Смарт ТВ 

Программирование Arduino. Arduino: примеры того, что можно сделать

Эта вводная статья для тех, кто уже успел распаковать со своим ребенком десяток-другой цветных коробок от конструкторов, построил сотни разнообразных конструкций и заполнил деталями от Лего все доступные емкости в чулане. Если вы готовы перейти на следующий уровень: с электроникой, микроконтроллерами, датчиками и умными устройствами – значит, пришло время для экспериментов с Ардуино!

В этой серии статей мы соберем самое главное, что нужно узнать об Ардуино, чтобы начать заниматься с детьми самостоятельно. Даже если вы никогда не брали в руки паяльник и слова «контроллер» и «контроллёр» для вас имеют примерно схожий смысл, можете быть уверенными – у вас все равно все получится! Мир электроники и робототехники сегодня полон простых и очень удобных решений, позволяющих практически с нуля создавать очень интересные проекты. Наш учебник поможет вам быстро сориентироваться и сделать первые шаги.

Говоря бытовым языком, Ардуино – это , в которую можно воткнуть множество разных устройств и заставить их работать вместе с помощью программы, написанной на языке Ардуино в специальной среде программирования.

Чаще всего плата выглядит вот так:

На рисунке показана одна из плат Ардуино – Arduino Uno. Мы изучим ее подробнее на следующих уроках.

В плату можно втыкать провода и подключать множество разных элементов. Чаще всего, для соединения используется макетная плата для монтажа без пайки. Можно добавлять светодиоды, датчики, кнопки, двигатели, модули связи, реле и создавать сотни вариантов интересных проектов умных устройств. Плата Ардуино – это умная розетка, которая будет включать и выключать все присоединенное в зависимости от того, как ее запрограммировали.




Вся работа над проектом разбивается на следующие этапы:

  1. Придумываем идею и проектируем.
  2. Собираем электрическую схему. Тут нам пригодится макетная плата, упрощающая монтаж элементов. Безусловно, понадобятся навыки работы с электронными приборами и умение .
  3. Подключаем к компьютеру через USB.
  4. и записываем ее в плату буквально нажатием одной кнопки на экране в .
  5. Отсоединяем от компьютера. Теперь устройство будет работать автономно – при включении питания оно будет управляться той программой, которую мы в него записали.

Программа и среда программирования выглядят вот так:

На экране показана программа (на сленге ардуинщиков текст программы называется “скетч”), которая будет мигать лампочкой, подсоединенной к 13 входу на плате Ардуино UNO. Как видим, программа вполне проста и состоит из понятных для знающих английский язык инструкций. В языке программирования Arduino используется свой диалект языка C++, но все возможности C++ поддерживаются.

Есть и другой вариант написания кода – визуальный редактор. Тут не нужно ничего писать – можно просто перемещать блоки и складывать из них нужный алгоритм. Программа загрузится в подключенную плату одним нажатием кнопки мыши!

В целом все выглядит довольно понятно, не так ли? Осталось разобраться в деталях.

Быстрый старт с Arduino

Для начала давайте поймем, с чем же и чем же мы собираемся заниматься. Что такое Ардуино и как его использовать? Если вы уже знакомы с темой – можете смело перескочить дальше. Если нет – давайте вместе выполним короткое погружение.

Ардуино – это…

Ардуино – это не бренд и не название поставщика конструкторов. Это общее название для целого семейства различных технологий и открытой платформы, в которую входят как аппаратные устройства (платы контроллеров и совместимое оборудование), так и софт, предназначенный для управления железками. По сути своей, Ардуино – это инфраструктура и среда, в которой можно собирать совместимые между собой электронные и механические компоненты в единое устройство, а потом через обычный компьютер за две минуты запрограммировать поведение этих самых железок так, как нам нужно.

Ардуино – это мостик из виртуального компьютерного мира в мир реальных вещей и устройств. Написав программу на обычном компьютере, мы управляем с ее помощью не виртуальными объектами, а вполне себе реальными датчиками, двигателями, экранами. Мы меняем мир вокруг себя – просто программируя на компьютере, используя бесплатный софт и множество уже готовых примеров библиотек.

Свое название технология получила, как это часто бывает, довольно случайно. Источником вдохновения послужил бар, в котором будущие создатели Ардуино любили выпить по кружечке чая. Называлось заведение именно так – Arduino, по имени главной исторической личности города Ивреа, короля Ардуино. Король какого-то яркого следа в истории не оставил и прослыл неудачником, но благодаря команде разработчиков новой платформы обрел новую популярность и сейчас известен миллионам людей по всему земному шару.

Почему Ардуино?

