Arduino для начинающих. Часть 1

Предисловие

Доброго времени суток, Хабр. Запускаю цикл статей, которые помогут Вам в знакомстве с Arduino. Но это не значит, что, если Вы не новичок в этом деле – Вы не найдёте ничего для себя интересного.

Введение

Было бы не плохо начать со знакомства с Arduino. Arduino – аппаратно-программные средства для построения систем автоматики и робототехники. Главным достоинством есть то, что платформа ориентирована на непрофессиональных пользователей. То есть любой может создать своего робота вне зависимости от знаний программирования и собственных навыков.

Начало

Создание проекта на Arduino состоит из 3 главных этапов: написание кода, прототипирование (макетирование) и прошивка. Для того, чтоб написать код а потом прошить плату нам необходима среда разработки. На самом деле их есть немало, но мы будем программировать в оригинальной среде – Arduino IDE. Сам код будем писать на С++, адаптированным под Arduino. Скачать можно на официальном сайте. Скетч (набросок) – программа, написанная на Arduino. Давайте посмотрим на структуру кода:

Важно заметить, что обязательную в С++ функцию main() процессор Arduino создаёт сам. И результатом того, что видит программист есть:

Давайте разберёмся с двумя обязательными функциями. Функция setup() вызывается только один раз при старте микроконтроллера. Именно она выставляет все базовые настройки. Функция loop() — циклическая. Она вызывается в бесконечном цикле на протяжении всего времени работы микроконтроллера.

Первая программа

Для того, чтоб лучше понять принцип работы платформы, давайте напишем первую программу. Эту простейшую программу (Blink) мы выполним в двух вариантах. Разница между ними только в сборке.

Принцип работы этой программы достаточно простой: светодиод загорается на 1 секунду и тухнет на 1 секунду. Для первого варианта нам не понадобиться собирать макет. Так как в платформе Arduino к 13 пину подключён встроенный светодиод.

Прошивка Arduino

Для того, чтоб залить скетч на Arduino нам необходимо сначала просто сохранить его. Далее, во избежание проблем при загрузке, необходимо проверить настройки программатора. Для этого на верхней панели выбираем вкладку «Инструменты». В разделе «Плата», выберете Вашу плату. Это может быть Arduino Uno, Arduino Nano, Arduino Mega, Arduino Leonardo или другие. Также в разделе «Порт» необходимо выбрать Ваш порт подключения (тот порт, к которому вы подключили Вашу платформу). После этих действий, можете загружать скетч. Для этого нажмите на стрелочку или во вкладке «Скетч» выберете «Загрузка» (также можно воспользоваться сочетанием клавиш “Ctrl + U”). Прошивка платы завершена успешно.

Прототипирование/макетирование

Для сборки макета нам необходимы следующие элементы: светодиод, резистор, проводки (перемычки), макетная плата(Breadboard). Для того, чтоб ничего не спалить, и для того, чтоб всё успешно работало, надо разобраться со светодиодом. У него есть две «лапки». Короткая – минус, длинная – плюс. На короткую мы будем подключать «землю» (GND) и резистор (для того, чтоб уменьшить силу тока, которая поступает на светодиод, чтоб не спалить его), а на длинную мы будем подавать питание (подключим к 13 пину). После подключения, загрузите на плату скетч, если вы ранее этого не сделали. Код остаётся тот же самый.

На этом у нас конец первой части. Спасибо за внимание.

Источник

Первые шаги в работе с Arduino

Любому, кто только делает свои первые шаги в радиоэлектронике, освоении программирования, хочется помочь, придать уверенности, чтобы появлялся интерес изучать эту интересную тему дальше. Поэтому я решил сделать пошаговую инструкцию для тех, кто делает свои первые шаги, но не знает, с чего можно начать?

Мы будем разбирать платформу Arduino от покупки самого контроллера, до «заливания» кода программы (далее скетч*) и управления собственной моделью при помощи телефона на Android; далее напишем свой алгоритм, по которому наш робот будет сам выбирать путь, куда ему двигаться (следующий урок).

