Arduino/Genuino UNO — это флагманская плата для разработки собственных проектов, построения простых систем автоматики и робототехники на базе микроконтроллера ATmega328 с бесплатным программным обеспечением и открытой архитектурой. Arduino UNO R3 является сегодня самой популярной платформой для начинающих изобретателей, любителей мастерить своими руками, студентов и школьников.
Arduino UNO: распиновка платы
Что такое Arduino UNO CH340 мы уже рассказывали, поэтому перейдем сразу к характеристикам и описанию платы Ардуино УНО. Распиновка и принципиальная схема платформы представлена на фото далее. Как мы уже говорили, вся линейка плат имеет полностью открытую архитектуру системы, что позволяет любому стороннему производителю копировать и модернизировать платы Arduino Genuino UNO.
Arduino UNO распиновка платы на русском, ICSP
UNO является лучшим вариантом для знакомства с микроконтроллерами. Плата имеет удобный размер и все необходимое для начала работы: 14 цифровых входов/выходов (6 портов могут работать в режиме ШИМ), 6 аналоговых входов для датчиков, разъем USB для программирования и разъем питания Arduino UNO от блока питания или кроны. Но главное — это огромное множество уроков и инструкций в Интернете.
Характеристики платы Arduino UNO
- Микроконтроллер: ATmega328
- Тактовая частота: 16 МГц
- Напряжение логических уровней: 5 В
- Входное напряжение питания: 7–12 В
- Портов ввода-вывода общего назначения: 20
- Максимальный ток с порта ввода-вывода: 40 мА
- Максимальный выходной ток порта 3.3 В: 50 мА
- Максимальный выходной ток порта 5 В: 800 мА
- Портов с поддержкой ШИМ: 6
- Портов, подключённых к АЦП: 6
- Разрядность АЦП: 10 бит
- Flash-память: 32 КБ
- EEPROM-память: 1 КБ
- Оперативная память: 2 КБ
- Габариты: 69×53 мм
Arduino UNO: схема электрическая
Arduino UNO: порты ввода вывода, питание
Рабочее напряжение - 5 В при подключении через USB с любых устройств (компьютер, ноутбук, зарядка от смартфона и т.д.). При одновременном подключении внешнего адаптера (аккумулятора, кроны, блока питания), питание автоматически переключается, но плату можно по-прежнему программировать через компьютер. Рекомендуемое питание Arduino Uno от батареек или аккумулятора от 7 до 12 В.
Arduino UNO: питание от внешнего источника
5V – на пин Ардуино подает 5В, его можно использовать для питания устройств
3.3V – на пин подается напряжение 3.3В от внутреннего стабилизатора
GND – вывод земли
VIN – пин для подачи внешнего напряжения
IREF – пин для информирования о рабочем напряжении платы
Можно питание на микроконтроллер подать через порт VIN с помощью проводов. «Плюс» от внешнего источника подается на порт VIN, а «Минус» на GND (заземление). Подача внешнего напряжения 5 Вольт на пин 5V не допустимо, так как питание Genuino Arduino Uno обходит стороной стабилизатор, что может привести к поломке. Все цифровые порты на плате выдают стабилизированное напряжение в 5 Вольт.
Arduino UNO: прошивка, память
Программирование платы происходит в бесплатной среде Arduino IDE на русском , которую можно скачать на официальном сайте. Для подключения устройств и модулей используются коннекторы («папа-папа» и «папа-мама»), которые подключаются к портам Ардуино. Чтобы начать работать с платформой, перейдите в раздел Arduino uno r3 «Уроки для начинающих » , где представлены подробные инструкции с примерами.
Плата поддерживает три типа памяти:
Flash – память объемом 32 кБ, используется для хранения программы. Когда контроллер прошивается скетчем через USB, он записывается именно во Flash – память. Чтобы очистить память Arduino UNO следует загрузить пустой скетч.
SRAM память — это оперативная память Ардуино объемом 2 кБ. Здесь хранятся переменные и объекты, создаваемые в скетче. SRAM память энерго-зависимая, при отключении источника питания от платы, все данные удалятся.
EEPROM — это энергонезависимая память объемом 1кБ. Сюда можно записывать данные, которые при выключении питания не исчезнут. Минус EEPROM в ограничении циклов перезаписи — 100 000 раз по утверждениям производителя.
