Изучение ардуино. Простые схемы на Arduino для начинающих

28 09.2016

Вы задумывались облегчить себе жизнь в быту? Чтобы были вещи, которые решали бы за вас повседневные, рутинные задачи. Умное устройство, которое бы осуществляло полезную функцию, например поливало огород, убирало комнату, переносило груз. Эти задачи может решать . Но просто купить её будет недостаточно. Любому промышленному логическому контроллеру или микросхеме нужен “мозг”, чтобы выполнять определённую последовательность действий. Для свершений операций в нашем случае подойдёт язык программирования ардуино.

Из этой статьи вы узнаете:

Приветствую вас, друзья! Для тех, кто меня не знает — меня зовут Гридин Семён. Вы можете прочитать обо мне . Сегодняшняя статья будет посвящена двум основным программам, без которых не будет у нас дальнейшего движения и взаимопонимания.

Общее описание языков программирования

Как я и писал выше, рассматривать мы с вами будем две популярные среды разработки. По аналогии с , можно разделить на графический редактор и “умный блокнот”. Это программы Arduino IDE и FLprog.

Основой среды разработки является Processing/Wiring — это обычный C++, дополненный функциями и различными библиотеками. Существует несколько версий для операционных систем windows, Mac OS и Linux.

В чём их принципиальное различие?? Arduino IDE — это среда разработки, в которой описывается код программы. А FLprog похож на CFC CoDeSyS, позволяющий рисовать диаграммы. Какая среда лучше? Обе хороши и удобны по своему, но если хотите заниматься контроллерами серьёзно, лучше всего изучить языки, похожие на СИ. Их главный плюс в гибкости и неограниченности алгоритма. Мне очень нравится Arduino IDE.

Описание Arduino IDE

Дистрибутив можно скачать на официальном сайте . Скачиваем архив, он занимает чуть более 100 мб. Установка стандартная, как и все приложения для Windows. Драйвера для всех типов плат должны быть установлены в пакете. И вот каким образом выглядит рабочее окно программы.

Среда разработки Arduino состоит из:

• редактора программного кода;
• области сообщений;
• окна вывода текста;
• панели инструментов с кнопками часто используемых команд;
• нескольких меню

Настройки Arduino IDE

Программа, написанная в среде разработки Arduino, называется скетчем . Скетч пишется в текстовом редакторе, который имеет цветовую подсветку создаваемого программного кода. Пример простенькой программы на картинке ниже.

Дополнительная функциональность может быть добавлена с помощью библиотек, представляющих собой оформленный специальным образом код. В основном он находится в закрытом от разработчика доступе. Среда обычно поставляется со стандартным набором, который можно постепенно пополнять. Они находятся в подкаталоге libraries каталога Arduino.

Многие библиотеки снабжаются примерами, расположенными в папке example. Выбор библиотеки в меню приведет к добавлению в исходный код строчки:

Arduino

#include

Это директива — некая инструкция, заголовочный файл с описанием объектов, функций, и констант библиотеки. Многие функции уже разработаны для большинства типовых задач. Поверьте, это облегчает жизнь программисту.

После того как мы подключили электронную плату к компьютеру. Мы осуществляем следующие настройки — выбираем плату Arduino и Com-порт по которому будем соединяться.

Arduino

void setup() { // initialize digital pin 13 as an output. pinMode(13, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(13, HIGH); delay(1000); digitalWrite(13, LOW); delay(1000);

Так, кстати говоря, удобно проверять работоспособность платы, пришедшей с магазина. Быстро и легко.

Есть ещё одна удобная вещь. Называется она Монитор последовательного порта (Serial Monitor ). Отображает данные, посылаемые в платформу Arduino. Я обычно смотрю, какие сигналы выдают мне различные датчики, подключённые к плате.

Подключение библиотек

Существуют разные способы для добавления пользовательских функции. Подключить библиотеки можно тремя способами:

1. С помощью Library Manager
2. С помощью импорта в виде файла.zip
3. Установка вручную.

1. С помощью Library Manager. В рабочем окне программы выбираем вкладку Скетч. После этого нажимаем на кнопку Подключить библиотеку. Перед нами откроется менеджер библиотек. В окне будут отображаться уже установленные файлы с подписью installed, и те, которые можно установить.

