Arduino для начинающих. Часть 1
Доброго времени суток, Хабр. Запускаю цикл статей, которые помогут Вам в знакомстве с Arduino. Но это не значит, что, если Вы не новичок в этом деле – Вы не найдёте ничего для себя интересного.
Введение
Было бы не плохо начать со знакомства с Arduino. Arduino – аппаратно-программные средства для построения систем автоматики и робототехники. Главным достоинством есть то, что платформа ориентирована на непрофессиональных пользователей. То есть любой может создать своего робота вне зависимости от знаний программирования и собственных навыков.
Начало
Создание проекта на Arduino состоит из 3 главных этапов: написание кода, прототипирование (макетирование) и прошивка. Для того, чтоб написать код а потом прошить плату нам необходима среда разработки. На самом деле их есть немало, но мы будем программировать в оригинальной среде – Arduino IDE. Сам код будем писать на С++, адаптированным под Arduino. Скачать можно на официальном сайте. Скетч (набросок) – программа, написанная на Arduino. Давайте посмотрим на структуру кода:
Важно заметить, что обязательную в С++ функцию main() процессор Arduino создаёт сам. И результатом того, что видит программист есть:
Давайте разберёмся с двумя обязательными функциями. Функция setup() вызывается только один раз при старте микроконтроллера. Именно она выставляет все базовые настройки. Функция loop() — циклическая. Она вызывается в бесконечном цикле на протяжении всего времени работы микроконтроллера.
Первая программа
Для того, чтоб лучше понять принцип работы платформы, давайте напишем первую программу. Эту простейшую программу (Blink) мы выполним в двух вариантах. Разница между ними только в сборке.
int Led = 13; // объявляем переменную Led на 13 пин (выход) void setup() < pinMode(Led, OUTPUT); // определяем переменную >void loop()< digitalWrite(Led, HIGH); // подаём напряжение на 13 пин delay(1000); // ожидаем 1 секунду digitalWrite(Led, LOW); // не подаём напряжение на 13 пин delay(1000); // ожидаем 1 секунду >Принцип работы этой программы достаточно простой: светодиод загорается на 1 секунду и тухнет на 1 секунду. Для первого варианта нам не понадобиться собирать макет. Так как в платформе Arduino к 13 пину подключён встроенный светодиод.
Прошивка Arduino
Для того, чтоб залить скетч на Arduino нам необходимо сначала просто сохранить его. Далее, во избежание проблем при загрузке, необходимо проверить настройки программатора. Для этого на верхней панели выбираем вкладку «Инструменты». В разделе «Плата», выберете Вашу плату. Это может быть Arduino Uno, Arduino Nano, Arduino Mega, Arduino Leonardo или другие. Также в разделе «Порт» необходимо выбрать Ваш порт подключения (тот порт, к которому вы подключили Вашу платформу). После этих действий, можете загружать скетч. Для этого нажмите на стрелочку или во вкладке «Скетч» выберете «Загрузка» (также можно воспользоваться сочетанием клавиш “Ctrl + U”). Прошивка платы завершена успешно.
Прототипирование/макетирование
Для сборки макета нам необходимы следующие элементы: светодиод, резистор, проводки (перемычки), макетная плата(Breadboard). Для того, чтоб ничего не спалить, и для того, чтоб всё успешно работало, надо разобраться со светодиодом. У него есть две «лапки». Короткая – минус, длинная – плюс. На короткую мы будем подключать «землю» (GND) и резистор (для того, чтоб уменьшить силу тока, которая поступает на светодиод, чтоб не спалить его), а на длинную мы будем подавать питание (подключим к 13 пину). После подключения, загрузите на плату скетч, если вы ранее этого не сделали. Код остаётся тот же самый.
На этом у нас конец первой части. Спасибо за внимание.