Вот такой робот у нас получится по истечению всех уроков (прошу прощения за качество, это стоп-кадр видео):

Содержание

1. Покупка деталей
2. Разбор каждой позиции
3. Сборка и программирование модели
4. Подключение к Android

1. Покупка деталей

Для начала следует выбрать контроллер. Большой выбор есть на официальном сайте Arduino, но в этом вопросе можно немного сэкономить, заказав аналогичную и полностью совместимую модель Freeduino.
1) Для данного проекта нам отлично подойдет модель UNO. Все параметры отлично подходят под наши критерии — это средний размер, возможность подключать различные модули, шилды, да и цена не так сильно кусается, как на более «старших» моделях. Заказывал её тут, пришла за 3 недели (г. Волгоград), качество отличное, проблем в эксплуатации не было.
2) Далее заказываем расходные материалы, шилды, модули, которые понадобятся нам для сборки. Для управления моторами нам, соответственно, понадобится следующая деталь: Motor Shield заказывал здесь. Доставили тоже быстро, упаковано всё было хорошо, без повреждений.
3) Для связи телефона с нашим роботом нам нужен Bluetooth-модуль, который заказывал вот тут. Нареканий в работе не наблюдал.
4) Конечно же, всё это должно иметь платформу, на которую мы всё это закрепим. Воспользуемся готовым вариантом.

Это все детали, которые жизненно необходимы для работы нашего робота, но есть ещё несколько вещей, которые, по моему мнению, здорово упрощают жизнь и работу с Arduino. Я решил отказаться от батареек, которыми питают саму платформу, я заказал себе маленький Power Bank, при помощи которого всё это дело запустится. Вот ссылка. На момент заказа курс был около 35р, поэтому все детали мне достались на много дешевле, чем на момент написания данного урока.

2. Разбор каждой позиции

Мы заказали детали и, пока дожидаемся извещения, чтобы скорее забрать наш заказ, можем более подробно изучить каждую позицию, да и вообще цель нашей работы.

Мы заказали Freeduino 2009 – аналог Arduino Duemilanove.

Технические характеристики:

• Микроконтроллер: ATmega328 (ATmega168 в ранних версиях платы)
• Цифровые порты ввода/вывода: 14 портов (из них 6 с ШИМ-сигналом)
• Аналоговые порты ввода: 6 портов
• ППЗУ (Flash Memory): 32 K (16 К), из них 2 К используются загрузчиком
• ОЗУ (SRAM): 2 Кбайт (1 Кбайт)
• ПЗУ (EEPROM): 1024 байт (512 байт)
• Тактовая частота: 16 МГц
• Интерфейс с ПК: USB
• Питание от USB, либо от внешнего источника, выбор с помощью перемычки

Далее рассмотрим Motor Shield, который поможет нам в управлении моторами робота.

К данному модулю мы можем подключить до 4-х моторов, и программируя каждый на определенную мощность и скорость вращения. У данного модуля есть один минус- это отсутствие пинов, куда бы мы могли подключить последующию модули при помощи специальных кабелей, что мне немного усложнило задачу. Можно было заказать отдельно пины и перепаять их, но я решил просто припаять модули напрямую к motor shield.

Беспроводную связь нам обеспечит Bluetooth модуль, который имеет в комплекте провода для подключения к плате напрямую.

Платформа же имеет полный набор для сборки. В комплекте была даже отвертка, которой удобно собирать нашу модель.

3. Сборка и программирование модели

В сборке не должно возникнуть никаких проблем, разве что только с подключением Bluetooth-модуля. Внизу прилагается схема подключения, а простыми словами это выглядит так:

Bluetooth-модуль —> контроллер
VCC —> 5V
GND —> Gnd
TXD —> PIN-0
RXD —> PIN-1

Старайтесь не путать питание и землю, т.к. это может легко испортить ваши детали. Если деталь начала резко нагреваться, значит, вы что-то напутали.

Для программирования нам понадобится среда разработки Arduino — качаем.

Arduino IDE — специальная среда разработки для плат Arduino. С её помощью можно написать код, скомпилировать его и «залить» на плату, чтобы заставить работать наше устройство. Также в данной среде имеется большое количество подключаемых библиотек, содержащих в себе много дополнительных уже готовых скетчей, которые позволяют быстро проверить работоспособность отдельных модулей, дополнений к нашей плате. Язык программирования очень похож на семейство языка С, который довольно прост в освоении, если знать основы языка С, это и является большим плюсом в программировании данной платформы.

Начинаем, как и всегда с подключения нужных библиотек. Скорее всего, Вам придется поискать в интернете AFMotor.h, проблемы найти данную библиотеку быть не должно.

Далее создаем объекты для двигателей:

Канал M1 и M2 определяется легко- достаточно посмотреть на наш модуль и там около креплений с зажимами подписано M1, М2, М3, М4 соотвественно:

Далее нам понадобится помощь приложения на Android, команды которого мы и будем принимать и обрабатывать.

В этой части мы просто описываем функционал программы (скорость, переменные).

