Czym jest platforma Arduino i do czego służy?

Co to jest Arduino?

Arduino to gotowa platforma sprzętowa i programowa, której głównymi komponentami są mała płytka sterująca we/wy oraz środowisko programistyczne oparte na przetwarzaniu/okablowaniu.

Pierwszy prototyp kontrolera został wydany w 2005 roku, kiedy Massimo Banzi zaprojektował go dla studentów w Instytucie Projektowania Interakcji w Ivrea we Włoszech. Nazwa urządzenia pochodzi od imienia króla Arduino, który rządził Włochami zaledwie przez dwa lata na początku XI wieku, od którego imienia pochodzi również bar piwny „di Re Arduino”, którego właścicielem jest Massimo Banzi i który znajduje się dokładnie tam, gdzie , według legendy narodziny króla Arduina.

Celem Arduino jest stworzenie dostępnego środowiska dla programistów, aby umożliwić im wejście w świat programowania mikrokontrolerów. Programowanie sterowników tej firmy odbywa się w prostym i intuicyjnym środowisku programistycznym — Arduino IDE. To środowisko jest wygodne zarówno dla początkujących, jak i doświadczonych użytkowników.Stosowany jest język programowania C++, który jest uzupełniony wieloma bibliotekami, co ułatwia pracę z urządzeniem.

Arduino dokonało prawdziwej rewolucji w dziedzinie projektowania elektroniki na skalę międzynarodową. Zarówno schematy, jak i kody źródłowe są dostępne za darmo, dlatego Arduino zyskało tak dużą popularność. Gotową tablicę można kupić już za kilka dolarów lub złożyć samodzielnie.

Płytka Arduino posiada własny procesor i pamięć, jest wyposażona w wiele wejść i wyjść, do których można podłączyć różne czujniki, a także siłowniki i mechanizmy. Obecnie dostępnych jest ponad 20 głównych modów płyt Arduino.

Mikrokontrolery platformy Arduino

Specyfika Arduino polega na tym, że nie trzeba być programistą, aby z nim pracować, nie trzeba mieć specjalnej wiedzy na temat działania mikrokontrolera, aby zbudować prosty projekt. Standardowe biblioteki Arduino otwierają wiele kreatywności w zakresie automatyzacji czegokolwiek.

Programowanie tutaj odbywa się za pomocą specjalnego środowiska programowego (IDE), które można bezpłatnie pobrać ze strony Arduino. Ta przyjazna powłoka, napisana w języku Java, działa w systemach Windows, Mac OS X i Linux i zawiera edytor tekstu, menedżera projektu, kompilator preprocesora oraz narzędzia do ładowania programu bezpośrednio do mikrokontrolera.

Mikrokontrolery zastosowane w Arduino posiadają już bootloader, więc programator nie jest potrzebny, wystarczy podłączyć płytkę do komputera przez USB lub przez przejściówkę UART-USB i pobrać program.

Płytka posiada również możliwość flashowania bootloadera w mikrokontrolerze za pomocą programatora, Arduino IDE ma wbudowaną obsługę najpopularniejszych niskobudżetowych programatorów, jest złącze pinowe do programowania w układzie (ICSP dla AVR, JTAG dla ARMów).

Większość urządzeń Arduino wykorzystuje mikrokontrolery Atmel AVR ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4, ATTiny85 o częstotliwości taktowania 16 lub 8 MHz. Istnieją również płyty oparte na ARM Cortex M.

porty Arduino

Płyta Arduino UNO R3

Porty I/O służą do podłączania dowolnych elementów elektronicznych (diody LED, silniki, czujniki itp.) do płyty kontrolera. Nazywa się je również pinami. Są to interfejsy cyfrowe, analogowe lub cyfrowo-analogowe, które mają swoją własną funkcję.

Jak sama nazwa wskazuje, na pinach cyfrowych mamy sygnał cyfrowy. Mogą generować tylko dwie wartości: logiczne zero (0, LOW) i logiczną jedynkę (1, HIGH).

Analogowe — podobne do cyfrowych, z tą różnicą, że ich głównym celem jest podłączenie czujników analogowych.

Aby użyć (przepuścić sygnał) przez te porty, musimy je zainicjować w naszym programie za pomocą funkcji pinMode (<numer pinu>, <tryb: INPUT / OUTPUT>), gdzie numer pinu to numer złącza podany na płytce Arduino… WEJŚCIE jest potrzebne do odczytu danych, WYJŚCIE do transmisji. W przypadku użycia takich pinów bez wcześniejszego określenia pinMode, uzyskane wartości mogą być błędne.