Описание Ардуино УНО на русском
Рекомендуем вам ознакомиться с другими платами из линейки Arduino-Genuino, например, аналог самой популярной платы UNO — RobotDyn UNO R3 от китайского производителя. Плата по своим характеристикам ничем не уступает официальному производителю, но при этом имеет более демократичную цену и ряд преимуществ. Таких как, более удобный USB-разъем и большее количество аналоговых входов.
Arduino - это универсальная платформа для самоделок на микроконтроллерах. К ней есть множество шилдов (плат расширения) и датчиков. Это многообразие позволяет сделать целый ряд интересных проектов, направленных на улучшение вашей жизни и повышение её комфорта. Сферы применения платы безграничны: автоматизация, системы безопасности, системы для сбора и анализа данных и прочее.
Из этой статьи вы узнаете, что можно сделать интересного на Ардуино. Какие проекты станут зрелищными, а какие полезными.
Что можно сделать с помощью Arduino
Робот пылесос
Уборка в квартире - рутинное занятие и малопривлекательное, тем более на это нужно время. Сэкономить его можно, если часть хлопот по дому возложить на робота. Этого робота собрал электронщик из г. Сочи - Дмитрий Иванов. Конструктивно он получился достаточно качественным и не уступает в эффективности .
Для его сборки вам понадобятся:
1. Arduino Pro-mini, или любая другая подобная и подходящая по размерам...
2. USB-TTL переходник, если вы используете Pro mini. Если вы выбрали Arduino Nano, то он не нужен. Он уже установлен на плате.
3. Драйвер L298N нужен для управления и реверсирования двигателей постоянного тока.
4. Маленькие двигателя с редуктором и колесами.
5. 6 ИК-датчиков.
6. Двигатель для турбины (побольше).
7. Сама турбина, а вернее крыльчатка от пылесоса.
8. Двигателя для щеток (небольшие).
9. 2 датчика столкновения.
10. 4 аккумулятора 18650.
11. 2 преобразователя постоянного напряжения (повышающий и понижающий).
13. Контроллер для работы (заряда и разряда) аккумуляторов.
Система управления выглядит следующим образом:
А вот система питания:
Подобные уборщики развиваются, модели заводского изготовления обладают сложными интеллектуальными алгоритмами, но вы можете попытаться сделать свою конструкцию, которая не будет уступать по качеству дорогим аналогам.
Способны выдавать световой поток любого цвета, в них обычно используются светодиоды в корпусе которых размещено три кристалла светящиеся разным цветом. Для их управления продаются специальные RGB-контроллеры, их суть заключается в регулировании тока подаваемого на каждый из цветов светодиодной ленты, следовательно - регулируется интенсивность свечения каждого из трёх цветов (отдельно).
Вы можете сделать своими руками RGB-контроллер на Ардуино, даже более того, в этом проекте реализовано управление через Bluetooth.
На фото приведен пример использования одного RGB-светодиода. Для управления лентой потребуется дополнительный блок питания на 12В, тогда будут управлять затворами полевых транзисторов включенных в цепь. Ток заряда затвора ограничен резисторами на 10 кОм, они устанавливаются между пином Ардуино и затвором, последовательно ему.
Пульт управления на базе Arduino и смартфона
С помощью микроконтроллера можно сделать универсальный пульт дистанционного управления управляемый с мобильного телефона.
Для этого понадобится:
Arduino любой модели;
ИК-приемник TSOP1138;
ИК-светодиод;
Bluetooth-модуль HC-06.
Проект может считывать коды с заводских пультов и сохранять их значения. После чего вы можете управлять этой самоделкой через Bluetooth.
Веб-камера устанавливается на поворотный механизм. Её подключают к компьютеру, с установленным программным обеспечением. Оно базируется на библиотеке компьютерного зрения - OpenCV (Open Source Computer Vision Library), после обнаружения программой лица, координаты его перемещения передаются через USB-кабель.
Ардуино даёт команду приводу поворотного механизма и позиционирует объектив камеры. Для движения камеры используется пара сервоприводов.
На видео изображена работа этого устройства.
Следите за своими животными!
Идея заключается в следующем - узнать, где гуляет ваше животное, это может вызвать интерес для научных исследований и просто для развлечения. Для этого нужно использовать GPS-маячок. Но чтобы хранить данные о местоположении на каком-нибудь накопителе.
При этом габариты устройства здесь играют решающую роль, поскольку животное не должно ощущать от него дискомфорт. Для записи данных можно использовать для работы с картами памяти формата Micro-SD.
Ниже приведена схема оригинального варианта устройства.