Далее мы описываем каждое действие, в данном случае FORWARD заставляет двигатель крутиться вперёд, а BACKWARD крутит двигатель в обратном направлении. Сочетание этих действий позволяет поворачивать, двигаться влево-вправо, отклоняться от прямого направления движения робота.

В этом видео я подключал просто пропеллер к разъему M1 и изменял код программы, оставив только движение «вперёд» и «назад»:

А вот такой робот получился по окончании нашего урока:

В следующей части я объясню, как построить логику робота, подключим к нему дальномер, при помощи которого он будет ориентироваться в пространстве.

Источник

Как начать работу с Arduino Uno: полное руководство для начинающих

Название Arduino является в настоящее время этаким «модным» словом для большинства радиолюбителей и всех, кто мало-мальски знаком с электроникой, поскольку данная платформа позволяет создавать электронные устройства быстро и дешево. Наличие обширного онлайн сообщества данной платформы делает ее идеальным выбором для тех, кто только начал свое знакомство с электроникой и программированием. Даже людям, не имеющим технического образования (а именно для таких она и была первоначально создана), освоить Arduino будет достаточно просто.

Почему так актуальна эта платформа? Как начать работу с ней? Как она может улучшить ваш стиль жизни? Все эти вопросы будут рассмотрены в данной статье. Для этого мы познакомимся с установкой среды Arduino IDE на ваш компьютер и загрузим в нее небольшую программу, реализующую мигание светодиода, который мы подключим к Arduino с использованием макетной платы.

Что такое Arduino

К сожалению некоторые начинающие радиолюбители считают Arduino микроконтроллером, но это не совсем так. Давайте попробуем разобраться что же это.

Arduino представляет собой платформу разработки с открытым исходным кодом, которая состоит из простого в использовании оборудования и среды программирования. Наиболее распространенным типом оборудования является Arduino UNO, а среда программирования называется Arduino IDE. Кроме Arduino UNO существует еще достаточно много аналогичных плат — Arduino Mega, nano, mini, но в данной статье в целях обучения мы будем использовать именно Arduino UNO. А Arduino IDE – это как раз та программная среда, с помощью которой мы будем программировать плату Arduino UNO.

Установка Arduino IDE

Прежде чем начать работу с Arduino необходимо установить среду программирования Arduino IDE на ваш компьютер/ноутбук. Все описанные далее шаги по установке данной программной среды будут ориентированы на операционную систему Windows, для остальных операционных систем последовательность действий будет примерно такой же. Если возникнут проблемы с другими системами, то помощь можно найти по следующим ссылкам – для пользователей Mac и пользователей Linux. Перед началом установки Arduino IDE убедитесь что вы обладаете правами администратора на вашем компьютере – это облегчит установку.

Шаг 1. Загрузите Arduino IDE с официального сайта — https://www.arduino.cc/download_handler.php.

Шаг 2. Запустите скачанный exe файл.

Шаг 3. В открывшемся окне кликните на “I Agree” чтобы согласиться с условиями лицензии Arduino.

Шаг 4. В окне опций установки отметьте все галочки (см. рисунок).

Шаг 5. На этом шаге необходимо выбрать место установки Arduino IDE. По умолчанию стоит путь установки в Program files на диске C – крайне рекомендуется оставить именно этот путь.

Шаг 6. На этом шаге вы можете наблюдать как Arduino IDE устанавливается на ваш компьютер (см. рисунок). После того как установка будет завершена нажмите кнопку “completed”.

Шаг 7. После завершения установки запустите на выполнение файл Arduino.exe. Откроется окно IDE с минимумом кода внутри него – см. рисунок.

Подключение вашей платы Arduino к компьютеру

После того как вы установили Arduino IDE на свой компьютер следующим логичным шагом будет подключение платы Arduino UNO к компьютеру. Чтобы сделать это просто используйте кабель для программирования (синего цвета) и соедините его с платой Arduino и USB портом вашего компьютера.

Синий кабель для программирования может выполнять следующие три функции:

1. Он запитывает плату Arduino UNO, то есть чтобы обеспечить выполнение программ на ней необходимо просто запитать ее с помощью USB кабеля.
2. Через него программируется микроконтроллер ATmega328, находящийся на плате Arduino UNO. То есть код программы пересылается из компьютера в микроконтроллер именно по этому кабелю.
3. Он может функционировать в качестве кабеля для последовательной связи, то есть с его помощью можно передавать данные с Arduino UNO в компьютер – это полезно для целей отладки программы.

После того как вы подадите питание на плату Arduino UNO на ней загорится маленький светодиод – это свидетельствует о том, что на плату подано питание. Также вы можете заметить как мигает другой светодиод – это результат работы программы по управлению миганием светодиода, которая по умолчанию загружена в вашу плату ее производителем.