Ардуино — пошаговое руководство для начинающих в 2023
Уроки
Понятие Ардуино для начинающих
Ардуино представляет из себя плату, в которую вводится скетч с помощью программы и компьютера. Ардуино является как бы головой собранного устройства и отвечает за многие процессы, в том числе это приём информации и передачи этой информации пользователю. Разберём пример для начинающих. Если мы возьмём ультразвуковой датчик, то он будет излучать ультразвук, который поможет прибору определить расстояние до какого-либо предмета. Информация будет передаваться на плату Ардуино, тем временем сама плата выведет нужное значение на дисплей. Её можно скачать с официального сайта: www.arduino.cc
Ардуино удобна для новичков по нескольким причинам, в том числе это простота использования. Для использования платы Ардуино не требуются дополнительные закупки аппаратуры к ней, сам скетч-код очень простой и пишется на упрощенном программном языке C++. Плата позволяет каждый раз усовершенствовать ваше устройство, можно добавлять как функционал, так и новые элементы, соответственно получать больше информации используя устройство. Работа с Ардуино начинается с написания первого скетча.
Начало обучения
Обучение работе с Ардуино следует начать с основных команд. Самое основное в системе Ардуино – это программирование платы. И соответственно, нужно научиться писать команды, чтобы далее уже загружать целый скетч на плату. Можно посмотреть множество видео, много статей из открытых источников и ознакомится с полезной информацией об этом процессе. В Интернете есть много информации по этому поводу. Начать обучение и знакомство с такой программой можно использовав различные симуляторы и системы, позволяющие использовать плату, не покупая её.
Что касаемо программной части системы, то нужно запомнить и принять во внимание основные команды, рассмотрим их в виде удобной и наглядной таблицы:
Само знакомство лучше всего начать через различные симуляторы, как и говорилось ранее. Там мы можем выполнить базовые схемы и подключения, а так же прописать к ним код, который покажет, правильно ввели мы его или нет. В основном, первые работы в симуляторе Ардуино выполняются с диодами. То есть сделать диод, который будет включаться и выключаться, позже добавить к нему кнопку, далее сделать мигающий и так далее. Тем самым каждый раз усложняя нашу схему.
Стартовый набор Ардуино
Допустим я новичок, что мне купить для самостоятельного изучения системы Ардуино? Такой вопрос актуален и очень интересен. Давай те же рассмотри, что купить новичку для ознакомления с этой темой. Составим список, который желательно купить себе для изучения:
- Плата Ардуино – как вы все поняли, платы от этой компании бывают разные, но чаще всего берут UNO или Nano. Плата Arduino Nano по своим размер маленькая, а соответственно не требует много место и дешевле, для базового ознакомления как раз таки она подойдёт. UNO как раз таки стандартная плата, которая имеет много разъёмов и она универсальна. Для вашего удобства, Ардуино создали макетную плату. Она полностью универсально и в ней не нужно ничего паять. Все элементы провода просто вставляются в отверстия. Для начинающих пользователей данной системы подойдёт отлично. В такую макетную плату вставляется и сама плата Arduino.
- Различные модули и датчики – конечно же без них сложно представить Ардуино, ведь для этих приборов она и предназначена. Существует огромный выбор датчиков и модулей. Всё зависит от ваших потребностей и бюджета. Из полезных, можно выделить датчик измеряющий давление, температуру и влажность, датчик измеряющий дальность до предмета и другое множество полезных модулей.
- Компоненты – сюда относят резисторы, конденсаторы, диоды, кнопки, светодиоды, транзисторы, фотодиоды и остальные мелкие составляющие приборов.
Для удобства, можно купить не по отдельности все компоненты, датчики, модули и платы, а сразу же в готовом наборе. Таких наборов много и они включают в себя самые необходимые компоненты для сборки устройства, чаще всего это резисторы, конденсаторы, RGB-светодиоды, дисплей и много-много датчиков. Для тренировки можно взять и небольшой набор компонентов и не забудьте соединительные провода.