В оригинальной версии проекта использовалась плата TinyDuino и шилды к ней. Если вы не можете найти такую, вполне можно использовать маленькие экземпляры Arduino: mini, micro, nano.
Для питания использовался элемент Li-ion, малой ёмкости. Маленького аккумулятора хватает примерно на 6 часов работы. У автора в итоге все поместилось в обрезанную баночку из-под тик-така. Стоит отметить, что антенна GPS должна смотреть вверх, чтобы получать достоверные показания датчика.
Взломщик кодовых замков
Для взлома кодовых замков с помощью Ардуино понадобятся серво- и шаговый двигатель. Этот проект разработал хакер Samy Kamkar. Это достаточно сложный проект. Работа этого устройства изображена на видео, где автор рассказывает все подробности.
Конечно, для практического применения такое устройство вряд ли подойдет, но это отличный демонстрационный.
Ардуино в музыке
Это скорее не проект, а небольшая демонстрация какое применение нашла эта платформа у музыкантов.
Драм машина на Ардуино. Примечательна тем, что это не обычный перебор записанных сэмплов, а, в принципе, генерация звука с помощью «железных» приспособлений.
Номиналы деталей:
Транзистор NPN-типа, например 2n3904 - 1 шт.
Резистор 1 кОм (R2, R4, R5) - 3 шт.
330 Ом (R6) - 1 шт.
10 кОм (R1) - 1 шт.
100 кОм (R3) - 1 шт.
Электролитический конденсатор 3.3 мкФ - 1 шт.
Для работы проекта потребуется подключение библиотеки для быстрого разложения в ряд Фурье.
Это достаточно простой и интересный проект из разряда «можно похвастаться перед друзьями».
3 проекта роботов
Робототехника - одно из интереснейших направлений для гиков и просто любителей сделать что-нибудь необычное своими руками, я решил сделать подборку из нескольких интересных проектов.
BEAM-робот на Ардуино
Для сборки четырёхногого шагающего робота вам понадобятся:
Для движения ног нужны сервомоторчики, например, Tower Hobbies TS-53;
Кусок медной проволоки средней толщины (чтобы выдерживала вес конструкции и не гнулась, но и не слишком толстой, т.к. не имеет смысла);
Микроконтроллер - AVR ATMega 8 или плата Ардуино любой модели;
Для шасси в проекте указано, что использовалась Рамка Sintra. Это что-то вроде пластика, он сгибается в любую форму при нагревании.
В результате вы получите:
Примечательно то, что этот робот не ездит, а шагает, может перешагивать и заходить на возвышения до 1 см.
Этот проект мне, почему-то, напомнил робота из мультфильма Wall-e. Его особенностью является использование для зарядки аккумуляторов. Он перемещается подобно автомобилю, на 4-х колесах.
Его составляющие детали:
Перемычки мама-папа;
Солнечная панель с выходным напряжением в 6В;
В качестве донора колес, двигателей и других деталей - машинка на радиоуправлении;
Два сервопривода непрерывного вращения;
Два обычных сервопривода (180 градусов);
Держатель для батареек типа АА и для «кроны»;
Датчик столкновений;
Светодиоды, фоторезисторы, постоянные резисторы на 10 кОм - всего по 4 штуки;
Диод 1n4001.
Пластиковая бутылка подходящего размера;
Вот основа - плата Ардуино с прото-шилдом.
Вот так выглядят запчасти от - колеса.
Конструкция почти в сборе, датчики установлены.
Суть работы робота заключается в том, что он едет на свет. Обилие нужно ему для навигации.
Это скорее ЧПУ станок, чем робот, но проект весьма занимательный. Он представляет собой 2-х осевой станок для рисования. Вот перечень основных компонентов, из которых он состоит:
(DVD)CD-приводы - 2 шт;
2 драйвера для шаговых двигателей A498;
сервопривод MG90S;
Ардуино Уно;
Источник питания 12В;
Шариковая ручка, и другие элементы конструкции.
Из привода оптических дисков используется блоки с шаговым двигателем и направляющей штангой, которые позиционировали оптическую головку. Из этих блоков извлекают двигатель, вал и каретку.
Управлять шаговым двигателем без дополнительного оборудования у вас не выйдет, поэтому используют специальные платы-драйверы, лучше, если на них будет установлен радиатор двигателя в момент пуска или смены направления вращения.
Полный процесс сборки и работы показан на этом видео.
