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.
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.
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.
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.
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.
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.
Приведем для ознакомления оглавление обучающего пособия. Оно, к слову, состоит из более 100 страниц.
Предисловие
- Что такое Ардуино?
- Коротко об аппаратной платформе Arduino
- Описание Arduino Nano
- Подготовка к практическому изучению Ардуино
- Среда разработки Arduino IDE
- Подключение и установка Arduino Nano
- 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
- Запуск готовых скетчей. Первая программа – Blink
- Плата расширения
- 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
- Дополнительные материалы (Монитор последовательного порта, часы со светобудильником)
- Возможные проблемы в процессе работы с Ардуино.
- 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:
19968722016109
Подписывайтесь на наши новости, чтобы всегда быть всегда в курсе новинок и специальных предложения на сайте компании Мастер Кит.
