Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория»
Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория»
В первом материале, рассказывающем об обучающем наборе «Цифровая лаборатория» из серии Азбука Электронщика, мы в общих чертах описали принципы построения, состав набора и плату расширения. Рассмотрим входящее в состав набора NR05 «Цифровая лаборатория» обучающее пособие, и разберем два несложных опыта с применением платы расширения, которые помогут понять, как подсоединяются внешние устройства и как можно использовать встроенные кнопки.
Мастер Кит, обучающий набор, NR05, Цифровая лаборатория, азбука эклектронщика
Статьи

Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория»

 

В первом материале, рассказывающем об обучающем наборе «Цифровая лаборатория» из серии Азбука Электронщика, мы в общих чертах описали принципы построения, состав набора и плату расширения.

Рассмотрим теперь входящее в состав набора обучающее пособие, и разберем два несложных опыта с применением платы расширения, которые помогут понять, как подсоединяются внешние устройства и как можно использовать встроенные кнопки.

Мастер Кит Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория» Мастер Кит, обучающий набор, NR05, Цифровая лаборатория, азбука эклектронщика

Как мы уже говорили, на плате размещены группы разъемов для подключения различных внешних модулей: датчиков, исполнительных устройств и устройств, использующих некоторые стандартные шины обмена информацией.

В качестве исполнительного устройства на плате предусмотрено место для установки жидкокристаллического символьного двухстрочного LCD-индикатора с подсветкой. На таком индикаторе можно отобразить достаточно информации как в обучающих целях, так и при применении набора в качестве законченного устройства. В обучающем пособии рассказывается, как выводить символьную информацию на дисплей, как заставить дисплей отображать русские и английские буквы одновременно. Индикатор используется практически во всех описанных в брошюре проектах.

Рассмотрим самое простейшее исполнительное устройство – светодиод. В набор входит трехцветный (RGB – Red, Green, Blue) яркий светодиод. Из трех цветов такого светодиода с помощью изменения интенсивности каждого из них, в силу особенностей человеческого глаза можно получить любой цвет. Такой метод получения цвета называется аддитивным смешением цветов и используется, например, в телевизорах и мониторах. Смешав три цвета в равных пропорциях, мы получим белый цвет.

Мастер Кит Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория»

Подключим светодиод к разъему XP15 платы расширения, который дополнительно промаркирован «RGB_LED»  с помощью четырех проводов или переходника. Мы применяем светодиод с общим катодом (общим «минусом»), поэтому самый длинный вывод светодиода подсоединяется к контакту GND («Ground»), а остальные выводы светодиода соединяем с контактами RED/D5 (красный), BLUE/D6 (синий), GREEN/D9 (зеленый).

Мастер Кит Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория» Мастер Кит, обучающий набор, NR05, Цифровая лаборатория, азбука эклектронщика

D5, D6 и D9 – это цифровые выводы Ардуино, на которых можно получить широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления яркостью светодиода. В обучающем пособии приведен необходимый минимум теории ШИМ и способ реализации этой модуляции в Ардуино.

Мастер Кит Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория» Мастер Кит, обучающий набор, NR05, Цифровая лаборатория, азбука эклектронщика

Приведем код программы (скетча), управляющей яркостью свечения RGB-светодиода:

 

//  Управляем цветом RGB светодиода
//-----------------------------------------------------------------------
//называем выводы соответственно цвету
int redPin = 5;
int greenPin = 9;
int bluePin = 6;
//-----------------------------------------------------------------------
/* Эта функция будет выполнена 1 раз в момент запуска программы Arduino
в нашем случае она пустая*/
void setup()
{
 
}
 
//-----------------------------------------------------------------------
/* Эта функция будет выполнена после функции setup и будет бесконечное число раз повторятся после своего окончания.*/
 
void loop() {
   /* Цикл будет повторятся 256 раз. Каждое повторение переменная value будет увеличивать свое значение на 1.*/
   for(int value = 0 ; value <= 255; value ++) {
    //яркость красного уменьшается от максимума к 0
    analogWrite(redPin, 255-value);
    //яркость зеленого увеличивается
    analogWrite(greenPin, value);
    //синий не горит
    analogWrite(bluePin, 0);
    // Выдержим паузу в 30 миллисекунд
    delay(30);
  }
 
  /* Цикл будет повторятся 256 раз. Каждое повторение переменная value будет увеличивать свое значение на 1.*/
  for(int value = 0 ; value <= 255; value ++) {
    //красный не горит
    analogWrite(redPin, 0);
    //яркость зеленого уменьшается от максимума к 0
    analogWrite(greenPin, 255-value);
    //яркость синего увеличивается
    analogWrite(bluePin, value);
    // Выдержим паузу в 30 миллисекунд
    delay(30);
  }
 
  /* Цикл будет повторятся 256 раз. Каждое повторение переменная value будет увеличивать свое значение на 1.*/
  for(int value = 0 ; value <= 255; value ++) {
    //яркость красного увеличивается
    analogWrite(redPin, value);
    //зеленый не горит
    analogWrite(greenPin, 0);
    //яркость синего уменьшается от максимума к 0
    analogWrite(bluePin, 255-value);
    // Выдержим паузу в 30 миллисекунд
    delay(30);
  }
 
 // Функция loop начнет выполняться сначала
}
 

При выполнении программы светодиод плавно меняет излучаемый цвет с красного на зеленый, потом с зеленого на синий, и далее с синего на красный.