Отличаем подделку Ардуино от оригинала
Отличить будет довольно сложно, но это возможно сделать. В основном, такие платы отличаются своей сильно заниженной ценой. При прошивке и подключении платы всплывают ошибки и отсутствие подключения к драйверам, это объясняется тем, что изделие сделано не правильно и сделано из некачественных компонентов. Внешне, плата сильно не отличается от оригинальной, разве что иногда цветом самого основания. Проблемы с совместимостью – один из признаков пиратской платы.
Иногда, продавцы специально продают поддельные платы вместо оригинальных, а как отличить? Существует специальный список, где содержатся официальный магазины, которые перепродают платы Ардуино, стоит для начала найти плату в нём. Если же данного магазина в списке нет, то следует насторожиться и лучше не покупать у этого продавца. Следует обратить внимание и на цену устройства. Оригинальные платы Ардуино поставляются в коробочках, вместе с инструкцией и наклейками.
Поддельные, в частности случаев поставляются просто в запечатанных пакетиках. Если посмотреть на колодки, куда припаиваются провода, то у них дублируются надписи на корпусе колодок сбоку. Шрифт у оригинальной платы чётки и без размытий, в отличии от подделок. Можно заметить и по самому качеству платы и по надписям, что это сделано руками поддельщиков, так как их оборудование не такое точно как у оригинального производителя Ардуино.
Нужно понимать, что если нацелено покупать поддельную плату, то велик риск, что придёт плата которая не работает во все и очень сильно ограничен функционал. А это значит, что о качестве изделия не может идти никакой речи. К тому же нужно понимать, что если плата дешёвая, то компоненты и программное обеспечение тоже дешёвые, а это значит, велик риск получить неисправность одного из элементов на плате. При этом плата в устройстве быстро выйдет из строя. Чип может быть заблокированным системой вашего компьютера, в целях защиты от пиратства.
Написание скетча
Для начинающих стоит начать с основных программ в языке Arduino . Здесь рассмотрим написание скетча Ардуино с нуля . Простой скетч написать не так уж сложно. Важно понять данную тему и разобраться с основными функциями и командами в данном языке. Основные функции в изучении системы программирования Ардуино:
- pinMode(PIN, type) – задаём нужный пин подключения проводами к модулю, компоненту или датчику.
- digitalWrite(PIN, state) – с помощью этой командой устанавливаем состояние на каком-либо пине, может быть значение либо один либо ноль.
- digitalRead(PIN) – возвращение в прежние состояние входа, может быть значение либо один либо ноль.
- delay(ms) – остановка процесса, на определенное время, к примеру со светодиодом, мигание, то есть светодиод горит, а вводя эту функцию, он на несколько миллисекунд приостановит свою работу, тем самым осуществит мигание.
- analogWrite(PIN, state) – установка нужного напряжение на выходе пина, выставляется до значения 255, а минимальное значение – ноль.
- analogRead(PIN) – возвращает прежнее значение напряжение на пине, значение составляет от нуля до 1023.
Разберём на примере, самое простое это сделать схему со светодиодом. Чтобы сделать так, чтобы светодиод загорался при нажатии на кнопку, добавим некоторые команды и изменим код, получаем:
// 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);
>
Не менее интересная тема это ШИМ , есть специальные входы на плате, которые позволяют использовать ШИМ. Он позволяет изменять напряжение на выходе, то есть в случае со светодиодом, он будет управлять его яркостью, подавая меньшее количество напряжения.
Заключение
Изучение Ардуино стоит начать с написания программы и изучения основных понятий. Скетч не так уж сложно и написать самому, ведь в интернете полно информации, как это сделать. Зная основные команды, можно без проблем написать нужный скетч для вашего устройства. Для улучшения и получения практических навыков можно посмотреть наборы с платой, датчиками, модулями и компонентами. Они позволят понять основы и то как работает программа.