Вся прелесть Ардуино заключается в следующих простых преимуществах:

  1. Простота. Да, да – именно простота (хотя Лего и другие игрушки, без сомнения, привычнее, но мы сравниваем не с ними). Для юных разработчиков электроники Ардуино «прячет» огромное количество разнообразных технических вопросов. Многие достаточно сложные проекты можно создавать очень быстро, без длительного погружения в детали. А это ведь очень важно для ребенка – не утратить интерес до первого полученного своими руками результата.
  2. Популярность. Ардуино крайне популярна, вы сможете без труда найти ответы на любые вопросы на многочисленных форумах или сайтах. Сообщество Ардуино обширно и дружелюбно – там относительно мало прожженных жизнью снобов-инженеров и полно любителей и начинающих, с удовольствием делящихся своей радостью от найденного и узнанного. Это, конечно, откладывает отпечаток на качество советов, но как правило, даже самые сложные вопросы могут быть быстро решены с помощью форумов и сайтов.
  3. Доступность. И сама технология, и практически весь софт выпускаются под открытыми лицензиями и вы можете свободно использовать чужие наработки, схемы, причем во многих случаях даже для коммерческого использования. Это экономит много времени и позволяет двигаться большими шагами, опираясь на опыт предыдущих исследователей.
  4. Дешевизна. Комплект для первых занятий электроникой и программированием можно купить менее чем за 500 рублей. Полноценные курсы робототехники возможны при . Никакая другая технология не позволит вам так быстро и так эффективно войти в мир реальной учебной робототехники.

С чего начать?

Если вы хотите заниматься робототехникой с использованием Ардуино, то вам понадобится такой вот джентельменский набор:

  1. с USB кабелем для подключения к компьютеру.
  2. и провода.
  3. Комплект базовых электронных компонентов и переходник для батарейки типа крона.
  4. Установленная на компьютер среда

Все оборудование продается в наборах, называемых стартовыми –

В дальнейшем, если занятия действительно увлекут и будет желание продолжить эксперименты, то список оборудования будет расширяться:

  1. Экраны и индикаторы.
  2. Двигатели и , реле и .
  3. Модули связи.
  4. Разнообразные дополнительные модули и (шилды)

Если первые шаги дадут результат, со временем вы будете узнавать половину людей, стоящих в очереди на почте (если до сих пор вы их еще не знаете), а почтальоны при встрече будут узнавать вас в лицо и нервно перебегать на другую сторону дороги.

Как купить Ардуино?

Прежде чем узнать что-то полезное, надо сначала купить что-то полезное. Для экспериментов с электроникой вам понадобится та сама электроника в виде конструктора или отдельных плат. Рекомендуется купить не очень дорогой отечественный набор с основными компонентами и затем уже заказать себе с Алиэкспресса датчики, двигатели, контроллеры и другие сокровища. можно найти в инернете (не только на нашем сайте). Если вы живете в большом городе, то покупка всего необходимого займет максимум два дня. Найти нужный магазин легко в интернете.

Пару слов о . Сегодня их на совершенно легальных условиях может делать любой производитель: как крупный, такой как Intel, так и мелкие noname поставщики из Китая. Надежность и удобство «китайских» и «официальных» платы Ардуино в большинстве случаев одинаковые. Поэтому незачем переплачивать – для своих учебных проектов можете смело покупать аналоги, которые легко найти в интернете.

Как отличить «оригинал» от «совместимой платы»:

  1. «Китайские» платы не имеют права ставить логотип Ардуино.
  2. «Китайские» платы стоят гораздо дешевле.
  3. «Китайские» часто используют другой чип для обслуживания соединения с компьютером, на который нужны специальные драйвера. Драйвера устанавливаются за секунду и практически никогда не вызывают каких-либо проблем.

Еще раз подчеркнем, использование не оригинальных плат совершенно легально. Ардуино – открытая архитектура и разработчики дают возможность собрать свою версию платы всем желающим.

Нет возможности купить?

Если вы живете в Антарктиде или у вас действительно не хватает средств даже на самые простые наборы, то не отчаивайтесь – можно начать изучение Ардуино на виртуальных тренажерах. Самый мощный, простой и популярный сегодня вариант – это онлайн сервис Tinkercad от известной компании Autodesk. Вы сможете создавать электронные схемы, подключая множество разнообразных компонентов, а затем «включать» питание и измерять все электрические показатели. В библиотеке устройств есть и плата Ардуино, и даже встроенный редактор для программирования (включая визуальный!). Вы можете найти на нашем сайте отдельную статью

Итак, у вас есть процессор. Вы наверняка понимаете, что процессор можно как-то запрограммировать, чтобы он делал то, что вы хотите. Для того, чтобы была выполнена полезная работа необходимо (а) написать полезную программу и (б) отдать её процессору для исполнения.

В целом, не важно какой именно у вас процессор: последний Intel Pentium в вашем ноутбуке или микроконтроллер на плате Arduino. Принципы написания программы, т.е. программирования , в обоих случаях одни и те же. Различается лишь быстродействие и объём возможностей по работе с другими устройствами.

Что такое программа и куда её писать

Процессор несмотря на всю сложность производства, по сути своей, довольно простая и прямолинейная вещь. Думать он не умеет. Он умеет лишь слепо, байт за байтом исполнять инструкции, которые ему подсунули. Можно привести грубый пример последовательности инструкций:

Байт инструкции Что он означает для процессора
00001001 означает: взять следующий байт и запомнить его в ячейке №1
00000110 …это как раз следующий байт, который мы запоминаем в ячейке №1: число 5
00011001 означает: отнять от значения в ячейке №1 единицу и оставить там обновлённый результат
00101001 означает: сравнить значение в ячейке №1 с нулём и если оно ноль - перепрыгнуть через столько байт, сколько указано в следующем байте
00000100 …если результат был ноль, мы хотим прыгнуть через 4 байта, к предпоследней инструкции
10000011
01000001 …букве «A» как раз соответствует этот код
00101000 означает, что мы хотим прыгнуть назад на столько байт, сколько указано в следующем байте
00000110 …прыгать будем на 6 байт назад, к инструкции №3
10000011 означает, что мы хотим вывести на экран символ, код которого записан в следующем байте
00100001 …знаку «!» как раз соответствует этот код

В результате исполнения такой последовательности инструкций на экран будет выведена паническая фраза «АААА!».

