Что такое Arduino и что с ним можно сделать. Умный дом на базе Ардуино: пошаговая инструкция по сборке

Arduino – аппаратная вычислительная платформа, которая используется для проектирования и создания электронных устройств различного уровня сложности.

В основе этого электронного конструктора лежит аппаратная платформа для ввода и вывода, которая программируется на языке Processing/Wiring , созданном на базе C++. Из каких компонентов состоит Arduino, что можно сделать с его помощью и как научиться обращаться с этим умным чипом?

Arduino – один из наиболее распространенных миниатюрных контроллеров с набором входов и выходов, который работает по предварительно написанной программе. Этот универсальный контроллер очень удобен для создания прототипов электронных устройств, что делает его популярным не только среди студентов и любителей со всего мира, но и среди продвинутых проектировщиков и изобретателей.

Arduino подкупает своей универсальностью. Используя специальные расширяющие платы, этот контроллер может взаимодействовать с другими девайсами посредством Bluetooth, Wi-Fi, GPRS, осуществлять и принимать телефонные звонки и СМС.

Контроллер является не простой микросхемой, а платой, где реализована готовая схема питания и интерфейсы для присоединения к ПК, входные и выходные разъемы.

Благодаря широкому ассортименту библиотек протоколов, имеется возможность организовать взаимодействие Arduino с сенсорами и сервоприводами, используемыми в современной робототехнике.

А открытая архитектура дает возможность настраивать Arduino под любые цели. А благодаря упрощенному языку программирования, освоить работу с контроллером будет легко даже новичкам. Особенно удобно работать с Ардуино благодаря платформе, которая дает практически мгновенный отклик на запрограммированные команды.

Что можно сделать с Arduino? Практически любую оригинальную идею программист, дизайнер или инженер может превратить в рабочий прототип – достаточно лишь приобрести контроллер и дополнительные радиодетали. Также энтузиастов программирования и схемотехники подкупает невысокая стоимость Arduino, которая делает контроллер доступным для широких масс.

Проекты на Arduino: что можно сделать

Рассмотрим несколько оригинальных идей, которые можно реализовать на Arduino. Помимо самой схемы, вам могут понадобиться дополнительные детали, которые выгоднее всего закупать на AliExpress.

Регулятор температуры в доме

Реализовать такой проект можно с использованием нескольких плат Arduino Nano и одной Arduino Uno/Mega, которая будет выступать в роли базы. Связь между модулями можно реализовать с помощью NRF24L01 – модуля радиосвязи, который дает возможность объединять до 6 плат.

В одном корпусе необходимо собрать Arduino Nano, соединенные с датчиками влажности и температуры DHT22, а также модулем NRF24L01. Источником питания может выступать обычная батарейка. Несколько таких устройств необходимо разместить по всем помещениям в доме.

Показатели с Arduino Nano будут передаваться на базу, в роли которой выступает Arduino Mega или Uno. К ней также необходимо присоединить приемник сигнала NRF24L01, источник питания и дисплей LCD для отображения текстовой информации. Располагать «базу» необходимо в непосредственной близости от системы отопления. Принимая и обрабатывая поступающие данные о влажности и температуре, база будет передавать системе отопления команды и повышении или понижении температуры.

ЧПУ-станок

Эта идея является одной из самых сложных в реализации. С помощью Arduino Mega вы сможете реализовать не только ЧПУ-станок, но и 3D принтер. Помимо самой платы, вам необходимы будут драйверы двигателей L298N, а также сами двигатели. Остальная часть работы – это рама и разработка программного кода.

Smart-теплица

Все владельцы огорода или приусадебного участка знают, как много внимания требует к себе теплица и выращиваемая в ней рассада. Необходимо постоянно контролировать влажность почвы, вовремя открывать и закрывать двери и т. д. С помощью Arduino все эти рутинные процессы могут быть автоматизированы.

Используя всего одну плату Arduino Mega и контроллер DHT22, вы сможете фиксировать и выводить на экран информацию о температуре в теплице, а также передавать команды на запуск полива, управление моторами для открытия и закрытия дверей.

Роботы

Роботы – лучшая игрушка не только для детей, но и для взрослых, особенно, когда имеется возможность ими управлять. Используя Arduino и различные подручные материалы, вы сможете сделать робота в любой конфигурации: от наиболее примитивных до сложных моделей.

