SkillBase

Arduino

Содержание

Введение

Arduino - это платформа для разработки и программирования микроконтроллеров. Arduino позволяет создавать различные устройства и системы, используя микроконтроллеры Arduino (они же STM32 или Atmega256), которые можно программировать с помощью языка программирования C++ или Arduino IDE.

Множество DIV проектов написано на arduino подобных платах. На YouTube есть множетсво каналов, которые показывают как создавать различные самодельные устройства и системы, облегчающие жизнь, с помощью Arduino.

Разве не интересно создавать что-то новое и полезное? Тем более, что это не сложно. При работе с arduino не требуются специальные знания электроники, программирования или чего-то еще более специфичного.

В базовой конструкции кода arduino есть 2 функции: setup() и loop(). Функция setup() выполняется один раз при включении устройства, а функция loop() выполняется бесконечно, пока устройство включено.

// выполнится один раз
void setup() {

}

// выполняется  бесконечно
void loop() {

}

Виды плат

У Arduino существует множество видов плат, которые можно использовать для различных целей. Некоторые из них:

Плата	Процессор	Тактовая частота	Память Flash	Память RAM	Кол-во GPIO	Особенности	Примеры проектов
Arduino Uno	ATmega328P	16 МГц	32 КБ	2 КБ	14	Простота, поддержка большинства базовых проектов	Умный дом (контроль света, датчики)
Arduino Mega	ATmega2560	16 МГц	256 КБ	8 КБ	54	Подходит для проектов с большим числом подключений	3D-принтер, роботы
Arduino Nano	ATmega328P	16 МГц	32 КБ	2 КБ	14	Компактность, подходит для интеграции в небольшие устройства	Носимая электроника (LED-аксессуары)
ESP8266	Tensilica L106	80/160 МГц	До 4 МБ	50 КБ	17	Wi-Fi модуль, низкая цена, популярна для IoT	Умное освещение (удаленный контроль)
ESP32	Xtensa Dual-Core	160/240 МГц	До 16 МБ	520 КБ	36	Поддержка Wi-Fi и Bluetooth, высокая производительность	Автоматизированная метеостанция

Дополнительные пункты к платам

Arduino Uno
- Простота использования: Поддерживается огромным сообществом, доступно множество библиотек.
- Ограниченные возможности связи: Нет встроенных модулей связи, поэтому нужно подключать отдельно (например, модуль Bluetooth или Wi-Fi).
Arduino Mega
- Расширенная периферия: Идеально подходит для проектов, где требуется множество подключений и модулей (например, дисплей, моторы).
- Недостаток компактности: По размерам больше, чем Uno, что может быть неудобно для компактных проектов.
Arduino Nano
- Миниатюрность: За счет небольшого размера Nano можно встраивать в устройства с ограниченным пространством. Меньшее количество пинов: По сравнению с Mega, Nano не имеет такого большого числа GPIO.
ESP8266
- Экономичность: Одна из самых дешевых плат с Wi-Fi, что делает её популярной для проектов IoT.
- Ограниченная поддержка Bluetooth: Нет поддержки Bluetooth, что ограничивает ее использование в многозадачных проектах, требующих нескольких протоколов связи.
ESP32
- Высокая производительность и многозадачность: С поддержкой двух ядер и большим объемом памяти ESP32 способен выполнять сложные задачи.
- Поддержка Bluetooth и Wi-Fi: Модуль работает с обоими протоколами связи, что открывает больше возможностей для удаленного управления и передачи данных.

Установка и работа с программой

Для прошивки и работы с Arduino необходима специальная программа.

Arduino IDE можно установить через официальный сайт arduino:

https://www.arduino.cc/en/Guide/Environment

Просто следуйте инструкции на сайте.

Основные понятия и термины

Порт — это логическая точка ввода-вывода, которая может быть запрограммирована для передачи или получения данных. В Arduino порты обозначены как digital и analog и используются для подключения к компонентам, таким как датчики или светодиоды.
Плата — физическая основа устройства Arduino, на которой находится микроконтроллер, а также порты и пины для подключения различных компонентов. Примеры плат: Arduino Uno, Arduino Mega, ESP8266 и ESP32. Платы различаются по характеристикам (число пинов, поддержка Wi-Fi и т.д.) и подходят для разных проектов.
Пин (Pin) — это физический контакт на плате, к которому можно подключать компоненты, такие как датчики, светодиоды или кнопки. Пины бывают:
- Цифровые пины (Digital Pins) — передают либо высокий (HIGH), либо низкий (LOW) сигнал, то есть включены или выключены.
- Аналоговые пины (Analog Pins) — позволяют считывать аналоговые сигналы и передавать их в цифровое представление (ADC — аналогово-цифровое преобразование).
Земля (GND) — общая точка отсчета напряжения для цепи. Все компоненты в схеме должны подключаться к общей земле для замыкания цепи и корректной работы. В Arduino обозначается как GND и обычно помечается черным проводом.
5 вольт (5V) — выходное напряжение, которое Arduino может подавать на подключенные устройства и компоненты. Используется для питания различных компонентов (например, датчиков, LED) напрямую от платы. В некоторых платах (например, ESP8266) может использоваться и 3.3 вольта.
Датчик — компонент, который измеряет различные параметры окружающей среды (температура, влажность, свет и т.д.) и передает данные на Arduino. Датчики бывают аналоговыми и цифровыми, и в зависимости от типа, подключаются к аналоговым или цифровым пинам. Примеры: датчик температуры DHT11, датчик расстояния HC-SR04.
Светодиод (LED) — полупроводниковый прибор, который излучает свет при прохождении через него тока. Светодиоды часто используются как индикаторы состояния (включен/выключен) в схемах на Arduino и могут управляться с цифровых пинов.
Сигнал (Signal) — данные, передаваемые от компонента к Arduino или от Arduino к компоненту. Сигнал может быть цифровым (например, высокий/низкий) или аналоговым (переменные уровни напряжения), и часто обозначается как сигнальный пин на компонентах, подключенных к Arduino.
Прозвонка — тестирование целостности цепи для проверки соединения между пинами и компонентами. Прозвонка позволяет найти обрывы или короткие замыкания, а также проверить правильность подключения, особенно при использовании нескольких компонентов.