Заключение
В статье рассмотрена лишь малая капля из всего того, что вы можете сделать на этой популярной платформе. На самом деле всё зависит от вашей фантазии и задачи, которую вы ставите перед собой.
Arduino – это популярная платформа разработки для электронщиков и их проектов электроники простым способом. Он состоит как из физической программируемой платы разработки (на базе микроконтроллеров AVR), так и из части программного обеспечения или IDE, которая работает на вашем компьютере и используется для записи и загрузки кода на плату микроконтроллера. В этой статье рассмотрены популярные, необычные и простые Ардуино проекты.
Для начала рассмотрим самые популярные Аrduino-projects:
- MIDI-контроллер – самый простой из популярных проектов Ардуино. MIDI-контроллеры – отличный способ управлять различными звуками на вашем компьютере с использованием физического оборудования. Это довольно старая технология, и вы можете купить всевозможные охлаждающие MIDI-контроллеры практически в любом музыкальном магазине. Но если вы не хотите покупать MIDI-контроллер, вы можете сделать свой собственный с Arduino. Как только вы его создадите, вы сможете контролировать все свои удары, звуковые сигналы и переходы через USB.
- Датчик Ambilight на ЖК-дисплей (см. фото выше). Добавление небольшого количества подсветки на ваш ЖК-дисплей – отличный способ сделать просмотр фильмов немного более захватывающим. Конечный результат – это система просмотра фильмов с завораживающими эффектами.
- Управление устройствами высокого напряжения с использованием Arduino. В конце проекта вы сможете управлять своими бытовыми приборами, такими как светодиод, вентилятор, лампочка и так далее. Вы можете отрегулировать время включения и выключения этих приборов. В этом проекте используется один из самых популярных модулей, то есть 2-канальный релейный модуль, который широко используется для управления высоковольтными устройствами с задействованием сигналов низкого напряжения. Итак, в этом проекте вы узнаете, как использовать 2-канальный релейный модуль с Arduino и его схемой.
- . Схема проекта довольно проста. Основная цель оборудования – измерить значение температуры окружающего пространства, а затем распечатать его на ЖК-дисплее, используя Arduino и термистор. Термистор – это тип переменного резистора, который изменяет его сопротивление в соответствии с температурой окружающей среды. Так что да, вы можете сделать это, как работы LDR (Light Dependent Resistor) с одной разницей. В то время, как LDR меняет свое сопротивление в соответствии с интенсивностью света, сопротивление термистора зависит от температуры окружающей среды.
Самые необычные проекты
Теперь перейдем к необычным проектам с использованием Аrduino микропроцессора:
- Игрушка Easy Robot Toy PipeBot . Если вы ищете более простой проект, возможно, тот, с которым вы можете работать со своими детьми, тогда рассмотрите вариант создания игрушки PipeBot. Потребуются лишь материалы, которые всегда находятся под рукой. Когда вы построите, вы получите рулонную политрубку, которой вы можете управлять с помощью вашего смартфона.
- 3D-сканер . Разработчик-любитель Ричард создал этот проект для сканирования 3D-моделей своих детей. Это на самом деле довольно революционный дизайн, поскольку он не заставляет людей стоять на месте в течение длительного времени во время сканирования. Вместо этого этот 3D-сканер мгновенно снимает несколько фотографий с разных ракурсов и собирает изображения в виде 3D-сканирования. Ричардский сканер построен с 40 контактами Pis, 40 поддерживающими контакты Pi камерами и 40 8GB SD-картами. Итак, как вы можете себе представить, этот проект мгновенно окупится.
- Приспособление для людей с ограниченными возможностями . С помощью ардуиноподобного устройства, называемого Tongueduino, которое разработано исследователем MIT Гершоном Дублоном, отправляется информация на площадку с электродами, расположенными по сетке. Этот пэд помещается в рот пользователя. При подключении к электронному датчику пэд преобразует сигналы от датчика в небольшие импульсы электрического тока через сетку, которые язык читает, как образец человеческого языка. Известно, что язык имеет чрезвычайно плотное сенсорное разрешение, а также высокую степень нейропластичности, способность адаптироваться к каждому человеку. Исследования показали, что электротактильные языковые дисплеи могут использоваться в качестве протезов зрения для слепых. Пользователи быстро учатся читать и перемещаться по естественным средам. С помощью Tongueduino сигналы сопоставляют пространственные и интенсивные карты с количеством импульсов внутри кадра. Пользователь Tongueduino может идентифицировать пиксели и линии, нарисованные на сетке 3x3, коллегой на компьютере. Конечная цель состоит в том, чтобы выйти за рамки простой замены зрения в сторону большего сенсорного увеличения. Соединение с магнитометром может предоставить пользователю внутреннее чувство направления.