Довольно много кода для такой простой цели! Понятно, что если бы все программы писались вот так, непосредственно, разработка сложных продуктов занимала бы века.

Зачем нужны языки программирования

Для упрощения задачи в миллион раз были придуманы языки программирования. Их очень много и даже из тех, что постоянно на слуху можно быстро вспомнить десяток-другой: Assembler, C, C++, C#, Java, Python, Ruby, PHP, Scala, JavaScript.

Программы на этих языках гораздо ближе к естественному языку человека. А следовательно их проще, быстрее и приятнее писать, а что самое главное, их гораздо проще читать : вам сразу после написания, вам через год или вашему коллеге.

Проблема в том, что такие языки не понятны процессору и перед тем как отдать ему эту программу, её нужно скомпилировать : перевести с естественного языка в те самые инструкции в виде нулей и единиц. Этим занимаются программы, которые называются компиляторами . У каждого языка, если только он не остался на уровне фантазий, есть свой компилятор. Для популярных языков их обычно несколько на выбор, от разных производителей и для разных платформ. Большинство из них свободно доступно в интернете.

Итак, есть программы на вполне понятном человеку языке: их ещё называют «исходным кодом», просто «кодом» или «исходниками». Они пишутся в простые текстовые файлы с помощью любого текстового редактора, хоть с помощью notepad. Затем они превращаются в понятные процессору наборы нулей и единиц с помощью компилятора: компилятор получает на вход исходный код, а на выходе создаёт бинарный исполняемый файл , тот самый, понятный процессору.

Бинарные файлы не пригодны для чтения и предназначены, в общем, лишь для исполнения процессором. Они могут иметь разный тип в зависимости от того для чего получены: .exe - это программы для Windows, .hex - программы для исполнения микроконтроллером типа Arduino и т.п.

Почему же существует столько языков программирования и в чём разница?

    Почему? Потому что на Земле много людей и компаний, и многие считали, что могут сделать лучше всех: удобнее, понятнее, быстрее, стройнее.

    В чём разница: разные языки - это разный баланс скорости написания, понятности при чтении и скорости исполнения.

Посмотрим на одну и ту же программу, которая выводит на экран песенку про 99 бутылок пива на разных языках программирования.

Например, язык Perl. Пишется быстро; понять, что имел в виду программист невозможно; исполняется медленно:

sub b{ $n = 99 - @_ - $_ || No; "$n bottle" . "s" x!!-- $n . " of beer" } ; $w = " on the wall" ; die map { b. "$w,\n " . b. ",\n Take one down, pass it around,\n " . b(0 ) . "$w.\n \n " } 0 .. 98

Язык Java. Пишется относительно долго; читается просто; исполняется довольно быстро, но занимает много памяти:

class bottles { public static void main(String args ) { String s = "s" ; for (int beers= 99 ; beers>- 1 ; ) { System .out .print (beers + " bottle" + s + " of beer on the wall, " ) ; System .out .println (beers + " bottle" + s + " of beer, " ) ; if (beers== 0 ) { System .out .print ("Go to the store, buy some more, " ) ; System .out .println ("99 bottles of beer on the wall.\n " ) ; System .exit (0 ) ; } else System .out .print ("Take one down, pass it around, " ) ; s = (-- beers == 1 ) ? "" : "s" ; System .out .println (beers + " bottle" + s + " of beer on the wall.\n " ) ; } } }

Язык Assembler. Пишется долго; читается сложно; исполняется очень быстро:

code segment assume cs : code , ds : code org 100h start : ; Main loop mov cx , 99 ; bottles to start with loopstart: call printcx ; print the number mov dx , offset line1 ; print the rest of the first line mov ah , 9 ; MS-DOS print string routine int 21h call printcx ; print the number mov dx , offset line2_3 ; rest of the 2nd and 3rd lines mov ah , 9 int 21h dec cx ; take one down call printcx ; print the number mov dx , offset line4 ; print the rest of the fourth line mov ah , 9 int 21h cmp cx , 0 ; Out of beer? jne loopstart ; if not, continue int 20h ; quit to MS-DOS ; subroutine to print CX register in decimal printcx: mov di , offset numbufferend ; fill the buffer in from the end mov ax , cx ; put the number in AX so we can divide it printcxloop: mov dx , 0 ; high-order word of numerator - always 0 mov bx , 10 div bx ; divide DX:AX by 10. AX=quotient, DX=remainder add dl , "0" ; convert remainder to an ASCII character mov [ ds : di ] , dl ; put it in the print buffer cmp ax , 0 ; Any more digits to compute? je printcxend ; if not, end dec di ; put the next digit before the current one jmp printcxloop ; loop printcxend: mov dx , di ; print, starting at the last digit computed mov ah , 9 int 21h ret ; Data line1 db " bottles of beer on the wall," , 13 , 10 , "$" line2_3 db " bottles of beer," , 13 , 10 , "Take one down, pass it around," , 13 , 10 , "$" line4 db " bottles of beer on the wall." , 13 , 10 , 13 , 10 , "$" numbuffer db 0 , 0 , 0 , 0 , 0 numbufferend db 0 , "$" code ends end start

На чём программируется Arduino

Если говорить об Arduino или о микроконтроллерах от компании Atmel, на каком языке можно писать программы для них? Теоретический ответ: на любом. Но на практике, выбор ограничивается языками Assembler, C и C++. Это связанно с тем, что в сравнении с настольным компьютером у них очень ограниченные ресурсы. Килобайты памяти, а не гигабайты. Мегагерцы на процессоре, а не гигагерцы. Это плата за дешевизну и энергоэффективность.