Cyfrowo-analogowe porty (lub PWM — I/O z modulacją szerokości impulsu) — bardziej inteligentny interfejs. Są zawsze gotowe do odbioru/transmisji danych i nie wymagają wcześniejszej inicjalizacji.Ich główną zaletą jest możliwość przenoszenia wartości w zakresie od 0 do 255, co pozwala na znacznie więcej
dokładnie ingerować w działanie łączonych elementów. Porty te są oznaczone na płytce (oraz w dokumentacji) jako PWM lub za pomocą «~» (tyldy).

Piny cyfrowe i analogowe — porty przełączające (łączące). PWM — porty kontrolne. W przypadku konieczności zmiany parametrów pracy elementu radiowego należy go podłączyć do PWM. Jeśli wystarczy tylko włączyć/wyłączyć element obwodu, możesz użyć dowolnego portu w Arduino.

Kolejnym i ostatnim ważnym kryterium dla portów płyty Arduino jest ich skład fizyczny. Pamiętaj, że każdy pin: ma wyjście 5V. Może dać maksymalny prąd 0,02A

Są to małe kryteria, o których należy pamiętać, aby zaoszczędzić dużo czasu.

Programowanie

Aby opanować bazę programistyczną dla Arduino, początkujący potrzebuje tylko kilku godzin, ponieważ w sieci jest już ogromna liczba samouczków wideo, publikacji tematycznych, notatek i artykułów na temat rozwoju Arduino. Podstawą jest C++, uzupełniony prostymi funkcjami sterowania I/O na płytce, a bardziej wymagający użytkownicy będą mogli pracować nawet w Visual Studio, przynajmniej w Eclipse, czy nawet poprzez linię poleceń.

Dyski zewnętrzne i karty rozszerzeń

Tak naprawdę Arduino daje ogromne możliwości tworzenia wszelkiego rodzaju urządzeń, można podłączyć czujniki, zamki, silniki, wyświetlacze, routery, a nawet czajniki. Istnieje możliwość rozbudowy produktu o dodatkowe płytki — nakładki np. do pracy z GPS, do łączenia się przez sieć lokalną lub Internet, do bluetooth, Wi-Fi itp. Arduino jest szczególnie popularne w robotyce.

Wygodnie, nie potrzebujesz lutownicy do łączenia rozszerzeń, stosowane są proste połączenia pinowe, co ułatwia projektowanie układów, czyniąc je tak skomplikowanymi, jak chcesz, ogólnie rzecz biorąc, zakres kreatywności jest nieograniczony.

Karty rozszerzeń (osłony) są obecnie sprzedawane do wielu różnych funkcji, można je łączyć jako kanapkę, dzięki dogodnemu rozmieszczeniu złączy. Mogą to być karty komunikacji bezprzewodowej, karty sterujące silnik krokowy, oraz wszelkie inne kontrolery o innych celach.

Dlaczego używanie Arduino jest tak popularne

Platforma Arduino została powszechnie uznana przez twórców nowych urządzeń elektronicznych, nauczycieli i studentów kierunków inżynierskich, a także studentów wywodzących się ze środowisk twórczości technicznej.

Korzystanie z Arduino upraszcza proces pracy z mikrokontrolerami. Pod względem wyposażenia technicznego idealnie nadaje się do procesu edukacyjnego projektowania różnego rodzaju systemy mechatroniczne i roboty, dzięki zrozumiałemu środowisku programistycznemu i możliwości monitorowania procesów fizycznych w czasie rzeczywistym, a także dzięki zrozumiałemu środowisku programistycznemu i szeregowi innych zalet.

Może być używany jako narzędzie dydaktyczne i badawcze w cyfrowym przetwarzaniu sygnałów, elektronice, obwodach, robotyce, automatyce itp. Mocniejsze płytki Arduino mają zastosowanie do rozwiązywania złożonych problemów technicznych związanych z rozwojem dużych projektów i ich złożoną automatyzacją.

Arduino jest najpopularniejszym trendem, który sprawia, że ​​mikrokontrolery są dostępne dla szerokiego grona osób, nawet ekspertów branżowych.Za pomocą tej popularnej platformy można wykonać wiele ciekawych i użytecznych projektów.

Można powiedzieć, że Arduino to uniwersalny rozszerzalny programowalny kontroler-konstruktor, który może stać się nieodzownym pomocnikiem w rozwiązywaniu wszelkich kreatywnych zadań związanych z elektroniką dowolnego celu, nawet budzika, nawet złożonego robota, a nawet silnika krokowego - wszystko to i nie tylko może sterować zgodnie z pożądanym algorytmem za pomocą Arduino.

Ogromna liczba wszelkiego rodzaju urządzeń peryferyjnych: przycisków, czujników, diod LED, wskaźników LCD i innych organów do interakcji ze światem zewnętrznym jest dostępna do pracy z Arduino.

W Internecie dostępne są już setki programów Arduino, które mogą pomóc zarówno początkującym, jak i zaawansowanym użytkownikom w realizacji ich projektów.