Самые простые проекты для начинающих
Приведем примеры нескольких простых самоделок на Ардуино, которые может сделать даже неопытный в конструировании электронных приборов человек:
- . RFID обозначает радиочастотную идентификацию. Каждая RFID-карта имеет уникальный идентификатор, встроенный в нее, и считыватель RFID используется для считывания RFID-карты no. EM-18 RFID-считыватель работает на частоте 125 кГц, поставляется со встроенной антенной и может питаться от источника питания 5 В. Он обеспечивает последовательный выход вместе с выходом Weigand. Диапазон составляет около 8-12 см. Параметры последовательной связи – 9600 бит/с, 8 бит данных, 1 стоповый бит. Эта беспроводная RF-идентификация используется во многих системах.
- Знаменитый Аrduino проект – . Переключатель датчика наклона представляет собой электронное устройство, которое определяет ориентацию объекта и дает свой выход, высокий или низкий, соответственно. В нем есть ртутный шар, который перемещается. Таким образом, датчик наклона может включать или выключать схему, в зависимости от ориентации. В этом проекте мы взаимодействуем с датчиком Mercury/Tilt с Arduino UNO. Мы контролируем светодиод и зуммер в соответствии с выходом датчика наклона. Всякий раз, когда мы наклоняем датчик, будильник включается.
- На Ардуино делается элементарный проект – . С простым знанием цепи Arduino и Voltage Divider Circuit мы можем превратить Arduino в цифровой вольтметр и измерить входное напряжение с помощью Arduino и ЖК-дисплея 16x2. Arduino имеет несколько аналоговых входных контактов, которые соединяются с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) внутри Arduino. Arduino ADC – это десятибитовый преобразователь. Это означает, что выходное значение будет находиться в диапазоне от 0 до 1023. Мы получим это значение, используя функцию analogRead . Если вы знаете опорное напряжение, вы можете легко рассчитать текущее напряжение на аналоговом входе. Мы можем использовать схему делителя напряжения для расчета входного напряжения.
К настоящему времени системы типа «умный дом» из удивительной экзотики, доступной только самым состоятельным лицам, превратились в обыденность, к которой может приобщиться любой желающий. Выбирать есть из чего: выпуск подобных аппаратно-программных комплексов освоили очень многие разработчики. К числу наиболее известных принадлежит компания Arduino, с продукцией которой мы сейчас и познакомимся.
Что такое «умный дом»
У этого термина есть более понятный аналог - «домашняя автоматизация». Суть подобных решений состоит в том, чтобы обеспечить автоматическое выполнение различных процессов, происходящих в жилище, офисе или на специализированных объектах. Простейший пример - автоматическое включение освещения в тот момент, когда кто-то из жильцов входит в комнату.
Система «умный дом» от Arduino представляет собой комплект оборудования для управления работой различных устройств с помощью мобильного телефона на базе ОС Android В любой системе «умный дом» можно выделить следующие составляющие:
Современные системы «умный дом» делятся на несколько разновидностей:
- Оснащённые собственным контроллером.
- Использующие в этом качестве процессор пользовательского компьютера (планшета, смартфона).
- Обрабатывающие информацию при помощи удалённого сервера, принадлежащего компании-разработчику (облачный сервис).
Система может не только активировать тот или иной прибор, но и проинформировать пользователя о происшедшем событии путём отправки сообщения на телефон или каким-то иным способом. Таким образом, на неё можно возложить функции сигнализации, в том числе и противопожарной.
Сценарии могут быть гораздо более сложными, чем мы описали в примерах. Например, можно научить систему включать бойлер и переводить снабжение горячей водой на него при отключении централизованной подачи, если при этом обнаруживается присутствие кого-то из жильцов в доме (помогают инфракрасные, ультразвуковые датчики, а также датчики движения).
Знакомимся с Arduino
Arduino - итальянская компания, занимающаяся разработкой и производством компонентов и программного обеспечения для простых систем «умный дом», предназначенных для неспециалистов. Примечательным является то, что этот разработчик сделал архитектуру созданных им систем полностью открытой, что дало возможность сторонним производителям разрабатывать новые и копировать уже существующие Arduino-совместимые устройства, а также выпускать ПО для них.