Поскольку вы подключаете плату Arduino в первый раз к компьютеру необходимо некоторое время чтобы драйвера для нее успешно установились. Чтобы проверить правильно ли все установилось и определилось откройте «Диспетчер устройств (Device manager)» на вашем компьютере.

В диспетчере устройств откройте опцию «Порты» “Ports (COM & LPT)”, кликните на ней и посмотрите правильно ли отображается там ваша плата.

При этом стоит отметить, что не стоит обращать внимание на то, какой номер порта отобразился у вашей платы Arduino – он может, к примеру, выглядеть как CCH450 или что то подобное. Этот номер порта просто определяется производителем платы и больше ни на что не влияет.

Если вы не можете в диспетчере устройств найти опцию “Ports (COM & LPT)”, то это означает, что ваша плата не корректно определилась компьютером. В большинстве случает это означает проблему с драйверами – по какой то причине они автоматически не установились для вашей платы. В этом случае вы должны будете вручную установить необходимые драйверы.

В некоторых случаях в указанной опции диспетчера устройств может отобразиться два COM порта для вашей платы и вы не будете знать какой из них правильный. В этой ситуации отключите и снова подключите плату Arduino к компьютеру – какой из COM портов при этом будет появляться и исчезать, значит тот и правильный порт.

Следует помнить о том, что номер COM порта будет изменяться при каждом новом подключении вашей платы к компьютеру – не пугайтесь, в этом нет ничего страшного.

Загрузка программы мигания светодиода

Теперь загрузим нашу первую программу в плату Arduino при помощи программной среды Arduino IDE, которую мы только недавно установили. Установленная Arduino IDE содержит несколько примеров программ, которые будут весьма полезны для начинающих. Давайте откроем один из этих примеров программ используя следующий путь File -> Examples -> Basics -> Blink (как показано на рисунке).

При этом откроется программа Blink – ее цель состоит в том чтобы заставить мигать встроенный светодиод на плате Arduino. После открытия программы нам необходимо выбрать правильную плату Arduino – чтобы сделать это выберите пункт меню Tool -> Boards -> Arduino UNO/Genuino как показано на рисунке ниже.

Далее мы должны выбрать правильный порт для нашей платы. Ранее мы увидели, что для нашей платы был определен порт COM13. В вашем случае это может быть другой порт. Но для нашего рассматриваемого случая мы должны выбрать пункт меню Tools -> Port -> COM13.

Если все сделано правильно, то вы должны заметить что номер порта (в нашем случае COM 13) появится внизу экрана. После этого вам необходимо нажать кнопку загрузки программы (подсвечена синим цветом) на плату Arduino как показано на рисунке ниже.

После нажатия этой кнопки вы увидите надпись “Compiling sketch” и затем, если загрузка программы прошла успешно, вы увидите сообщение “Done Uploading” как показано на рисунке ниже.

Если у вас на данном этапе возникают какие либо ошибки, не рассмотренные в данной статье, то вы их можете попробовать найти в статье про 10 самых распространенных ошибок при работе с Arduino.

Теперь попробуем написать программу, которая будет зажигать светодиод при нажатии кнопки.

Необходимые компоненты

1. Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
2. Кабель для программирования.
3. Светодиод (любого цвета).
4. Кнопка.
5. Резистор 1 кОм.
6. Макетная плата.
7. Соединительные провода.

Схема соединений

Представлена на следующем рисунке.

Кнопку подсоединим ко второму контакту Arduino, то есть одним концом кнопка будет подсоединена ко второму контакту Arduino, а вторым – к земле. То есть всегда когда мы будем нажимать кнопку на второй контакт Arduino будет подаваться земля.

Светодиод подсоединен к контакту 3 через резистор 1 кОм. То есть катод светодиода подсоединен к земле, а анод – к контакту 3 Arduino через резистор.

Программирование Arduino

Теперь, когда необходимая нам схема собрана, мы можем начать программирование платы Arduino UNO. Полный текст программы будет приведен в конце статьи, в этом разделе будет дано объяснение некоторых участков кода этой программы.

В каждой программе для Arduino должны обязательно присутствовать две функции – это функции void setup () и void loop (), иногда их называют «абсолютным минимумом», необходимым для написания программы. Все операции, которые мы запишем внутри void setup (), исполнятся только один раз, а операции, которые мы запишем внутри void loop () – будут исполняться снова и снова. Пример этих функций показан в коде ниже – именно в таком виде они создаются когда вы выбираете пункт меню File -> New.

Источник