Цифровая лаборатория на основе Ардуино
Цифровая лаборатория на основе Ардуино
Просто о сложном - программируем микроконтроллер. Обзор электронного конструктора NR05 "Цифровая лаборатория" на основе Ардуино из серии Азбука электронщика.При разработке NR05 компания Мастер Кит руководствовалась той же философией, что и создатели платформы Ардуино (Arduino), на основе которой и создан конструктор.
Статьи

Цифровая лаборатория на основе Ардуино

При разработке электронного конструктора NR05 «Цифровая лаборатория» из серии Азбука электронщика компания Мастер Кит руководствовалась той же философией, что и создатели платформы Ардуино (Arduino), на основе которой и создан конструктор.

Мастер Кит Цифровая лаборатория на основе Ардуино

По словам одного из создателей этой популярной платформы «Философия Arduino состоит в том, что если вы захотите научиться электронике, вы сможете изучать ее уже с первого дня, вместо того, чтобы сначала учиться алгебре».

Мы не утверждаем, что учить алгебру вовсе не нужно, но для быстрой и комфортной разработки электронных устройств самого различного назначения можно и нужно применять Ардуино.

Используя Ардуино, вы сможете своими руками программировать микроконтроллер AVR, не обладая достаточно сложной профессиональной подготовкой.

Применение микроконтроллера, являющегося основой Arduino, позволяет соединить всю мощь этого устройства с простотой использования среды разработки платформы Ардуино, и таким образом понять основы программирования микроконтроллеров. Ардуино - это и есть микроконтроллер AVR для начинающих!

В обучающее пособие, которое находится в коробке с набором, мы включили уроки по Ардуино с необходимой для начального знакомства теорией, а также несколько практических проектов повышающейся сложности, таких как часы, термометр, светобудильник, метеостанция.

Подробно рассмотрены как язык программирования Wiring для Arduino, так и схемы подключения и алгоритмы взаимодействия различных дачиков и дрих внешних устройств, подключаемых к Ардуино.

Наш обучающий набор адресован всем, кто хочет проникнуть в интереснейший мир программируемой электроники - микроконтроллеров.

Что может быть увлекательней, чем мгновенно получить в реальном времени результат выполнения самостоятельно разработанной программы с помощью электронных датчиков и исполнительных устройств?

В современной технике и электронике микроконтроллеры используются очень широко: в вашей кофеварке или микроволновке, мигающей разноцветными светодиодами и отсчитывающей время приготовления, с большой вероятностью применен тот или иной микроконтроллер. Не без помощи микроконтроллеров оживают детские игрушки, летают квадрокоптеры и сверхзвуковые истребители, собираются и эксплуатируются автомобили и т.п. Поэтому изучение принципов работы, возможностей и способов применения микроконтроллеров является совершенно необходимой составляющей обучения каждого электронщика, как любителя, так и профессионала.

Свое начало микроконтроллеры берут от микропроцессоров – малогабаритных однокристальных вычислительных устройств, обрабатывающих цифровую информацию. Только у микроконтроллера в одном кристалле находятся и вычислитель, и память для вычислений и хранения программ, и устройства связи с внешним миром – аналоговые и цифровые входы и выходы.

Мастер Кит Цифровая лаборатория на основе Ардуино

Существует множество типов микроконтроллеров, отличающихся по функциональным возможностям, но один из них послужил основой при создании проекта Arduino. Ардуино – это аппаратно-программная платформа для сверхбыстрой разработки электронных устройств. На небольшой плате расположены микроконтроллер с необходимыми для его работы элементами, разъем USB и схема преобразования для подключения к компьютеру, несколько индикаторных светодиодов и целый набор контактов для подключения внешних датчиков и исполнительных устройств – от обычных выключателей и реле до беспроводных модулей связи с интернетом. К плате прилагается бесплатная программа для компьютера — среда разработки Arduino IDE.

Огромная популярность Ардуино во многом обусловлена простотой и «дружелюбием» при работе с платформой. Специальный упрощенный язык программирования, наличие бесчисленных дополнительных модулей с соответствующими программными библиотеками обеспечивают решение множества задач, связанных с созданием электронных устройств самого различного назначения. Это могут быть как автономно работающие устройства, так и устройства, взаимодействующие с компьютером, что бесконечно расширяет сферу их применения.