Набор Arduino Uno содержит необходимые компоненты для реализации устройств, описанных в прилагаемой книге Такой подход обеспечил высокую популярность системам итальянской компании, но у него есть и недостаток: из-за того что за производство компонентов для Arduino-систем берутся, так сказать, все кому не лень, не всегда удаётся с первого раза приобрести качественное изделие. Зачастую приходится сталкиваться и с проблемой совместимости компонентов от разных производителей.
Потенциальному пользователю следует знать, что с 2008 года существуют две компании, выпускающие продукцию под торговой маркой Arduino. У первой, которая начинала это направление, официальный сайт размещён по адресу www.arduino.cc ; у второй, новообразовавшейся - по адресу www.arduino.org . То, что было разработано до раскола, на обоих сайтах представлено одинаково, а вот ассортимент новой продукции уже отличается.
ПО для систем «умный дом» Arduino имеет вид программной оболочки (называется IDE), в которой можно писать и компилировать программы. Распространяется бесплатно. Программы пишутся на языке C++.
Версии программы Arduino IDE, представленные на указанных сайтах, тоже сильно отличаются, хотя имеют одинаковые не только название, но и номера версий. Из-за этого в них довольно легко запутаться. Отличие состоит в том, что каждое ПО поддерживает свои библиотеки и платы.
«Железо» системы состоит из платы с микроконтроллером (процессорная плата) и установленных на ней плат расширения, которые в обиходе называют шилдами. Подключение шилд к процессорной плате позволяет добавлять к «умному дому» новые компоненты. Собранная система может быть как полностью автономной, так и работающей в связке с компьютером через стандартный проводной или беспроводной интерфейс.
На процессорную плату можно устанавливать специальные расширения (шилды), которые увеличивают функциональность системы Преимущества системы Arduino
Этот аппаратно-программный комплекс привлекает пользователя такими достоинствами:
- возможность автономной работы, обусловленная наличием собственного контроллера;
- широкие возможности по настройке работы системы (пользователь сам пишет программу, в которой могут быть предусмотрены сценарии любой сложности);
- простота процесса загрузки программы в контроллер: программатор для этого не требуется, достаточно иметь USB-кабель (в микроконтроллере имеется прошивка загрузчика Bootloader);
- доступная стоимость компонентов, обусловленная отсутствием у того или иного производителя монопольных прав (архитектура является открытой).
Если загрузчик Bootloader стал работать со сбоями, либо в приобретённом микроконтроллере его не оказалось, пользователь имеет возможность прошить его самостоятельно. В программной оболочке IDE для этой цели предусмотрена поддержка ряда наиболее доступных и популярных программаторов. Кроме того, почти все процессорные платы Arduino имеют штыревой разъём, позволяющий осуществлять внутрисхемное программирование.
В программе Arduino IDE, представленной на сайте arduino.cc, заложена возможность создания пользовательских аппаратно-программных платформ, в то время как в версии программы на arduino.org такая функция отсутствует.
Какие решения предлагает Arduino
Поскольку производством Arduino-совместимых датчиков и приборов занимается множество компаний, ассортимент этой продукции довольно широк. Вот что применяется чаще всего:
Некоторые из этих устройств включены в состав базового набора Arduino Start, который у ряда производителей имеет название StarterKit.
Стартовый набор системы Arduino включает в себя процессорную плату и несколько наиболее часто используемых устройств Исполнительная часть содержит огромный набор устройств, например:
- электромоторы;
- реле и различные переключатели;
- диммеры (позволяют плавно менять интенсивность освещения);
- доводчики дверей;
- вентили и 3-ходовые клапаны с сервоприводами.
Если вы планируете подключить через реле Arduino освещение, то правильнее использовать в качестве светильников светодиодные лампы. Лампы накаливания при подключении через такие реле быстро горят.
Видео: начинаем работать с Arduino - управляем светодиодом через web-интерфейс
Составление проекта на Arduino
Процесс создания и настройки «умного дома» Arduino покажем на примере системы, в которую будут заложены следующие функции:
- мониторинг температуры на улице и в помещении;
- отслеживание состояния окна (открыто/закрыто);
- мониторинг погодных условий (ясно/дождь);
- генерация звукового сигнала при срабатывании датчика движения, если активирована функция сигнализации.
Систему настроим таким образом, чтобы данные можно было просматривать посредством специального приложения, а также веб-браузера, то есть пользователь сможет сделать это из любого места, где есть доступ в интернет.