Например, с помощью ультразвукового дальномера HC-SR04 ваш робот сможет фиксировать расстояние до препятствий и огибать их при движении. Применив драйвер двигателей L293D, вы получите в свое распоряжение 3 сервопривода и 4 двигателя. С помощью модуля HC-06 у вас появится возможность управлять своим детищем по Bluetooth через смартфон.

Конечно, на этом список проектов на Arduino, что можно сделать своими руками, не исчерпывается – возможности здесь ограничены только вашей фантазией и навыками.

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:

main(){ void setup(){ } void loop(){ } }

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

void setup(){ } void loop(){ }

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.

int Led = 13; // объявляем переменную Led на 13 пин (выход) void setup(){ pinMode(Led, OUTPUT); // определяем переменную } void loop(){ digitalWrite(Led, HIGH); // подаём напряжение на 13 пин delay(1000); // ожидаем 1 секунду digitalWrite(Led, LOW); // не подаём напряжение на 13 пин delay(1000); // ожидаем 1 секунду }

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.

Arduino - это маленькое электронное устройство, состоящее из одной печатной платы, которое способно управлять разными датчиками, электродвигателями, освещением, передавать и принимать данные… Arduino - это целое семейство устройств разных размеров и возможностей. А также это целый зоопарк клонов Ардуино и мир ардуино-совместимых устройств. Но давайте обо всём по порядку.

1 «Мозг» Arduino

«Мозг» Arduino - это микроконтроллер семейства Atmega . Микроконтроллер представляет из себя микропроцессор с памятью и различными периферийными устройствами, реализованный на одной микросхеме. Фактически это однокристальный микрокомпьютер, который способен выполнять относительно простые задачи. Разные модели из семейства Arduino оснащены разными микроконтроллерами.

Atmega328 - мозг Arduino UNO

На фото микроконтроллер Atmega328 . Такие микроконтроллеры стоят на Arduino UNO и Arduino Nano (но в другом корпусе).

2 «Руки» Arduino

Но какой толк от мозга, если он не имеет рук? Руками в данном случае служат электрические выводы , размещённые по периметру платы Arduino. Есть платы с большим количеством выводов, есть с меньшим. Например, самая большая плата в семействе Ардуино - Arduino Mega - имеет более 70 независимых выводов, а самая маленькая - Arduino Pro Mini - всего 22 вывода.

На фотографии показаны в сравнении Arduino Mega и Arduino Pro Mini. Представляете, что мог бы делать человек, имея столько рук, сколько Arduino Mega - выводов?

3 Цифровые и аналоговые выводы

Не все выводы у Arduino одинаковые. Есть выводы цифровые , а есть аналоговые . Принципиальная разница между ними в том, что на цифровых выводах может быть только два значения: либо логическая "1" (TRUE, от 3 до 5 вольт), либо логический "0" (FALSE, от 0 до 1,5 вольт), а на аналоговых выводах диапазон от логической "1" до "0" поделён на множество мелких участков.

Зачем это нужно? Давайте рассмотрим такой наглядный пример. Если подключить к цифровому выводу Arduino светодиод и подать на вывод логическую "1", то светодиод загорится с максимальной яркостью; если подать "0" - светодиод погаснет. Никаких промежуточных вариантов нет. Если светодиод подключить к аналоговому выводу, то яркостью светодиода можно управлять плавно. На практике к аналоговым выводам чаще всего подключаются какие-либо аналоговые датчики.

4 Чем может управлять Arduino

В итоге такое количество «рук» у Arduino позволяет подключать к нему огромное количество различных периферийных устройств. Среди них, например:

кнопки, герконы и джойстики,
светодиоды и фотодиоды,
микрофоны и динамики,
электродвигатели и сервоприводы,
ЖК дисплеи,
считыватели радиометок (RFID и NFC),
bluetooth, WiFi и Ethernet модули,
считыватели SD карт,
радиоприёмники и радиопередатчики,
GPS и GSM модули…

А также десятки различных датчиков:

освещённости,
магнитного поля,
ультразвуковые и лазерные дальномеры,
гироскопы и акселерометры,
датчики дыма и состава воздуха,
датчики давления, температуры и влажности…

И ещё многое, многое другое

Всё это превращает Arduino в универсальное ядро системы, которое может быть сконфигурировано совершенно разнообразными способами. Хотите сделать радиоуправляемую кормушку для питомца? Пожалуйста! Хотите чтобы при начале дождя у вас на лоджии закрывалось окно? Пожалуйста! Хотите управлять яркостью освещения в комнате со смартфона? Запросто! Хотите получать уведомления на e-mail, если почва комнатных растений стала слишком сухой? И это можно!