Поэтому нужен язык, который может компилироваться и исполняться эффективно. То есть переводиться в те самые нули и единицы из инструкций как можно оптимальнее, без расходов драгоценных инструкций и памяти в пустую. Подобной эффективностью как раз и обладают названные языки. Используя их даже в узких рамках ресурсов микроконтроллера, можно писать богатые возможностями программы, которые работают быстро.

Assembler, как вы видели, нельзя назвать самым простым и элегантным и, как результат, флагманским языком для Arduino является C/C++.

Во многих источниках говорится, что Arduino программируется на языке Arduino, Processing, Wiring. Это не совсем корректное утверждение. Arduino программируется на C/C++, а то, что называется этими словами - это просто удобный «обвес», который позволяет решать многие типичные задачи, не изобретая велосипед каждый раз.

Почему C и C++ упоминаются в одном предложении? C++ - это надстройка над C. Всякая программа на C является корректной программой для C++, но не наоборот. Вы можете пользоваться и тем и другим. Чаще всего вы даже не будете задумываться о том, что используете, решая текущую задачу.

Ближе к делу: первая программа

Давайте напишем первую программу для Arduino и заставим плату её исполнять. Вам необходимо создать текстовый файл с исходным кодом, скомпилировать его и подсунуть полученный бинарный файл микроконтроллеру на плате.

Пойдём по порядку. Напишем исходный код. Можно написать его в блокноте или любом другом редакторе. Однако для того, чтобы работа была удобной, существуют так называемые среды разработки (IDE: Integrated Development Environment). Они в виде единого инструмента предоставляют и текстовый редактор с подсветкой и подсказками, и компилятор, запускаемый по кнопке, и много других радостей. Для Arduino такая среда называется Arduino IDE. Она свободно доступна для скачивания на официальном сайте.

Установите среду и запустите её. В появившемся окне вы увидите: большая часть места отдана текстовому редактору. В него и пишется код. Код в мире Arduino ещё называют скетчем .

Итак, давайте напишем скетч, который ничего не делает. То есть минимально возможную правильную программу на C++, которая просто прожигает время.

void setup() { } void loop() { }

Не будем пока заострять внимание на значении написанного кода. Скомпилируем его. Для этого в Arduino IDE, на панели инструментов есть кнопка «Verify». Нажмите её и через несколько секунд бинарный файл будет готов. Об этом возвестит надпись «Done compiling» под текстовым редактором.

В результате, у нас получился бинарный файл с расширением.hex , который может исполнять микроконтроллер.

Теперь необходимо подсунуть его Arduino. Этот процесс называется загрузкой, прошивкой или заливкой. Для выполнения загрузки в Arduino IDE, на панели инструментов есть кнопка «Upload». Соедините Arduino с компьютером через USB-кабель, нажмите «Upload» и через несколько мгновений программа будет загружена в Arduino. При этом программа, которая была там ранее будет стёрта.

Об успешной прошивке возвестит надпись «Done Uploading».

Если при попытке загрузки вы столкнулись с ошибкой убедитесь, что:

    В меню Tools → Board выбран тот порт, к которому действительно подключена Arduino. Можете повставлять и повынимать USB-кабель, чтобы понять какой порт появляется и исчезает: это и есть Arduino.

    Вы установили необходимые драйверы для Arduino. Это необходимо для Windows, не требуется под Linux и необходимо только для старых плат до Arduino Duemilanove на MacOS.

Поздравляем! Вы прошли весь путь от чистого листа до работающей программы в Arduino. Пусть она ничего и не делает, но это уже успех.

Arduino, на самом деле, - это разработка уникальных проектов на все случаи жизни. Как я уже писал, представляет собой Arduino своеобразную плату с размещенным на ней микроконтроллером, которую можно без проблем программировать.

Конечной целью данных манипуляций является обеспечение легкого управления многочисленными внешними устройствами . С внешним миром, данная плата взаимодействует посредством множества дополнений:

  • датчики,
  • светодиоды,
  • двигатели,
  • сеть Интернет
  • и т.п.

Это позволит сделать ее достаточно универсальной платформой для множества проектов само разного уровня. В настоящее время довольно много самых разных микроконтроллеров, среди которых Arduino пользуется особенной популярностью, что связано с активным размещением в сети самых невероятных проектов и разработок.

Для того, чтобы запросто реализовать одну из миллионов идей легко можно использовать самую актуальную информацию, которая доступна самостоятельно на многих сайтах. Ниже пример реализации одной из таких идей - рождественский колокольчик, которым можно управлять:

Как его сделать мы разберем на одном из следующих уроков.

