, появляется контакт между входом 2 и питанием 5В, и считываться будет HIGH.

Замечание: Чаще всего тактовые кнопки имеют по два контакта с каждой стороны так, как это показано на рисунке подключение. При этом по форме кнопка почти квадратная. ВАЖНО не перепутать при подключении какие контакты соединены, а какие замыкаются при нажатие. Лучше всего прозвонить кнопку, если вы не уверены.

Можно также подключить кнопку наоборот — через подтягивающий резистор к питанию и через кнопку к земле. Тогда с входа будет считываться HIGH, а при нажатие кнопки, LOW.

Схема

 

Аналоговые датчики

При использовании аналогового сигнала, показания датчика передаются в виде переменного напряжения на сигнальном проводе. Сигнальное напряжение может принимать значение от 0 В до напряжения питания. Хотя обычно «рабочий диапазон» напряжений более узкий.

На ArduinoUno имеется 6 аналоговых входов, с помощью которых можно считывать переменное напряжение и, исходя из его значения, получать значения с датчика. Эти входы объединены на плате в группу «AnalogIn» и пронумерованы от A0 до A5.

Примеры аналоговых датчиков:

Фоторезистор:                                               Датчик звука:

Цифровые датчики

При использовании цифрового сигнала, сенсор в любой момент времени выдаёт на сигнальный провод либо 0 В, либо напряжение своего питания — 5 В. Промежуточных значений нет. Для того, чтобы абстрагироваться от конкретных значений напряжения, которые не важны при обработке цифровых сигналов, существуют понятия логического нуля (LOW) и логической единицы (HIGH). 0 В — это логический ноль, напряжение питания — это логическая единица.

На ArduinoUNO имеется 14 цифровых входов, любой из которых может быть использован для подключения такого датчика.

Примеры цифровых датчиков:

Датчик температуры и                 Ультразвуковой дальномер:

влажности воздуха:

Преимущества и недостатки каждого типа датчиков:

	Преимущества	Недостатки
Аналоговые датчики	ü Простота использования ü Не требуется расшифровка протокола	Неустойчивость к внешним шумам Ограничение по длине провода
Цифровые датчики	ü Простота использования если датчик возвращает 0 или 1 ü Нет ограничения по длине провода	Требуется расшифровка протокола для датчиков с широкой градацией

 

 

Вам понадобится

· Arduino;

· ультразвуковой датчик HC-SR04;

· соединительные провода;

· светодиод;

· резистор на 10 кОм.

Способ 2 - питание Arduino через USB (5 В, 500 мА)

Плата Arduino может получать электропитание от порта USB, который должен быть подключен к стабилизированному источнику напряжения 5В или компьютеру.

При подключении к питанию через порт USB входящее напряжение подаётся прямо на линию питания микроконтроллера 5В и при превышении его можно повредить.

На плате установлен автоматический предохранитель, который отключит порт USB от платы при потреблении более 500 мА до тех пор, пока нагрузка не будет отключена. При этом работа вашей платы будет выглядеть как постоянная перезагрузка.

Если к плате Arduino одновременно подключены и порт USB и отдельный источник питания, то плата переключится на внешний источник питания, если напряжение на нём больше 6-7 В.

Программный код

Воспользуемся библиотекой DHT.h, созданной специально для датчиков DHT.

 

В окне Монитора порта вы должны увидеть температуру и влажность воздуха. Изменения можно увидеть, например, выдыхая на датчик (как для затуманивания окна). Дыхание увеличивает влажность.

 

 

Включение подсветки

Фоновая подсветка дисплея — это отдельный контур, не связанный с остальным. Включить её можно подав +5 В на 15-й контакт дисплея и подключив 16-й контакт к земле. Соединив эти два контакта с соответствующими рельсами, можно включить Arduino и увидеть, что дисплей засветился.

 

Подключение шины данных

Для подключения дисплея достаточно использовать 6 линий, 6 контактов на Arduino.

Соединим 5-й контакт дисплея, который отвечает за выбор чтение/запись с рельсой земли. Это означает «всегда писать».

Затем, соединяем Arduino и экран нашими 6-ю линиями коммуникации. Какие именно контакты будут выбраны на Arduino не имеет значения: мы зададим их в программе, но для примера была выбрана такая конфигурация:

· 4-й контакт дисплея — 4-й контакт Arduino. Это линия адресного сигнала. Известная как A0 или RS. В зависимости от того, 0 она или 1, дисплей понимает, имеем ли мы на линии данных команду вроде «передвинуть курсор» или код символа для отображения;

· 6-й контакт дисплея — 5-й контакт Arduino. Это линия разрешения доступа к данным. Известная, как E или Enable. Когда эта линия становится единицей, дисплей исполняет команду или выводит символ с линии данных;

· 11-й, 12-й, 13-й, 14-й контакт дисплея — 10-й, 11-й, 12-й, 13-й контакт Arduino соответственно. Это линии данных. Известные как DB4, DB5, DB6, DB7.