Дополним нашу программу таким образом, чтобы на LCD-индикаторе отображались значения, в каждый момент времени соответствующие яркости каждого цвета от минимума (0) до максимума (255). Модифицированный код:

 

//  Управляем цветом RGB светодиода
//-----------------------------------------------------------------------
//называем выводы соответственно цвету
int redPin = 5;
int greenPin = 9;
int bluePin = 6;
//задаем переменные для значений ШИМ
int pwmRed;
int pwmGreen;
int pwmBlue;
//-----------------------------------------------------------------------
// Подключаем библиотеку LiquidCrystalRus
#include <LiquidCrystalRus.h>
// Подключаем библиотеки, которые использует LiquidCrystalRus
#include <LiquidCrystalExt.h>
#include <LineDriver.h>
 
//-----------------------------------------------------------------------
/* Инициализируем дисплей, объясняя программе куда подключены линии RS,EN,DB4,DB5,DB6,DB7 */
LiquidCrystalRus lcd(A1, A2, A3, 2, 4, 7);
 
// Эта функция будет выполнена 1 раз в момент запуска программы Arduino
void setup()
{
  // Инициализируем LCD - 16 символов, 2 строки
  lcd.begin(16, 2);
  // Курсор находится на первой строке (верхней) и первом слева символе 
  lcd.print(" RED GREEN BLUE");
  
}
 
//-----------------------------------------------------------------------
// Эта функция будет выполнена после функции setup и будет бесконечное число раз повторятся после своего окончания.
 
void loop() {
   /* Цикл будет повторятся 256 раз. Каждое повторение переменная value будет увеличивать свое значение на 1.*/
   for(int value = 0 ; value <= 255; value ++) {
    pwmGreen = value;
    pwmRed = 255 - value;
    //яркость красного уменьшается от максимума к 0
    analogWrite(redPin, pwmRed);
    //яркость зеленого увеличивается
    analogWrite(greenPin, pwmGreen);
    //синий не горит
    analogWrite(bluePin, 0);
    // Выдержим паузу в 30 миллисекунд
    delay(30);
    Display();
  }
 
  /* Цикл будет повторятся 256 раз. Каждое повторение переменная value будет увеличивать свое значение на 1.*/
  for(int value = 0 ; value <= 255; value ++) {
    pwmBlue = value;
    pwmGreen = 255 - value;
    //красный не горит
    analogWrite(redPin, 0);
    //яркость зеленого уменьшается от максимума к 0
    analogWrite(greenPin, pwmGreen);
    //яркость синего увеличивается
    analogWrite(bluePin, pwmBlue);
    // Выдержим паузу в 30 миллисекунд
    delay(30);
    Display();
  }
 
  /* Цикл будет повторятся 256 раз. Каждое повторение переменная value будет увеличивать свое значение на 1.*/
  for(int value = 0 ; value <= 255; value ++) {
    pwmRed = value;
    pwmBlue = 255 - value;
    //яркость красного увеличивается
    analogWrite(redPin, pwmRed);
    //зеленый не горит
    analogWrite(greenPin, 0);
    //яркость синего уменьшается от максимума к 0
    analogWrite(bluePin, pwmBlue);
    // Выдержим паузу в 30 миллисекунд
    delay(30);
    Display();
  }
 
 // Функция loop начнет выполняться сначала
}
 
// функция выводит на индикатор значения переменных, задающих ШИМ
void Display(){
 lcd.setCursor(0,1);
 lcd.print("                ");
 lcd.setCursor(1,1);
 lcd.print(pwmRed);
 lcd.setCursor(6,1);
 lcd.print(pwmGreen);
 lcd.setCursor(11,1);
 lcd.print(pwmBlue);
}
 

Теперь рассмотрим пример использования встроенных в плату кнопок.