В том случае, если нет даже незначительного опыта работы с микроконтроллерами (программирования и настройки), благодаря особенностям можно запросто научиться самостоятельно, проведя сравнительно непродолжительные эксперименты. Ниже как раз предлагаю проанализировать некоторые возможности Ардуино, примеры того, где лучше всего использовать это уникальный конструктор.

Скетчи Arduino

Собственно, программа для микроконтроллера данного типа называется sketch . Состоит любая такая программа непосредственно из двух главных функций.

Setup

Setup() – предусмотрено, что внутри данной функции, пользователь сможет задавать все ключевые настройки.

К примеру, определяется, какие выводы будут в дальнейшем работать на выход или вход, определение подключения конкретных библиотек, даже инициализация переменных, все это определяется посредством использования данного функционала.

Запуск осуществляется строго один раз в течение всего скетча, когда отмечается сам старт выполнения данной программы.

Loop

Loop() – представляет собой основную функцию, которая осуществляется непосредственно после запуска (как раз в этом случае используется setup() ).

Фактически, это и есть сама программа, данная функция будет выполняться в бесконечном режиме, пока пользователь не выключит питание устройства.

Примеры скетчей

Можно рассмотреть некоторые примеры скетчей, которые станут ориентиром при последующей работе оборудования. Каждый из примеров я постараюсь реализовать в следующих материалах. Сегодня же мы просто поговорим о возможностях.

Пример 1

Одним из интересных скетчей можно отображать само время работы контроллера, в дальнейшем принятие команды «blink», она предусмотрена для инициализации процедуры мигания светодиодных элементов.

Фактически, ничего особенно полезного в скетче нет, но в нем организована и возможность случайного вывода некоторой фразы «Data Received», она может использоваться в дальнейшем непосредственно для тестирования и анализа установленных правил работы модульного элемента.

Пример 2

Подключение специального датчика текущего уровня воды , датчика дождя. Для реализации конкретного проекта необходимо наличие:

Самого датчика воды,
- контроллера Arduino,
- комплекта соединительных проводов,
- компьютера с кабелями и программой IDE, соответствующей макетной платы.

В результате, благодаря сравнительно простой настройке микроконтроллера, обеспечивается создание оптимальных условий для работы датчика.

Пример 3

Отдельного внимания заслуживает возможность осуществления вывода символов , последующая установка шрифтов на LCD5110, что позволит обеспечить максимально легкий и надежный контроль над состоянием самого оборудования.

Вывод и изменение шрифтов осуществляется посредством использования возможностей Arduino. Потребуется в этом случае использовать готовую библиотеку данных, а также исходный код.

Примеры использования Arduino

Рассматривая многочисленные примеры Ардуино, можно только удивиться творческому подходу разработчиков проектов и неординарной фантазии. Фактически, можно создать самые невероятные вещи, к примеру, тот же самый музыкальный проигрыватель с набором светодиодов .

Подобная разработка будет высоко оценена любителями музыки, позволяя создать не просто оригинальное звуковое сопровождение, но и дать возможность насладиться ярким, неординарным цветовым сочетанием.

Оценить проекты смогут даже домашние питомцы, к примеру, кошки. Поводом послужит автоматическая кормушка для котов , которая может быть разработана на основе обычного CD-плеера, например, и не только.

Среди преимуществ данного оборудования нужно отметить возможность дозированной подачи корма животному, теперь нет необходимости регулярно проверять количество еды в мисочке. Настраивается время открытия, после чего котик будет получать питательные продукты строго по установленному графику, наслаждаясь оригинальной задумкой своего хозяина.

Если говорить о совершенно необычных проектах, можно выделить автоматическое оснащение для цветка , который теперь сможет передавать информацию о своем текущем состоянии непосредственно в Твиттер. Делается все это посредством использования возможностей микроконтроллера Ардуино, который позволит передавать данные, непосредственно используя для этого подключение к сети Интернет. Как можно заметить, примеры могут быть самыми разными, на каждый из них я постараюсь обратить внимание в следующих статьях.

Данная статья поможет вам начать работу с Arduino и включает в себя описание различных типов Arduino, как загрузить среду разработки программного обеспечения Arduino, и описывает различные платы и принадлежности, доступные для Arduino, и которые понадобятся вам для разработки проектов на Arduino.

Arduino - это одноплатный контроллер с открытыми исходными кодами, который можно использовать в множестве различных приложений. Это возможно самый простой и самый дешевый вариант из микроконтроллеров для любителей, студентов и профессионалов для разработки проектов на основе микроконтроллеров. Платы Arduino используют либо микроконтроллер Atmel AVR, либо микроконтроллер Atmel ARM, и в некоторых версия имеет интерфейс USB. Они также имеют шесть или более выводов аналоговых входов и четырнадцать или более выводов цифровых входов/выходов (I/O), которые используются для подключения к микроконтроллеру датчиков, приводов и других периферийных схем. Цена на платы Arduino в зависимости от набора функций составляет от шести до сорока долларов.

Типы плат Arduino

Существует множество различных типов плат Arduino, как показано в списке ниже, каждая из которых обладает собственным набором функций. Они отличаются по скорости обработки, памяти, портам ввода/вывода и подключению, но основная составляющая их функционала остается неизменной.