2.С помощью импорта в виде файла.zip. Часто в просторах интернета можно встретить запакованные в архивы файлы библиотек с расширением zip. В нём содержится заголовочный файл.h и файл кода.cpp. При установке не нужно распаковывать архив. Достаточно в меню Скетч — Подключить библиотеку — Add .ZIP library

3.Установка вручную. Сначала закрываем программу Arduino IDE. Наш архив мы сначала распаковываем. И файлы с расширением.h и.cpp переносим в папку с тем же названием, как и архив. Закидываем папку в корневой каталог.

Мои документы\Arduino\libraries

Описание FLPprog

FLprog — это бесплатный проект независимых разработчиков, позволяющий работать с функциональными блоками, либо с релейными диаграммами. Эта среда удобна для людей — не программистов. Она позволяет визуально и наглядно видеть алгоритм при помощи диаграмм и функциональных блоков. Скачать дистрибутив можно на официальном сайте .

Я наблюдаю за проектом достаточно давно. Ребята развиваются, постоянно добавляют новый функционал и изменяют старый. Я вижу в этой среде перспективы. Так как она выполняет две важные функции: простоту и удобство использования .

Попробуем с вами создать простенький проект. Будем переключать 13 выход на светодиод.

Создаём новый проект. В верхнем окне добавляем нужное количество входов и выходов, задаём имя и присваиваем физический вход или выход платы.

Вытаскиваем нужные нам элементы из дерева объектов нужные нам элементы на холст редактирования. В нашем случае можно использовать простой RS-триггер для включения и выключения.

После создания алгоритма, кликнем на кнопочку компилировать, программа даёт готовый скетч на IDE.

Мы с вами рассмотрели возможности и удобства программ для разработки алгоритмов на контроллере серии Arduino. Есть ещё программы, которые позволяют создавать структурные диаграммы и визуальные картинки. Но я рекомендую использовать текстовый редактор, потому что потом вам будет проще. Скажите, а какая среда вам удобнее всего и почему??

22 сентября я участвовал в Краснодаре на семинаре “Сенсорные панельные контроллеры ОВЕН СПК”. Проводили конференцию в фешенебельном и красивом отеле “Бристоль”. Было очень интересно и круто.

В первой части семинара нам рассказывали о возможностях и преимуществах продукции компании ОВЕН. После был кофе-брейк с пончиками. Я понабрал кучу всего, и пончиков, и печенья, и конфет, так как был очень голодным.=)

Во второй части семинара после обеда нам презентовали . Много чего рассказали про Web — визуализацию. Эта тенденция начинает набирать обороты. Ну конечно, управлять оборудованием через любой интернет — браузер. Это реально круто. Вот кстати говоря само оборудование в чемоданчике.

Я в ближайшем будущем опубликую серию статей по CoDeSyS 3.5. Так что, если кому интересно подписывайтесь или просто заходите в гости. Буду всегда рад!!!

Кстати чуть не забыл, следующая статья будет о к электронной плате Arduino. Будет интересно, не пропустите.

До встречи, в следующих статьях.

С уважением, Гридин Семён.

Сегодня речь пойдет об использовании SD и micro SD карт в Arduino. Мы разберемся как можно подключить SD карты к Ардуино, как записывать и считывать информацию. Использование дополнительной памяти может быть очень полезно во многих проектах. Если вы не знаете что такое SPI, I2C и аналоговые выводы, то советую вам посмотреть прошлые уроки и разобраться с этими интерфейсами связи Ардуино.

В этом уроке мы поговорим о беспроводной связи между двумя платами Arduino. Это может быть очень полезно для передачи команд с одной ардуино на другую, или обменом информации между вашими самоделками. Возможность беспроводной передачи данных открывает новые возможности в создании своих проектов.

В этом уроке мы познакомимся с шиной I2C. I2C это шина связи, использующая всего две линии. С помощью этого интерфейса Arduino может по двум проводам обмениваться данными со множеством устройств. Сегодня мы разберемся как подключить датчики и сенсоры к Ардуино по шине I2C, как обращаться к конкретному устройству и как получать данные с этих устройств.