Интересные проекты

Вот подборка из 20 интересных и сложных проектов на Arduino, которые подойдут для различных уровней подготовки — от начинающих до продвинутых пользователей. Эти проекты позволяют изучить разнообразные аспекты работы с Arduino, такие как работа с датчиками, беспроводной связью, дисплеями, управлением моторами и другими компонентами.

Для начинающих

Умный термометр с ЖК-дисплеем

Использует датчик температуры (например, DHT11 или DS18B20) для измерения температуры и влажности. Вывод значений осуществляется на ЖК-дисплей. Отличный проект для изучения работы с датчиками и дисплеями.
Цифровой музыкальный инструмент

Создайте клавишный инструмент на основе пьезоэлемента и кнопок. Arduino воспроизводит разные ноты при нажатии кнопок. Можно добавить регулировку громкости и высоты звука.
Мини-метеостанция

Используйте несколько датчиков (температура, влажность, давление) и соберите данные на ЖК-дисплей. Проект помогает освоить работу с несколькими датчиками и базовыми принципами мониторинга.
Сигнализация с датчиком движения

Использует датчик движения PIR, который срабатывает при обнаружении движения, и звуковой сигнал для оповещения. Полезно для простых проектов домашней безопасности.
Часы на светодиодной матрице

Постройте цифровые часы с использованием RTC-модуля (DS3231) и светодиодной матрицы. Осваивает основы работы с реальным временем и отображением данных на LED.
Контроль уровня воды

Постройте систему, которая контролирует уровень воды в емкости и срабатывает, когда вода достигает определенного уровня. Помогает изучить принципы работы с датчиками уровня жидкости.
Автоматическая кормушка для животных

Создайте автоматическую кормушку с использованием сервопривода, который открывает кормушку по расписанию. Полезно для освоения работы с двигателями и таймингом.
Сенсорный музыкальный коврик

Постройте коврик с сенсорными кнопками, который воспроизводит ноты при нажатии. Проект поможет разобраться с тактильными сенсорами и звуковым воспроизведением.
Электронная рулетка

Создайте рулетку, которая случайным образом выбирает числа на экране при нажатии кнопки. Проект учит генерации случайных чисел и работы с ЖК-дисплеем.
Bluetooth-контроллер для смартфона

Используйте Bluetooth-модуль HC-05 для создания контроллера, который подключается к смартфону и управляет простым приложением или другим устройством. Хорошо для изучения основ связи Bluetooth.

Для продвинутых

Робот-полотер

Создайте робота с моторизированными колесами и щетками, который очищает пол, используя датчики для ориентации и избегания препятствий. Отлично подходит для освоения сложного управления моторами и датчиками расстояния.
Умное зеркало

Постройте интерактивное зеркало, которое показывает дату, время, погоду и другую информацию на ЖК-дисплее или через модуль Wi-Fi. Для отображения можно использовать OLED-экран и ESP8266 для получения данных из интернета.
Смарт-контроллер для теплицы

Создайте контроллер для управления температурой, влажностью и освещением в теплице с использованием реле и датчиков. ESP32 позволяет подключить систему к облаку для удаленного мониторинга.
Автономный мини-дрон

Используйте гироскоп, акселерометр и контроллер для создания мини-дрона. Проект требует навыков пайки, а также понимания стабилизации и управления моторами.
Робот для распознавания лиц

Создайте робота с камерой и модулем ESP32, который может распознавать лица и реагировать на определенные команды. Сложный проект, в котором используется машинное зрение.
Радиоуправляемая модель автомобиля

Постройте автомобиль на базе Arduino с управлением через Bluetooth или радиосигнал. Можно добавить камеру для видеопередачи и ультразвуковые датчики для избегания препятствий.
Умный дверной замок

Создайте замок с доступом по паролю или через приложение на смартфоне. Используйте серводвигатель для управления замком и RFID-считыватель для безопасности.
Wi-Fi метеостанция с веб-интерфейсом

Используйте ESP8266 или ESP32 для сбора данных о температуре, влажности и передаче их на веб-страницу, где их можно контролировать в реальном времени.
Лазерный лабиринт

Постройте лабиринт из лазерных указателей и датчиков, который можно использовать как игру для детей. Проект помогает освоить принципы работы с лазерами и оптическими сенсорами.
Робот-манипулятор с управлением через приложение

Создайте роботизированный манипулятор с несколькими степенями свободы, управляемый через смартфон или планшет. Подходит для изучения сложной механики и управления моторами.