Используемые сокращения:
- «GND» - заземление.
- «VCC» - питание.
- «PIR» - датчик движения.
Необходимые компоненты для изготовления системы «умного дома»
Для системы «умного дома» Arduino потребуется следующее:
- микропроцессорная плата Arduino;
- модуль Ethernet ENC28J60;
- два температурных датчика марки DS18B20;
- микрофон;
- датчик дождя и снега;
- датчик движения;
- переключатель язычковый;
- реле;
- резистор сопротивлением 4,7 кОм;
- кабель «витая пара»;
- кабель Ethernet.
Стоимость всех компонентов составляет примерно 90 долларов.
Для изготовления системы с необходимыми нам функциями потребуется набор устройств стоимостью около 90 долларов Сборка «умного дома»: пошаговая инструкция
Вот в какой последовательности необходимо действовать.
Подключение исполнительных и сенсорных устройств
Подключаем все компоненты согласно схеме.
Сборка системы в основном сводится к подключению исполнительных устройств к соответствующим контактам процессорной платы Разработка программного кода
Пользователь пишет всю программу целиком в оболочке Arduino IDE, для чего последняя оснащена текстовым редактором, менеджером проектов, компилятором, препроцессором и средствами для заливки программного кода в микропроцессор платы Arduino. Разработаны версии IDE для операционных систем Mac OS X, Windows и Linux. Язык программирования - С++ с некоторыми упрощениями. Пользовательские программы для Arduino принято называть скетчами (sketch) или набросками, программа IDE сохраняет их в файлы с расширением «.ino».
Функцию main(), которая в С++ является обязательной, оболочка IDE создаёт автоматически, прописывая в ней ряд стандартных действий. Пользователь должен написать функции setup() (выполняется единоразово во время старта) и loop() (выполняется в бесконечном цикле). Обе эти функции для Arduino являются обязательными.
Заголовочные файлы стандартных библиотек вставлять в программу не нужно - IDE делает это автоматически. К пользовательским библиотекам это не относится - они должны быть указаны.
Добавление библиотек в «Менеджер проекта» IDE осуществляется несколько необычным способом. В виде исходных текстов, написанных на С++, они добавляются в особую папку в рабочем каталоге оболочки IDE. После этого названия этих библиотек появятся в соответствующем меню IDE. Те, что отметит пользователь, будут внесены в список компиляции.
В IDE предусмотрен минимум настроек, а возможность настройки компилятора отсутствует вовсе. Таким образом, начинающий программист застрахован от ошибок.
Вот пример самой простой программы, заставляющей каждые 2 секунды мигать подключённый к 13-му выводу платы светодиод:
void setup () { pinMode (13, OUTPUT); // Назначение 13 вывода Arduino выходом}
void loop () { digitalWrite (13, HIGH); // Включение 13 вывода, параметр вызова функции digitalWrite HIGH - признак высокого логического уровня
delay (1000); // Цикл задержки на 1000 мс - 1 секунду
digitalWrite (13, LOW); // Выключение 13 вывода, параметр вызова LOW - признак низкого логического уровня
delay (1000); // Цикл задержки на 1 секунду}
Однако в настоящий момент перед пользователем далеко не всегда встаёт необходимость лично писать программу: в сети выложено множество готовых библиотек и скетчей (загляните сюда: http://arduino.ru/Reference). Имеется готовая программа и для системы, рассматриваемой в этом примере. Её нужно загрузить, распаковать и импортировать в IDE. Текст программы снабжён комментариями, поясняющими принцип её работы.
Все программы на Arduino работают по одному принципу: пользователь посылает запрос процессору, а тот загружает необходимый код на экран компьютера или смартфона Когда пользователь нажимает в браузере или установленном на смартфоне приложении кнопку «Refresh» (Обновление), микроконтроллер Arduino осуществляет отсылку данных этому клиенту. С каждой из страниц, обозначенных как «/tempin», «/tempout», «/rain», «/window», «/alarm», поступает программный код, который и отображается на экране.
Установка клиентского приложения на смартфон (для ОС Android)
Для получения данных от системы «умный дом» в сети можно скачать готовое приложение.
Вот что необходимо сделать владельцу гаджета:
С помощью этого приложения можно не только получать информацию от системы «умный дом», но и управлять ею - включать и отключать сигнализацию. Если она включена, то при срабатывании датчика движения приложению будет отправлено уведомление. Опрос системы Arduino на предмет срабатывания датчика движения приложение выполняет с периодичностью раз в минуту.