Из всего множества нужных и полезных решений на Ардуино мы выбрали для нашего нового набора несколько примеров, иллюстрирующих возможности микроконтроллера, разные режимы входов и выходов, взаимодействие с дополнительными модулями по различным протоколам. Изучив все эти примеры, вы освоите принципы работы и программирования Ардуино, сможете построить домашнюю метеостанцию с двумя точками измерения температуры, измерением давления и влажности и отображением данных на двухстрочном жидкокристаллическом дисплее, а также другие устройства.

Как и во всех обучающих наборах компании Мастер Кит, в комплект «Цифровая лаборатория» входит красочная брошюра с подробным описанием всех проектов, а также с необходимым объемом теории, связанной с Ардуино, платой расширения и дополнительными модулями. Все материалы изложены доступным языком, так что у юных и неискушенных читателей не возникнет проблем с пониманием текста. Не забыт и традиционный раздел «Проверь себя» с вопросами по изучаемой тематике.

Мастер Кит Цифровая лаборатория на основе Ардуино

Для соединения модулей с Ардуино Мастер Кит разработал оригинальную плату расширения, позволяющую очень удобно подключать дополнительные модули. Для этого достаточно соединить подписанные на плате разъемы с соответствующим модулем. На плате также расположены дисплей и пять кнопок, служащих своеобразной клавиатурой для подачи команд на микроконтроллер. Размер платы расширения 12х13,5 см.

Мастер Кит Цифровая лаборатория на основе Ардуино

Плата имеет оптимальные размеры для целей обучения. Разъемы расположены достаточно свободно и промаркированы с обозначением функции контакта разъема подключаемого модуля и номером, соответствующим вывода Ардуино, что позволяет легко сопоставить выводы с их обозначением в программе.

Мастер Кит Цифровая лаборатория на основе Ардуино

На основе платы также можно собрать законченное устройство, поместив его в подходящий корпус.

В обычном режиме питание подается через USB разъем, через который программируется микроконтроллер, но на плате также реализовано питание от внешнего блока на 9-12В, необходимого в том случае, если используются внешние модули, потребляющие относительно большой ток, такие как сервоприводы или электромеханические реле.

Также на плате имеется усилитель тока на транзисторе и разъем для подключения внешнего динамика или мощного светодиода.

Конечно, к разъемам, расположенным на плате, можно подключать не только те модули, обозначения которых нанесены на плату и которые входят в набор. Освоив все предложенные в обучающем пособии примеры, любознательный исследователь сможет подключить множество других модулей, создавая, таким образом, свои собственные проекты. Большое количество модулей, совместимых с Ардуино, можно приобрести на нашем сайте.

Мастер Кит Цифровая лаборатория на основе Ардуино

Приведем для ознакомления оглавление обучающего пособия. Оно, к слову, состоит из более 100 страниц.

 

Предисловие

  1. Что такое Ардуино?
  2. Коротко об аппаратной платформе Arduino
  3. Описание Arduino Nano
  4. Подготовка к практическому изучению Ардуино
  5. Среда разработки Arduino IDE
  6. Подключение и установка Arduino Nano
  7. Программирование Ардуино

7.1.             Структура программы.

7.2.             Базовые элементы Processing C/C++.

7.3.             Типы данных

7.4.             Условия и операторы сравнения

7.5.             Циклы

7.6.             Порты ввода-вывода

7.6.1.          Цифровые порты ввода/вывода

7.6.2.          Аналоговые порты ввода

7.6.3.          Аналоговые порты вывода

  1. Запуск готовых скетчей. Первая программа – Blink
  2. Плата расширения
  3. Использование встроенных дополнительных модулей

10.1.           Двухстрочный символьный жидкокристаллический дисплей

10.2.           Русские буквы на дисплее

10.3.           Используем аналоговую клавиатуру

10.4.           Меняем цвет RGB светодиода

10.5.           Программные часы

10.6.           Датчик влажности и температуры

10.7.           Барометр

10.8.           Датчик температуры DS18B20

10.9.           Метеостанция с часами и календарем

  1. Дополнительные материалы (Монитор последовательного порта, часы со светобудильником)
  2. Возможные проблемы в процессе работы с Ардуино.
  3. Проверь себя

Заключение

 

Описание экспериментов и программного кода к ним достаточно подробно и написано понятным для начинающих языком, что позволяет самостоятельно разобраться каким образом происходит взаимодействие программы, микроконтроллера и подключаемых устройств.