Мастер Кит Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория» Мастер Кит, обучающий набор, NR05, Цифровая лаборатория, азбука эклектронщика

В общем случае каждая кнопка подключается к отдельному цифровому выводу Ардуино и программа последовательно опрашивает эти выводы для того, чтобы определить, какая кнопка нажата. Для экономии выводов Ардуино, которые необходимо задействовать для определения нажатия кнопки в плате расширения набора «Цифровая лаборатория» используется «аналоговая» клавиатура, подключенная всего к одному аналоговому входу Ардуино. Такой способ часто используются в бытовой технике. Программа измеряет выходное напряжение на выходе делителя напряжения, которое зависит от того, какая кнопка нажата. В обучающем пособии рассмотрена теория такого делителя и способ его применения в клавиатуре. Недостатком такого способа является то, что кнопки можно нажимать только по одной, последовательно.

Загрузим в Ардуино соответствующую программу:

 

//  Подключаем аналоговую клавиатуру и на дисплее выводи номер нажатой кнопки

//-----------------------------------------------------------------------

// Обязательно подключаем стандартную библиотеку LiquidCrystal

#include <LiquidCrystal.h>

 

// Определяем сколько кнопок у нас подключено

#define NUM_KEYS 5

// Для каждой кнопки заносим калибровочные значения(выведены экспериментально)

int  adcKeyVal[NUM_KEYS] = {30, 150, 360, 535, 760};

//-----------------------------------------------------------------------

// Инициализируем дисплей, объясняя программе куда подключены линии RS,EN,DB4,DB5,DB6,DB7

LiquidCrystal lcd(A1, A2, A3, 2, 4, 7);

 

//-----------------------------------------------------------------------

// Эта функция будет выполнена 1 раз в момент запуска программы Arduino

void setup()

{

  // Инициализируем LCD как обычно -16 символов и 2 строки

  lcd.begin(16, 2);

  // Курсор находится на первой строке (верхней) и первом слева символе 

 

  // И напишем на дисплее Keyboard

  lcd.print("Keyboard"); 

 

  // Выдержим паузу в 2000 миллисекунд= 2 секунды

  delay(2000);

}

 

//-----------------------------------------------------------------------

// Эта функция будет выполнена после функции setup и будет бесконечное число раз повторятся после своего окончания.

 

void loop() {

  // Заводим переменную с именем key

  int key;

 

  // Записываем в эту переменную номер нажатой кнопки, вызывая на исполнение нижеописанную функцию get_key

  key = get_key();

 

  // Очищаем дисплей от всех надписей

  lcd.clear();

  // Курсор находится на первой строке (верхней) и первом слева символе

 

  // И напишем какую кнопку нажали. О- ни одна кнопка не нажата

  lcd.print(key);

 

  // Выдержим паузу в 100 миллисекунд= 0,1 секунду

  delay(100);

 // Функция loop начнет выполняться сначала

}

 

//-----------------------------------------------------------------------

// Эта функция будет выполнена только когда ее вызвали из программы

// Функция читает значение с АЦП, куда подключена аналоговая клавиатура

// и сравнивает с калибровочными значениями, определяя номер нажатой кнопки

int get_key()

       {

         int input = analogRead(A6);

         int k;

         for(k = 0; k < NUM_KEYS; k++)

           if(input < adcKeyVal[k])

             return k + 1;    

         return 0;

       }

 

Для отображения информации о том, какая кнопка нажата, используется LCD-индикатор. Если нажимать кнопки, то на индикаторе будет отображаться номер нажатой кнопки.

Функция get_key возвращает целое число, соответствующее номеру нажатой кнопки, которое может быть использовано в основной программе. Калибровочные значения, с которыми сравнивается напряжение с выхода делителя, определены экспериментальным путем с помощью вот такой программки:

 

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(A1, A2, A3, 2, 4, 7);

void setup()

{

  lcd.begin(16, 2);

  lcd.print("Press keys"); 

  delay(2000);

}

void loop() {

 

  int input = analogRead(A6);

  lcd.clear();

  lcd.print(input);

  delay(100);

}

 

Попробуйте загрузить ее в Ардуино и посмотреть, какие значения отображаются, и сравнить их с калибровочными.

Попробуем теперь использовать рассмотренные примеры для создания программы, которая реализует управление светодиодом с помощью кнопок. Зададим следующий функционал:

·        при нажатии на кнопку 1 (крайнюю слева) загорается красный свет, на кнопку 2– зеленый, 3 – синий. При повторном нажатии на кнопку соответствующий свет гаснет. На индикаторе отображается, какие цвета включены.

·        при нажатии на кнопку 4 включенные и выключенные цвета меняются местами

·        при нажатии на кнопку 5 все цвета гаснут.