 

LCD экран 16х2	1	2	3	4	6	11	12	13	14	15	16
Arduino UNO	GND	+5V	GND	4	5	10	11	12	13	+5V	GND

 

Экран подключен и готов к приёму данных. Осталось написать программу для Arduino.

 

Основные понятия технологий построения сетей

Сервер - это компьютер, который обслуживает другие компьютеры в сети. Существуют разнообразные виды серверов, отличающиеся друг от друга услугами, которые они предоставляют; серверы баз данных, файловые серверы, принт-серверы, почтовые серверы, веб-серверы и т. д.

Протоколы TCP/IP (TransmissionControlProtocol/InternetProtocol - Протокол управления передачей данных/Интернет протокол) являются основными межсетевыми протоколами и управляют передачей данных между сетями разной конфигурации и технологии. Именно это семейство протоколов используется для передачи информации в сети Интернет, а также в некоторых локальных сетях. Семейство протоколов TPC/IP включает все промежуточные протоколы между уровнем приложений и физическим уровнем. Общее их количество составляет несколько десятков.

При построении локальной сети на основе протокола TCP/IP каждый компьютер получает уникальный IP-адрес, который может назначаться либо DHCP-сервером, либо вручную.

IP-адрес - уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной на основе стека протоколов TCP/IP.

MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде, также HardwareAddress) — уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице активного оборудования или некоторым их интерфейсам в компьютерных сетях Ethernet.

DHCP (англ. Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической настройки узла) — сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели «клиент-сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации сетевого устройства обращается к так называемому серверу DHCP и получает от него нужные параметры.

Сетевой шлюз — это точка сети, которая служит выходом в другую сеть. В сети Интернет узлом или конечной точкой может быть или сетевой шлюз, или хост. Интернет-пользователи и компьютеры, которые доставляют веб-страницы пользователям — это хосты, а узлы между различными сетями — это сетевые шлюзы.

DNS (англ. Domain Name System — система доменных имён) — компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства).

Ethernet - семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.Название «Ethernet» (буквально «эфирная сеть» или «среда сети») отражает первоначальный принцип работы этой технологии: всё, передаваемое одним узлом, одновременно принимается всеми остальными (то есть имеется некое сходство с радиовещанием). В настоящее время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), так что кадры, отправляемые одним узлом, доходят лишь до адресата (исключение составляют передачи на широковещательный адрес) — это повышает скорость работы и безопасность сети.

Знакомство с Ethernetshield

ArduinoEthernetShield W5100 одна из интереснейших плат расширения позволяющая управлять платой Arduino через локальную сеть или интернет. Это может пригодиться, если вам нужно получать какую-то информацию для работы из сети, разместить свой собственный веб сайт или управлять ардуино по сети. На данной плате расширения также имеется слот для microSD карты памяти. Для управления платой используется базовая библиотека Arduino IDE - Ethernetlibrary, а для работы microSD картой - SD library. Для работы, помимо Arduino и, собственно,шилда вам также понадобится сетевой кабель (Витая пара).

Для соединения с локальной сетью используйте стандартный разъём 8P8C (RJ45) на борту. Один конец патч-корда витой пары подключите к роутеру или хабу, второй — к EthernetShield.

Характеристики:

· Ethernet-чип: Wiznet W5500;

· рабочее напряжение: 5 В;

· размер буфера: 32 КБ;

· скорость соединения: 10/100 Мбит;

· занимаемые пины: SPI (MISO, MOSI, SCK), 10;

· габариты: 69×53 мм (RJ45 выступает на несколько мм).

 

Знакомство с микроконтроллером ArduinoUno

 

Краткие сведения: Arduino (ардуино) — популярная аппаратная вычислительная платформа, основными компонентами которой являются плата ввода-вывода и среда разработки. Arduino может использоваться как для создания автономных интерактивных объектов, роботов, так и подключаться к программному обеспечению, выполняемому на компьютере. Платы имеют аналоговые и цифровые порты, к которым можно подключить большое количество датчиков и исполнительных устройств: кнопка, помпа, мотор, светодиод, экран и т.д.

Изучение Arduino часто входит в учебные программы по робототехнике и изучается в кружках робототехники. Но плата популярна и в создании «настоящих» роботов. Именно Arduino может стать «мозгом» вашего робота.
Для начала, мы проверим работоспособность Arduino на примере мигания светодиода.