 

Например, чтобы управлять цветами RGB светодиода приводится нижеследующее описание.

 

«В состав набора входит трехцветный (RGB) светодиод. Из трех излучаемых им цветов – красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) – в силу особенностей человеческого глаза можно получить любой цвет. Такой способ называется аддитивным смешением цветов и используется, например, в телевизорах и мониторах. Смешав в равных пропорциях три основных цвета, мы получим белый цвет.

Сделаем так, чтобы светодиод переливался разными цветами. Пусть один цвет плавно гаснет, в то время как другой разгорается. Поочередно будем менять пару активных цветов, и результирующий цвет будет переходить по кругу из красного в зеленый, из зеленого в синий, из синего в красный.

Мы уже знаем, что такое ШИМ и как использовать аналоговый вывод.  Также мы уже разобрали пример RGB светодиода с общим катодом. Подключите светодиод к плате расширения к разъему XP15 (см. рис.26 и назначение выводов светодиода). В Arduino IDE откройте скетч RGBLed.

Вначале заводим переменные, указывая, к каким портам ввода-вывода подключены цвета светодиода. В нашем случае это определенные конструкцией платы значения, то есть соответствия пинов Ардуино и контактов разъемов на плате, которые с ними соединены.

 

//называем выводы соответственно цвету

int redPin = 5;

int greenPin = 9;

int bluePin = 6;

 

Функция setup() на этот раз пустая.

В функции loop() создаем три цикла. В каждом цикле работаем только с двумя цветами. Третий цвет не горит.

Так, в первом цикле for мы увеличиваем яркость зеленого от 0 до максимума (255). При этом уменьшаем яркость красного от максимума до 0.

Во втором цикле уменьшаем интенсивность зелёного цвета, а синего – увеличиваем. А в третьем цикле уменьшаем яркость синего цвета и увеличиваем – красного.

Итак, первый цикл:

 

  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);

  }

 

Переменная value каждый проход тела цикла будет увеличиваться от 0 до 255. Когда пройдет 256 проходов цикла, цикл перестанет выполняться, после этого начнется выполнение следующего цикла.

В теле этого цикла мы выключаем красный, выдавая на вывод красного светодиода сигнал ШИМ, равный нулю:

 

analogWrite(redPin, 0);

 

К зеленому светодиоду мы подаем ШИМ 255-value=0 при первом проходе:

 

analogWrite(greenPin, 255-value);

 

В результате зеленый светодиод будет ярко светиться. При последующих проходах значение value будет расти и, соответственно, значение ШИМ будет уменьшаться: 254, 253 … 0. Следовательно, и яркость зеленого светодиода будет падать.

Значение ШИМ синего светодиода, напротив, будет расти 0,1,2…255.

 

analogWrite(bluePin, value);

 

После этого зафиксируем текущее состояние на 30 миллисекунд, и тело цикла начнет выполняться сначала.

    // Выдержим паузу в 30 миллисекунд

    delay(30);

 

Аналогично работают второй и третий циклы, только цвета светодиодов другие.

Попробуйте в качестве самостоятельного задания изменить программу так, чтобы цвет светодиода был белым, при этом плавно нарастал, и убывал.»

 

Выходя за рамки обучающей брошюры, предлагаем вам ознакомиться с материалами, иллюстрирующими возможности предлагаемого конструктора NR05:

- статьи и описания:

Эксперименты на основе набора NR05 «Цифровая лаборатория»

«Цифровая лаборатория» – общение со смартфоном по Bluetooth

Цифровая лаборатория NR05 - делаем кодовый замок

Четырехканальный вольтметр 0-50В на базе набора «Цифровая лаборатория» NR05

 

- видеоматериалы:

 

Заметим, что некоторые наборы и конструкторы можно приобрести в комплекте с другими, так что суммарная стоимость будет меньше, чем если приобретать их по отдельности. Например, конструкторы из серии Азбука электронщика NR04 и NR05 можно приобрести в составе такого комплекта:

 Подписывайтесь на наши новости, чтобы всегда быть всегда в курсе новинок и специальных предложения на сайте компании Мастер Кит.

Рейтинг@Mail.ru

Почему выбирают Мастер Китнас


Мы в Сети

Я

© 1999-2019 Мастер Кит