В этом уроке мы будем говорить о Serial интерфейсе связи Arduino. Мы уже использовали этот интерфейс в прошлых уроках, когда выводили значения с датчиков на экран компьютера. Сегодня мы подробнее разберем как работает это соединение, а так же мы узнаем как можно использовать данные переданные в монитор порта компьютера используя Processing.

Сегодня мы поговорим о транзисторах и подключении нагрузки к Arduino. Сама Ардуино не может выдать напряжение выше 5 вольт и ток больше 40 мА с одного пина. Этого достаточно для датчиков, светодиодов, но если мы хотим подключить устройства более требовательные по току, нам придется использовать транзисторы или реле.

В этом уроке мы поговорим об основах схемотехники, применительно к Arduino. И начнем, конечно же, с закона Ома, так как это основа всей схемотехники. Так же в этом уроке мы поговорим о сопротивлении, стягивающих и подтягивающих резисторах, расчете силы тока и напряжения.

12 02.2017

В этой статье я расскажу вам о том, без чего познание интереснейшего мира программирования с использованием аппаратных платформ было бы неполным, а именно – об электронном конструкторе Arduino, который станет отличным помощником в изучении компьютерной техники и автоматизации различных процессов. Разумеется, этому можно обучаться и чисто теоретически, но при использовании такого инструмента, как Ардуино первые шаги в освоении программирования и настройки робототехники будут даваться еще проще, чем при самостоятельном обучении при помощи подручных материалов и профильной литературы.

Из этой статьи вы узнаете:

Доброго времени суток всем любителям техники! С вами Гридин Семён. Сегодня мы рассмотрим, при помощи какого оборудования мы начнём программировать самые распространённые платы.

Ардуино — что же ты такое?

Наверняка наши читатели постарше помнят, что когда-то в СССР выпускались разнообразные развивающие наборы для детей. К ним можно отнести набор юного химика, биолога, радиолюбителя… Последняя вариация была особенно интересна тем, кто питал слабость к технике и самостоятельному конструированию различных вещей.

Время прошло, появилось множество технологий, и подобные вещи были не только усовершенствованы, но и стали доступными любому желающему. Простор фантазии сегодня не ограничивается лишь программными рамками, и Ардуино – яркий пример тому.

Набор Ардуино представляет собой электронную платформу размером примерно со спичечный коробок. К этой платформе могут подключаться различные модули – двигатели, лампочки, датчики, словом, все, что питается от электричества и может быть тем или иным способом подсоединено к микросхеме.

Для кого это?

Кому нужен Ардуино?

• Детям и подросткам, интересующимся робототехникой;
• Учащимся профильных технических вузов и училищ;
• Специалистам, желающим вспомнить старые навыки;
• Преподавателям для обучения своих студентов;
• Всем склонным к технике людям, желающим интересно проводить время.

Изучить программирование, тут же применяя полученные знания на практике; написать дипломный проект; создать умную систему для дома, которая позволит дистанционно управлять приборами и освещением; сконструировать робота – это далеко не полный список возможностей, которые предоставляет Ардуино. Они поистине безграничны, и все ограничивается лишь вашей фантазией! При этом система доступна даже новичкам благодаря широкому комьюнити и наличию в Сети множества уроков Ардуино, в том числе и на русском языке.

Первое знакомство. Настраиваем компьютер

Перед тем как озаботиться вопросом подключения устройства к ПК, стоит изучить вопрос о том, какой лучше купить Ардуино, ведь версий этого конструктора для гиков существует много. Самая популярная и при этом , которая стоит порядка 25-30$. Впрочем, есть и более дорогие, продвинутые версии, способные взаимодействовать со смартфонами на базе Android, устройствами на Linux, с увеличенным числом портов, более мощным “железом”, которые больше подойдут для уже искушенных в этом вопросе пользователей. Нам же с вами больше подойдет вариант Uno или схожий с ним (например, Leonardo). Пусть вас не пугают 32 килобайта памяти и процессор с частотой всего 16 мегагерц – этого с лихвой хватит для первых изысканий!

Чтобы запрограммировать платформу и видеть на дисплее все заданные действия, используется один из самых распространенных языков программирования – C++. Работа с ним осуществляется с помощью официальной оболочки Arduino IDE, она абсолютно бесплатна для использования в некоммерческих целях. Имеются и другие варианты, более сложные и изощренные, но начать лучше с рекомендованного разработчиком варианта.