  • Arduino Robot
  • Arduino Ethernet

На разнообразие плат Arduino и их технические описания можно посмотреть в подразделе « » раздела «Купить » данного сайта.

Программное обеспечение (IDE)

Программное обеспечение, используемое для программирования Arduino, представляет собой интегрированную среду разработки Arduino IDE. IDE представляет собой Java приложение, которое работает на множестве различных платформ, включая системы PC, Mac и Linux. Она разработана для начинающих, которые не знакомы с программированием. Она включает в себя редактор, компилятор и загрузчик. Также в IDE включены библиотеки кода для использования периферии, например, последовательных портов и различных типов дисплеев. Программы для Arduino называются «скетчами», и они написаны на языке, очень похожем на C или C++.

Большинство плат Arduino подключаются к компьютеру с помощью USB кабеля. Это соединение позволяет загружать скетчи на вашу плату Arduino, а также обеспечивает плату питанием.

USB кабель для Arduino

Программирование

Программирование Arduino легко: сначала вы используете редактор кода IDE для написания программы, а затем компилируете и загружаете её одним кликом.

Программа для Arduino включает в себя две основные функции:

  • setup()
  • loop()

Вы можете использовать функцию setup() для инициализации настроек платы. Эта функция выполняется только один раз, при включении платы.

Функция loop() выполняется после завершения функции setup() , и в отличие от функции setup() она работает постоянно.

Функции программ

Ниже приведен список наиболее часто используемых функции при программировании Arduino:

  • pinMode - устанавливает вывод в режим входа или выхода;
  • analogRead - считывает аналоговое напряжение на аналоговом входном выводе;
  • analogWrite - записывает аналоговое напряжение в аналоговый выходной вывод;
  • digitalRead - считывает значение цифрового входного вывода;
  • digitalWrite - задает значение цифрового выходного вывода в высокий или низкий уровень;
  • Serial.print - пишет данные в последовательный порт в виде удобочитаемого текста ASCII.

Библиотеки Arduino

Библиотеки Arduino представляют собой коллекции функций, которые позволят вам управлять устройствами. Вот некоторые из наиболее широко используемых библиотек:

  • EEPROM - чтение и запись в «постоянно» хранилище;
  • Ethernet - для подключения к интернету, используя плату Arduino Ethernet Shield;
  • Firmata - для связи с приложениями на компьютере, используя стандартный последовательный протокол;
  • GSM - для подключения к сети GSM/GRPS с помощью платы GSM;
  • LiquidCrystal - для управления жидкокристаллическими дисплеями (LCD);
  • SD - для чтения и записи SD карт;
  • Servo - для управления сервоприводами;
  • SPI - для связи с устройствами, используя шину SPI;
  • SoftwareSerial - для последовательной связи через любые цифровые выводы;
  • Stepper - для управления шаговыми двигателями;
  • TFT - для отрисовки текста, изображений и фигур Arduino TFT экранах;
  • WiFi - для подключения к интернету, используя плату Arduino WiFi shield;
  • Wire - двухпроводный интерфейс (TWI/I2C) для передачи и приема данных через сеть устройств или датчиков.

Этапы настройки Arduino


Внимание: возможно, вам понадобится установить драйвера, если ваша система не обнаружит Arduino.

Целевой аудиторией Ардуино являются непрофессиональные пользователи в сфере роботостроения и простейших систем автоматики. Основной продукцией является набор плат, комбинируя которые, возможно создавать различные устройства, способные выполнять широкий ряд задач.

В качестве примера, из набора плат, выпускаемых данной фирмой, можно собрать автоматическую кормушку для своих домашних животных. И это лишь один из наиболее простых примеров. Сфера их возможного применения ограничивается лишь фантазией пользователей.

Кроме печатных плат, выпускаемых под торговой маркой Arduino, у них имеется собственный язык программирования Ардуино, который основывается на широко известном в кругу программистов языке C/C++ . Давайте более подробно разберемся, что он из себя представляет.

Язык программирования Ардуино довольно прост в освоении, так как основной целевой аудиторией его применения являются любители. Однако считается одним из самых лучших языков для программирования микроконтроллеров.

Arduino IDE является бесплатной программой, скачать которую может любой желающий. На нашем сайте вы можете любую подходящую для вас версию среды. Также доступ к скачиванию IDE предоставлен на официальном сайте компании, а при желании, разработчиков можно отблагодарить, сделав денежный перевод.

Программу, написанную на языке программирования Ардуино называют скетчем. Готовые скетчи записываются на плату для их выполнения.

Среда IDE поддерживается такими операционными системами, как Windows, MacOs и Linux. На официальном сайте компании указанно, что данный язык программирования написан на Wiring, но на самом деле его не существует и для написания используется C++ с небольшими изменениями.

Что необходимо для начала работы с Arduino IDE?

Для начала нам потребуются следующие вещи:

  • платы Arduino;
  • кабель USB;
  • компьютер с установленной на него программой Arduino IDE.

Имея этот набор, можно начинать экспериментировать с имеющимися у вас платами, записывая на них ваши первые скетчи.

Как настроить Ардуино на компьютере?