Вот один из возможных вариантов такого скетча:

 

//  Используем аналоговую клавиатуру вместе с RGB-светодиодом

//-----------------------------------------------------------------------

// Обязательно подключаем стандартную библиотеку LiquidCrystal

#include <LiquidCrystal.h>

 

// Определяем сколько кнопок у нас подключено

#define NUM_KEYS 5

// Для каждой кнопки заносим калибровочные значения(выведены экспериментально)

int  adcKeyVal[NUM_KEYS] = {30, 150, 360, 535, 760};

#define redLED 5

#define greenLED 9

#define blueLED 6

//-----------------------------------------------------------------------

// Инициализируем дисплей, объясняя программе куда подключены линии RS,EN,DB4,DB5,DB6,DB7

LiquidCrystal lcd(A1, A2, A3, 2, 4, 7);

int redLEDstate = 0;

int greenLEDstate = 0;

int blueLEDstate = 0;

int flag = 0;

 

//-----------------------------------------------------------------------

// Эта функция будет выполнена 1 раз в момент запуска программы Arduino

void setup()

{

  pinMode(redLED, OUTPUT);

  pinMode(greenLED, OUTPUT);

  pinMode(blueLED, OUTPUT);

  // Инициализируем LCD как обычно -16 символов и 2 строки

  lcd.begin(16, 2);

  // Курсор находится на первой строке (верхней) и первом слева символе 

 

  // И напишем на дисплее текст

  lcd.print("Try Keys + LEDs"); 

 

  // Выдержим паузу в 1000 миллисекунд= 1 секунда

  delay(1000);

  // и очистим экран индикатора

  lcd.clear();

}

 

//-----------------------------------------------------------------------

// Эта функция будет выполнена после функции setup и будет бесконечное число раз повторятся после своего окончания.

 

void loop() {

  // Заводим переменную с именем key

  int key;

  // Записываем в эту переменную номер нажатой кнопки, вызывая на исполнение нижеописанную функцию get_key

  key = get_key();

  // Если нажата кнопка, меняем состояние соответствующего цвета на противоположное

  // C помощью переменной flag не допускаем изменения состояния цвета, если кнопка нажата и не отпущена

     if(key == 1 && flag == 0) {                                             

        digitalWrite(redLED, !digitalRead(redLED));

        flag = 1;

      }

     if(key == 2 && flag == 0) {  // можно написать короче: if(key == 2 && !flag)                                           

        digitalWrite(greenLED, !digitalRead(greenLED));

        flag = 1;

      }

    if(key == 3 && !flag)  {                                             

        digitalWrite(blueLED, !digitalRead(blueLED));

        flag = 1;

      }

    if(key == 4 && !flag)  {                                             

        digitalWrite(redLED, !digitalRead(redLED));

        digitalWrite(greenLED, !digitalRead(greenLED));

        digitalWrite(blueLED, !digitalRead(blueLED));

        flag = 1;

      }

    if(key == 5 && !flag){                                             

        digitalWrite(redLED, LOW);

        digitalWrite(greenLED, LOW);

        digitalWrite(blueLED, LOW);

        flag = 1;

      }

    // если кнопка была нажата и отпущена, разрешаем изменение состояния цвета

    if(!key && flag) // соответствует if(key == 0 && flag == 1)

      {

        flag = 0;

      }       

   // проверяем состояние каналов светодиода и выводим на индикатор, какой цвет включен

   if (digitalRead(redLED)) { // соответсвует if (digitalRead(redLED) == 1)

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.print("Red");

        }

        else {

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.print("   ");

        }

   if (digitalRead(greenLED)) {

         lcd.setCursor(5,0);

         lcd.print("Green");

        }

        else {

         lcd.setCursor(5,0);

         lcd.print("     ");

        }

    if (digitalRead(blueLED)) {

         lcd.setCursor(11,0);

         lcd.print("Blue");

        }

        else {

         lcd.setCursor(11,0);

         lcd.print("    ");

        }

 

 // Функция loop начнет выполняться сначала

}

 

//-----------------------------------------------------------------------

// Эта функция будет выполнена только когда ее вызвали из программы

// Функция читает значение с АЦП, куда подключена аналоговая клавиатура

// и сравнивает с калибровочными значениями, определяя номер нажатой кнопки

int get_key()

       {

         int input = analogRead(A6);

         int k;

         for(k = 0; k < NUM_KEYS; k++)

           if(input < adcKeyVal[k])

             return k + 1;    

         return 0;

       }

 

 

В заключение приведем небольшой видеоролик, демонстрирующий описанные опыты:

 ">https://www.youtube.com/watch?v=O49JK0gQkAE" frameborder="0" allowfullscreen="">

 

Как видим, возможности платы расширения набора «Цифровая лаборатория» позволяют удобно, наглядно и быстро осваивать практику работы с Ардуино и подсоединяемыми дополнительными модулями.

В следующей статье мы рассмотрим взаимодействие Ардуино с Андроид-смартфоном по технологии Bluetooth с использованием платы расширения. Программировать смартфон будем с помощью проекта MIT App Inventor, который разработан и поддерживается Массачусетским Технологическим Интститутом.

Рейтинг@Mail.ru

Почему выбирают Мастер Китнас


Мы в Сети

Я

© 1999-2019 Мастер Кит