Подключение и загрузка в память программ выполняется через USB-порт. Подсоединение же модулей может выполняться множеством способов – в их числе применение особой макетной доски, перемычек, проводов… Паяльник при этом использовать совсем не обязательно. Подсоединять можно почти что угодно – любой гаджет может стать полноценной частью вашей конструкции! При этом вы также можете создавать многослойные “бутерброды” из так называемых – дополнительных плат, расширяющих возможности основной микросхемы. Главное – это базовый процесс в сердце самого Uno, остальное же лишь служит для получения дополнительных возможностей. Например, это может быть подключение к Интернету или управление мощным мотором.

Используем IDE

Написанные для платформы Ардуино называются скетчами. Создать скетч можно при помощи интегрированной среды разработки, коротко – IDE (официальная версия так и называется, ). Установив драйвера и эту среду, вы можете сделать свой первый шаг.

IDE предоставляет вашему вниманию уже написанные простые скетчи. Откройте один из них и выберите свой Arduino в списке плат, после чего загрузите на свое устройство скетч при помощи команды Upload . Все это делается очень просто – интерфейс у среды разработки графический, он понятен интуитивно.

Также в Сети есть огромное количество уже готовых скетчей. Например, на Википедии в статье про Ардуино вы можете найти готовый пример программы, задающей мигание светодиодом. На специализированных ресурсах вы найдете невероятно сложные алгоритмы, делающие из Ардуино настоящего робота. Чтобы научиться писать такие, понадобится определенное время и упорство, однако вы можете изучать их уже в самом начале, чтобы понять как можно больше принципов программирования под платформу. Если вы хотите написать элементарную программку и не знаете ка, то .

С уважением, Гридин Семён

Данный документ разъясняет, как подключить плату Arduino к компьютеру и загрузить ваш первый скетч.

Необходимое железо — Arduino и USB-кабель

В этом руководстве предполагается, что вы используете Arduino Uno, Arduino Duemilanove, Nano или Diecimila.

Вам потребуется также кабель стандарта USB (с разъемами типа USB-A и USB-B): такой, каким, к примеру, подключается USB-принтер. (Для Arduino Nano вам потребуется вместо этого кабель с разъемами А и мини-В).

Программа - среда разработки для Arduino

Найдите последнюю версию на странице скачивания .

После окончания загрузки распакуйте скачанный файл. Убедитесь, что не нарушена структура папок. Откройте папку двойным кликом на ней. В ней должны быть несколько файлов и подкаталогов.

Подсоедините плату

Arduino Uno, Mega, Duemilanove и Arduino Nano получают питание автоматически от любого USB-подключения к компьютеру или другому источнику питания. При использовании Arduino Diecimila убедитесь, что плата сконфигурирована для получения питания через USB-подключение. Источник питания выбирается с помощью маленького пластикового джампера, надетого на два из трех штырьков между разъемами USB и питания. Проверьте, чтобы он был установлен на два штырька, ближайших к разъему USB.

Подсоедините плату Arduino к вашему компьютеру, используя USB-кабель. Должен загореться зеленый светодиод питания, помеченный PWR.

Установите драйвера

Установка драйверов для на Windows7, Vista или XP:

• Подключите вашу плату и подождите, пока Windows начнет процесс установки драйвера. Через некоторое время, несмотря на все её попытки, процесс закончится безрезультатно.
• Нажмите на кнопку ПУСК и откройте Панель управления.
• В панели управления перейдите на вкладку Система и безопасность (System and Security). Затем выберите Система. Когда откроется окно Система, выберите Диспетчер устройств (Device Manager).
• Обратите внимание на порты (COM и LPT). Вы увидите открытый порт под названием «Arduino UNO (COMxx)».
• Щелкните на названии «Arduino UNO (COMxx)» правой кнопкой мышки и выберите опцию «Обновить драйвер» (Update Driver Software).
• Кликните "Browse my computer for Driver software".
• Для завершения найдите и выберите файл драйвера для Uno - «ArduinoUNO.inf», расположенный в папке Drivers программного обеспечения для Arduino (не в подкаталоге «FTDI USB Drivers»).
• На этом Windows закончит установку драйвера.