Делается это просто. Необходимо выполнить следующие действия:

  • необходимо подключить собранное вами изделие к компьютеру посредством USB кабеля;
  • в диспетчере устройств необходимо проверить, к какому порту подключен ваш микроконтроллер. Если он не отображается или написано, что устройство не опознано – значит, вы не правильно установили драйвер или ваша плата нуждается в диагностике;
  • следующим шагом будет запуск нашего языка программирования Arduino IDE. В меню необходимо выбрать вкладку инструменты. При ее нажатии откроется список, в котором необходимо выбрать пункт – порт. Там надо выбрать порт, указанный в диспетчере устройств;
  • конечным пунктом является выбор платы, которую мы будем использовать для загрузки скетчей.

Важно! При подключении вашей платы к другому USB порту все настройки будет необходимо произвести заново.

Знакомство с интерфейсом Ардуино

Одним из основных элементов ардуино является главное меню программы, которое позволяет получить доступ ко всем доступным функциям нашей программы.

Ниже расположена панель с иконками, которые отображают наиболее используемые функции Arduino IDE:

  • проверка на наличие ошибок;
  • создание нового скетча;
  • открытие окна порта микроконтроллера;

    • Следующим по важности элементом является вкладка с файлами проекта. Если это простой скетч, то файл будет всего один. Однако сложные скетчи могут состоять из нескольких файлов. В таком случае на панели вкладок можно быстро переключить просмотр с одного файла на другой. Это очень удобно.

    Самым большим из блоков является поле редактора наших скетчей. Тут мы можем просмотреть и, при необходимости, отредактировать нужный нам программный код. Отдельно реализовано поле для вывода системных сообщений. С его помощью можно убедиться, что сохранение вашего скетча или его загрузка были проведены успешно, и вы можете приступать к следующим действиям. Также в программе существует окно, отображающее наличие в ходе компиляции вашего скетча.

    Компиляция – преобразование исходного кода языка высокого уровня в машинный код или на язык ассемблера.

    Основные функции языка программирования

    Давайте наконец-то перейдем к самым основным функция языка программирования Ардуино.

    Сразу скажем, что все функции вы можете найти в нашем удобном на .

    Точка с запятой;

    Точка с запятой должна следовать за каждым выражением, написанным на языке программирования Arduino. Например:

    Int LEDpin = 9;

    В этом выражении мы присваиваем значение переменной и обратите внимание на точку с запятой в конце. Это говорит компилятору, что вы закончили кусок кода и переходите к следующему фрагменту. Точка с запятой в коде Ардуино отделяет одно полное выражение от другого.

    Двойная обратная косая черта для однострочных комментариев //

    // Всё что идет после двойной косой черты будет серым и не будет считываться программой

    Комментарии - это то, что вы используете для комментирования кода. Хороший код хорошо комментируется. Комментарии предназначены для того, чтобы сообщать вам и всем, кто мог бы наткнуться на ваш код, то как вы думали, когда вы его написали. Хорошим комментарием было бы что-то вроде этого:

    // К этому пину Arduino подключаем светодиод int LEDpin = 9;

    Теперь, даже через 3 месяца когда я просматриваю эту программу я знаю о том куда подключался светодиод.

    Компилятор будет игнорировать комментарии, поэтому вы можете писать все, что вам нравится. Если вам нужно много текста для комментария вы можете использовать многострочный комментарий, показанный ниже:

    /* Многострочный комментарий открывается одним обратным слэшем, за которым следует звездочка. Все последующее будет выделено серым цветом и будет игнорироваться компилятором, пока вы не закроете комментарий, используя сначала звездочку, а затем обратную косую черту */

    Комментарии похожи на сноски кода, но более распространены, чем те что ставят в книгах внизу страниц.

    Фигурные скобки { }

    Фигурные скобки используются для того, чтобы добавить инструкции, выполняемые функцией (мы обсудим функции дальше). Всегда есть открытая фигурная скобка и закрывающая фигурная скобка. Если вы забудете закрыть фигурную скобку, компилятор выведет код ошибки.

    Void loop() { //эта фигурная скобка открывается //крутая программа здесь }//эта фигурная скобка закрывается

    Помните - никакая фигурная скобка не может не быть закрыта!

    Функции ()

    Теперь пора поговорить о функциях. Функции - это фрагменты кода, которые используются так часто, что они инкапсулированы в определенные ключевые слова, чтобы вы могли использовать их более легко. Например, функцией может быть следующий набор инструкций в случае если вам нужно помыть собаку:

    1. Получить ведро
    2. Заполнить его водой
    3. Добавить мыло
    4. Найти собаку
    5. Намылить собаку
    6. Помыть собаку
    7. Ополоснуть собаку
    8. Посушить собака
    9. Отложить ведро

    Этот набор простых инструкций может быть инкапсулирован в функцию, которую мы можем назвать WashDog. Каждый раз, когда мы хотим выполнить все эти инструкции, мы просто набираем WashDog и вуаля - все инструкции выполняются.

    В Ардуино есть определенные функции, которые часто используются в среде . Когда вы вводите их, имя функции будет оранжевым. Например, функция pinMode() является общей функцией, используемой для обозначения режима вывода Arduino.

    А что с круглыми скобками после функции pinMode? Для многих функций требуются аргументы. Аргумент - это информация, которую функция использует при ее запуске. Для нашей функции WashDog аргументами могут быть имя собаки и тип мыла, а также температура и размер ведра.