Активировав иконку «Настройки», можно отредактировать свой IP-адрес.
Настройка браузера на работу с «умным домом»
В адресной строке браузера следует ввести XXX.XXX.XXX.XXX/all, где «XXX.XXX.XXX.XXX» - ваш IP-адрес. После этого появится возможность получать данные от системы и осуществлять управление ею.
Представленный здесь программный код позволяет через браузер включать и выключать свет, тогда как в приложении для Android-смартфона такая функция не реализована.
Работа с роутером
Настройка учётной записи на noip.com
Этот этап не является обязательным, но он необходим, если вы хотите присвоить адресу доменное имя. Для этого надо зарегистрироваться на сайте https://www.noip.com/ , перейти в раздел «Add host» и ввести IP-адрес системы.
После регистрации на сайте noip.com доступ к системе можно получать не только по IP-адресу, но и по полному доменному имени Создание проекта завершено, можно проверять работоспособность системы.
Видео: умный дом на «Ардуино»
Особенности работы некоторых аппаратных средств Arduino
Ввиду того что Arduino-совместимые компоненты выпускаются множеством сторонних компаний, качество продукции которых сама компания Arduino никак не контролирует, пользователь с большой вероятностью может приобрести компонент, работающий не совсем корректно.
Похожая ситуация сложилась в сфере разработки персональных компьютеров. В своё время компания IBM сделала архитектуру своих компьютеров открытой, вследствие чего IBM-совместимые компьютеры и отдельные компоненты стали выпускать многие компании. В итоге «персоналки» этого типа широко распространились по всему миру, однако, качество комплектующих и степень их совместимости во многих случаях оказывались не на самом высоком уровне. Противоположной тактики придерживалась компания Apple. Она ограничила круг разработчиков, имеющих доступ к архитектуре, и такую же политику провела в сфере разработки ПО. В итоге компьютеры Apple оказались менее распространёнными и более дорогими, но зато по качеству они на порядок превосходят IBM-совместимые устройства, работающие под Windows.
В отношении некоторых комплектующих для систем Arduino пользователи заметили следующее:
- Датчик температуры DHT11, поставляемый с базовым набором (StarterKit), даёт значительную погрешность в 2–3 градуса. В помещении рекомендуют применять температурный датчик DHT22, дающий более точные показания, а для установки на улицу - DHT21, способный работать при отрицательных температурах и имеющий защиту от механических повреждений.
- На некоторых микропроцессорных платах Arduino при замыкании подключённых к ним реле выходит из строя COM-порт. Из-за этого на микроконтроллер не удаётся загрузить скетч: как только начинается заливка, процессор перезагружается. Реле при этом щёлкает, COM-порт отключается и процесс загрузки скетча прекращается.
- Датчик закрытия окна/двери иногда преподносит сюрпризы в виде ложных срабатываний. С учётом этого скетч пишут так, чтобы система производила необходимое действие только по получении нескольких сигналов подряд.
- Для настройки управления процессами при помощи хлопков некоторые пользователи по неопытности вместо микрофона заказывают детектор звука с ручной настройкой порога. Для подобных целей этот компонент не подходит, так как имеет слишком малый радиус действия: хлопать приходится не далее 10 см от детектора. Кроме того, этот датчик передаёт сигналы импульсами малой продолжительности, так что при наличии большого скетча, на обработку которого уходит сравнительно много времени, микроконтроллер просто не успевает их зафиксировать.
- Для устройства противопожарной сигнализации следует использовать датчик дыма, а не датчик огня. Последний регистрирует пламя не далее 30 см от себя.
- На случай сбоя в работе микроконтроллера или ошибки в коде лучше применять нормально замкнутые реле с последовательно подключёнными ручными выключателями.
Чтобы избежать покупки низкокачественных комплектующих, бывалые пользователи рекомендуют предварительно изучать отзывы о них, опубликованные в Сети. Недорогие датчики можно покупать в нескольких вариантах, чтобы лично проверить, какой из них работает лучше.
Возможно, система «умный дом» от компании Arduino является не самой качественной, но зато широчайший выбор компонентов и их доступная стоимость точно сделали её одной из самых популярных. Воспользовавшись нашими советами, вы быстро научитесь создавать проекты Arduino, автоматизируя различные домашние процессы.
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 -- ) { |