Выберите ваш последовательный порт

Выберите устройство последовательной передачи платы Arduino из меню Tools | Serial Port. Вероятно, это будет COM3 или выше (COM1 и COM2 обычно резервируются для аппаратных COM-портов). Чтобы найти нужный порт, вы можете отсоединить плату Arduino и повторно открыть меню; пункт, который исчез, и будет портом платы Arduino. Вновь подсоедините плату и выберите последовательный порт.

Загрузите скетч в Arduino

Теперь просто нажмите кнопку «Upload» в программе - среде разработки. Подождите несколько секунд - вы увидите мигание светодиодов RX и TX на плате. В случае успешной загрузки в строке состояния появится сообщение «Done uploading (Загрузка выполнена)».
(Замечание. Если у вас Arduino Mini, NG или другая плата, вам необходимо физически кнопкой подать команду reset непосредственно перед нажатием кнопки «Upload»).

Несколько секунд спустя после окончания загрузки вы увидите как светодиод вывода 13 (L) на плате начнет мигать оранжевым цветом. Поздравляю, если это так! Вы получили готовый к работе Arduino!

После ознакомления с основными элементами Arduino, а также написания программы «Hello World!» пришло время для знакомства с языком программирования.

Структура языка основана главным образом на C/C++, поэтому те, кто ранее программировал на этом языке, не будут испытывать затруднений при освоении программирования Arduino. Остальные должны освоить основную информацию о командах управления, типах данных и функциях.

Большая часть информации, содержащейся здесь, будет совместима с любым курсом C/C++, с учетом различий в типах данных, а также несколько конкретных инструкций, касающихся программирования портов ввода/вывода.

Основы основ

Несколько формальных вещей, то есть таких, о которых все знают, но иногда забывают…

В Arduino IDE, как в C/C++, необходимо помнить о регистрах символов. Ключевые слова, такие как if, for всегда записываются в нижнем регистре. Каждая инструкция заканчивается на «;». Точка с запятой сообщает компилятору, какую часть интерпретировать как инструкцию.

Скобки {..} используются для обозначения программных блоков. Мы используем их для ограничения тела функции (см. ниже), циклов и условных операторов.

Хорошей практикой является добавление комментариев к содержимому программы, это помогает легко понять код. Однострочные комментарии начинаются с // (двойная косая черта). Многострочные комментарии начинаются с /* и заканчиваются на */

Если мы хотим подключить в нашу программу какую-либо библиотеку, мы используем команду include. Вот примеры подключения библиотек:

#include // стандартная библиотека #include «svoya_biblioteka.h» // библиотека в каталоге проекта

Функции в Arduino

Функция (подпрограмма) является отдельной частью программы, выполняющая некоторые операции. Функции используются для упрощения основной программы и улучшения читаемости кода. Полезно использовать функции, поскольку мы можем легко использовать их во многих своих проектах.

Стандартный курс программирования содержит информацию о функциях, которые приведем в следующих статьях. В случае с Arduino функции будут обсуждаться в начале, потому что даже простейшая программа должна иметь две специальные функции. Это уже упоминалось в предыдущих статьях, но здесь мы систематизируем эту информацию.

Объявление функции

Схема объявления функции выглядит следующим образом:

Тип имя_функции(параметр) { // инструкции для выполнения (тело функции) return (/* возвращение значения*/); }

тип — это имя любого доступного типа данных на данном языке программирования. Список типов, доступных при программировании Arduino приведем в отдельной статье.

После исполнения, функция вернет значение объявленного типа. В случае, если функция не принимает никакого возвращаемого значения, то тип данных будет «void».

имя_функции позволяет ее однозначно идентифицировать. Для того чтобы вызвать (запустить) функцию, мы даем ей имя.

параметр — параметр вызова функции. Параметры не обязательны, но зачастую они бывают полезны. Если мы напишем функцию, у которой нет аргументов, мы оставляем круглые скобки пустыми.

Внутри скобок «{…}» содержится собственно тело функции или инструкция, которые мы хотим выполнить. Описание конкретных инструкций укажем в отдельной статье.