    PinMode(13, OUTPUT); //Устанавливает режим вывода Arduino

    Аргумент 13 относится к выводу 13, а OUTPUT - режим, в котором вы хотите, чтобы пин работал. Когда вы вводите эти аргументы, в терминология это называется передачей данных, вы передаете необходимую информацию в функции. Не всем функциям требуются аргументы, но открытие и закрытие круглых скобок остаются, хотя и пустыми.

    Millis(); //Получает время в миллисекундах за которое Arduino запускается

    Обратите внимание, что слово OUTPUT обычно синего цвета. В языке программирования Ардуино есть определенные ключевые слова, которые часто используются, а синий цвет помогает их идентифицировать. Arduino IDE автоматически превращает их в синий цвет.

    void setup ()

    Функция setup (), как следует из названия, используется для настройки платы Arduino. Ардуино выполняет весь код, который содержится между фигурными скобками после setup() только один раз. Типичные вещи, которые происходят в setup() - это, например, установка режимом контактов:

    Void setup() { //код между фигурными фигурными скобками выполняется только один раз }

    Возможно, вам интересно что означает void перед функцией setup(). Void означает, что функция не возвращает информацию.

    Некоторые функции возвращают значения - наша функция DogWash может вернуть количество ведер, необходимых для очистки собаки. Функция analogRead() возвращает целое значение от 0 до 1023. Если это сейчас кажется немного странным, не беспокойтесь, поскольку мы будем охватывать каждую общую функцию Arduino по мере продолжения курса.

    Давайте рассмотрим пару вещей, которые вы должны знать о setup():

    1. setup() запускается только один раз;
    2. setup() должна быть первой функцией в скетче Ардуино;
    3. setup() должна иметь открывающиеся и закрывающие фигурные скобки.

    void loop()

    Вы должны любить разработчиков Arduino, потому они сделали так, что имена функций говорят сами за себя. Как следует из названия, весь код между фигурными скобками в loop() повторяется снова и снова, а слово loop переводится именно как "цикл". Функция loop() - это место, где будет находиться тело вашей программы.

    Как и в случае с setup(), функция loop() не возвращает никаких значений, поэтому перед неё предшествует слово void.

    Void loop() { //любой код, который вы здесь задаете, выполняется снова и снова }

    Вам кажется странным, что код работает в одном большом цикле? Это очевидное отсутствие вариации - иллюзия. Большая часть вашего кода будет иметь определенные условия ожидания, которые вызовут новые действия.

    Существуют ли еще программы, работающие с Ардуино?

    Помимо официальной Arduino IDE, существуют программы сторонних разработчиков, которые предлагают свои продукты для работы с микроконтроллерами на базе ардуино.

    Аналогичный набор функций нам может предоставить программа, которая называется Processing. Она очень схожа с Arduino IDE, так как обе сделаны на одном движке. Processing имеет обширный набор функций, который мало уступает оригинальной программе. С помощью загружаемой библиотеки Serial пользователь может создать связь между передачей данных, которые передают друг другу плата и Processing.При этом мы можем заставить плату выполнять программы прямо с нашего ПК.

    Существует еще одна интересная версия исходной программы. Называется она B4R, и главным ее отличием является использование в качестве основы не языка си, а другой язык программирования – Basic. Данный программный продукт является бесплатным. Для работы с ним существуют хорошие самоучители, в том числе и написанные создателями данного продукта.

    Есть и платные варианты Arduino IDE. Одним из таких является программа PROGROMINO. Главным ее достоинством считается возможность автодополнения кода. При составлении программы вам больше не нужно будет искать информацию в справочниках. Программа сама предложит вам возможные варианты использования той или иной процедуры. В ее набор входит еще множество интересных функций, отсутствующих в оригинальной программе и способных облегчить вам работу с платами.

    Конкуренты Ардуино

    Данный рынок по производству микроконтроллеров для создания различных электронных схем и робототехники имеет много поклонников по всему земному шару. Данная ситуация способствует появлению на рынке не только конкурентов, которые предлагают схожие продукты. Кроме них выпускается значительное количество подделок разного качества. Одни очень тяжело отличить от оригиналов, ведь они имеют идентичное качество, другие обладают очень плохими характеристиками и могут вовсе не работать с оригинальными продуктами.

    Существуют даже платы Arduino, которые поддерживают работу микропроцессоров с интерпретаторами JavaScript. Актуальны они, в первую очередь, для тех, кто желает использовать язык Java вместо Си. Ведь он более прост, и позволяет добиваться результатов с повышенной скоростью. Однако данные платы являются более дорогими по отношению к ардуино, что является существенным минусом.

    Если вы ищите себе хобби и вам интересно такое направление, как электротехника, вы смело можете выбирать для этого Arduino. Плюсов такое хобби имеет массу. Вы будете развиваться в интеллектуальном плане, так как данное занятие потребует от вас знаний в разных областях.

    Помимо развлечений, ваше хобби поможет вам в создании массы полезных изделий, которые вы сможете использовать для облегчения повседневной жизни. С каждым разом вы будете находить все новые и новые способы использования вашего увлечения.

    Освоить данное занятие будет не так сложно, благодаря наличию большого количества учебников и самоучителей. В дальнейшем вы найдете множество единомышленников по всему миру, которые поделятся с вами своими знаниями и дадут вам стимул для совершения новых экспериментов!