Все функции, возвращающие значение, заканчиваются оператором return, за которым следует возвращаемое значение. Только функции, объявленные нулевым указателем («void»), не содержат оператор return. Необходимо знать, что оператор return завершает выполнение функции независимо от местоположения.

Ниже приведены некоторые примеры деклараций функций.

Void f1() { //тело функции } —————————————— int minus() { //тело функции return (0); } —————————————— int plus(int a, int b) { return (a+b); }

Как вы можете видеть на примерах, объявление функции может принимать различные формы в зависимости от ваших потребностей.

Настоятельно рекомендуем вам изучить и применять функции при написании собственных программ. Со временем, у каждого программиста набирается собственная библиотека функций «на все случаи жизни», которая позволяет облегчить и ускорить процесс написания новых программ.

Теперь, когда мы знаем, как можно написать свою собственную функцию, необходимо научиться ее использовать.

Вызов функции

Все функции мы записываем в один файл/программу. Существует конечно более элегантное решение, но мы постараемся описать его в следующий раз.

Объявив функцию, мы можем использовать ее в других функциях с соответствующим именем и любыми требуемыми параметрами. Ниже приведены примеры вызова функций, которые мы привели выше:

F1(); plus(2,2); y=plus(1,5);

Как вы можете видеть в примерах, вызов функции выполняется путем указания его имени и требуемого количества параметров. Важно всегда вызывать функцию в соответствии с ее объявлением.

Если функция f1() объявлена без параметров, то при ее вызове нельзя указывать никакие параметры, т.е. вызов функции f1(0) будет неверным.

Функция plus(int a, int b) требует ровно двух параметров, поэтому вызов с одним или тремя параметрами невозможно.

Вызов y=plus(1,5) приведет к выполнению функции «plus» с параметрами «1» и «5» и сохранить возвращаемое значение в переменную «y».

Функции setup() и loop().

Обладая знаниями об объявлении и вызове функций, мы можем перейти к системным функциям Arduino: setup() и loop() . Arduino IDE в обязательном порядке необходимо объявлять эти две функции.

setup () — это функция, которая вызывается автоматически при включении питания или нажатии кнопки RESET.

В соответствии с ее именем она используется для установки начальных значений переменных, деклараций входов и выходов системы, которые обычно задаются в начальных параметрах. Благодаря своей специфике эта функция не возвращает значения и не вызывается с параметрами. Правильная декларация функции setup() представлена ниже:

Void setup () { // тело функции — инициализация системы }

loop () — это функция, которая вызывается в бесконечном цикле. Данная функция также не возвращает значения и не вызывается с параметрами. Ниже показано правильное объявление функции loop():

Void loop () { // тело функции — программный код }

Как вы видите, объявление функции loop () идентично объявлению функции setup (). Различие состоит в выполнении этих функций микроконтроллером.

Теперь мы проанализируем следующий псевдокод:

Void setup () { on_led1 (); //включаем светодиод led1 off_led1 (); //выключаем светодиод led1 } void loop () { on_led2 (); //включаем светодиод led2 off_led2 (); //выключаем светодиод led2 }

В функции setup () есть две инструкции: первая включает светодиод led1, подключенный к плате (например, контакт 13), а вторая выключает светодиод led1.

Функция loop () имеет идентичные инструкции для включения и выключения светодиода led2, подключенного к плате (например, контакт 12).

В результате запуска программы светодиод led1 мигнет один раз, в то время как led2 будет загораться и гаснуть до тех пор, пока включено питание Arduino.

Нажатие кнопки RESET приведет к тому, что led1 снова мигнет один раз, а led2 снова начнет постоянно мигать.

Подведем итог:

• Функции setup () и loop () — это системные функции, которые должны быть определены в каждом проекте. Даже в ситуации, когда в одном из них мы не пропишем какой-либо код, мы все равно должны объявить эти две функции;
• Функция setup () выполняется один раз, loop() выполняется непрерывно;
• Мы создаем собственные функции в одном файле;
• Мы можем вызвать свои функции как из setup () и loop (), так и из других функций;
• Наши собственные функции можно вызывать с параметрами и возвращать значение;
• Вызов функции должен быть совершен в соответствии с ее декларацией.