На фотографии показана лишь крохотная часть периферийных устройств, которые можно подключить к Arduino. На самом деле их гораздо, гораздо больше.

5 Общение с Arduino

Как же процессор узнаёт, что именно ему следует делать? Вы должны рассказать ему это. Написание сообщений для Arduino называется программирование . Существует язык для общения с микроконтроллером, упрощённый и адаптированный специально для Arduino. Освоить этот язык совсем не сложно при желании и определённой настойчивости, даже если вы никогда раньше не программировали.

И для упрощения этого процесса разработана специальная программная среда - Arduino IDE . В её состав включены десятки примеров хороших, работающих программ. Изучив их, вы очень быстро многое узнаете о языке общения с Arduino.

Arduino позволит вашим программам выйти из виртуального мира в мир реальный. Вы сможете увидеть, как написанные вами программы заставляют мигать светодиод или вращать вал двигателя, а затем делать и более сложные и полезные вещи. Arduino позволит вам узнать много нового и интересного и в электронике, и в программировании. В итоге это может послужить вам отличным хобби, увлекательным занятием с детьми, замечательным и полезным времяпровождением.

Вы можете заказать Arduino и множество разнообразных датчиков для него в китайском онлайн-магазине Али-Экспресс . Здесь цены ниже, но доставка занимает время от 3 недель до 1,5 месяцев. Можно заказать Arduino в магазине электроники Voltiq.ru . Здесь цены чуть выше, чем в китайских интернет-магазинах, но не придётся ждать целый месяц. Ещё один хороший магазин электроники и робототехники - FastNVR.ru .

Ну и напоследок, посмотрите, какие разные и замечательные проекты можно воплотить с помощью Ардуино!

Увлечение платформой Arduino привело меня к устройствам, работающим по шине I2C (сокращение от английских слов Inter-Integrated Circuit) также называемые как "Two-Wire" устройства. Выпускается большое количество микросхем, аппаратно поддерживающих I2C шину. Это и всевозможные датчики, часы реального времени, память, расширители портов и много чего другого. В статье ниже представлена модернизация проекта сканера устройств с шиной I2C на базе Arduino, который описан на странице http://playground.arduino.cc/Main/I2cScanner и пример практической работы с автономным от компьютера прототипом устройства.

Управляющая программа, способы дистанционного управления (bluetooth или APC220), все остаётся прежним.

В статью добавлены схемы и программные коды для переноса проекта на распространенные палаты управления моторами ( и )

Читать

Автоматический полив растений

Пару лет назад увлёкся разведением разных экзотических растений. Благо, подоконники (почти полметра на полтора) позволяют поставить довольно много горшков. Но в прошлом году, как может помнят москивичи, жара была неслабая. Так как работаю я в офисе, то удавалось поливать только утром и вечером. И этого явно было маловато.

Плюс ещё отъезды на дачу на выходные... А один только полметровый куст эвкалипта способен за два дня и ночь испарить 2-3л воды и успеть завянуть.

Фитильная система не понравилась тем, что она нерегулируема и жрёт место на окне. Которого и так мало. Лейки-пипетки типа plant genie не подошли по причине того, что даже познав дао втыкания их в горшок(не так воткнул -- или не капает или вытекает за пару часов), их надо или так много, что не хватает площади горшка или горшок небольшой и просто переворачивается. Ну и на заявленные две недели этих 0.22л тоже не особо хватает.

Arduino – это популярная платформа разработки для электронщиков и их проектов электроники простым способом. Он состоит как из физической программируемой платы разработки (на базе микроконтроллеров AVR), так и из части программного обеспечения или IDE, которая работает на вашем компьютере и используется для записи и загрузки кода на плату микроконтроллера. В этой статье рассмотрены популярные, необычные и простые Ардуино проекты.

Для начала рассмотрим самые популярные Аrduino-projects:

MIDI-контроллер – самый простой из популярных проектов Ардуино. MIDI-контроллеры – отличный способ управлять различными звуками на вашем компьютере с использованием физического оборудования. Это довольно старая технология, и вы можете купить всевозможные охлаждающие MIDI-контроллеры практически в любом музыкальном магазине. Но если вы не хотите покупать MIDI-контроллер, вы можете сделать свой собственный с Arduino. Как только вы его создадите, вы сможете контролировать все свои удары, звуковые сигналы и переходы через USB.
Датчик Ambilight на ЖК-дисплей (см. фото выше). Добавление небольшого количества подсветки на ваш ЖК-дисплей – отличный способ сделать просмотр фильмов немного более захватывающим. Конечный результат – это система просмотра фильмов с завораживающими эффектами.
Управление устройствами высокого напряжения с использованием Arduino. В конце проекта вы сможете управлять своими бытовыми приборами, такими как светодиод, вентилятор, лампочка и так далее. Вы можете отрегулировать время включения и выключения этих приборов. В этом проекте используется один из самых популярных модулей, то есть 2-канальный релейный модуль, который широко используется для управления высоковольтными устройствами с задействованием сигналов низкого напряжения. Итак, в этом проекте вы узнаете, как использовать 2-канальный релейный модуль с Arduino и его схемой.
. Схема проекта довольно проста. Основная цель оборудования – измерить значение температуры окружающего пространства, а затем распечатать его на ЖК-дисплее, используя Arduino и термистор. Термистор – это тип переменного резистора, который изменяет его сопротивление в соответствии с температурой окружающей среды. Так что да, вы можете сделать это, как работы LDR (Light Dependent Resistor) с одной разницей. В то время, как LDR меняет свое сопротивление в соответствии с интенсивностью света, сопротивление термистора зависит от температуры окружающей среды.

Самые необычные проекты

Теперь перейдем к необычным проектам с использованием Аrduino микропроцессора:

Игрушка Easy Robot Toy PipeBot . Если вы ищете более простой проект, возможно, тот, с которым вы можете работать со своими детьми, тогда рассмотрите вариант создания игрушки PipeBot. Потребуются лишь материалы, которые всегда находятся под рукой. Когда вы построите, вы получите рулонную политрубку, которой вы можете управлять с помощью вашего смартфона.
3D-сканер . Разработчик-любитель Ричард создал этот проект для сканирования 3D-моделей своих детей. Это на самом деле довольно революционный дизайн, поскольку он не заставляет людей стоять на месте в течение длительного времени во время сканирования. Вместо этого этот 3D-сканер мгновенно снимает несколько фотографий с разных ракурсов и собирает изображения в виде 3D-сканирования. Ричардский сканер построен с 40 контактами Pis, 40 поддерживающими контакты Pi камерами и 40 8GB SD-картами. Итак, как вы можете себе представить, этот проект мгновенно окупится.
Приспособление для людей с ограниченными возможностями . С помощью ардуиноподобного устройства, называемого Tongueduino, которое разработано исследователем MIT Гершоном Дублоном, отправляется информация на площадку с электродами, расположенными по сетке. Этот пэд помещается в рот пользователя. При подключении к электронному датчику пэд преобразует сигналы от датчика в небольшие импульсы электрического тока через сетку, которые язык читает, как образец человеческого языка. Известно, что язык имеет чрезвычайно плотное сенсорное разрешение, а также высокую степень нейропластичности, способность адаптироваться к каждому человеку. Исследования показали, что электротактильные языковые дисплеи могут использоваться в качестве протезов зрения для слепых. Пользователи быстро учатся читать и перемещаться по естественным средам. С помощью Tongueduino сигналы сопоставляют пространственные и интенсивные карты с количеством импульсов внутри кадра. Пользователь Tongueduino может идентифицировать пиксели и линии, нарисованные на сетке 3x3, коллегой на компьютере. Конечная цель состоит в том, чтобы выйти за рамки простой замены зрения в сторону большего сенсорного увеличения. Соединение с магнитометром может предоставить пользователю внутреннее чувство направления.

Самые простые проекты для начинающих

Приведем примеры нескольких простых самоделок на Ардуино, которые может сделать даже неопытный в конструировании электронных приборов человек:

. RFID обозначает радиочастотную идентификацию. Каждая RFID-карта имеет уникальный идентификатор, встроенный в нее, и считыватель RFID используется для считывания RFID-карты no. EM-18 RFID-считыватель работает на частоте 125 кГц, поставляется со встроенной антенной и может питаться от источника питания 5 В. Он обеспечивает последовательный выход вместе с выходом Weigand. Диапазон составляет около 8-12 см. Параметры последовательной связи – 9600 бит/с, 8 бит данных, 1 стоповый бит. Эта беспроводная RF-идентификация используется во многих системах.
Знаменитый Аrduino проект – . Переключатель датчика наклона представляет собой электронное устройство, которое определяет ориентацию объекта и дает свой выход, высокий или низкий, соответственно. В нем есть ртутный шар, который перемещается. Таким образом, датчик наклона может включать или выключать схему, в зависимости от ориентации. В этом проекте мы взаимодействуем с датчиком Mercury/Tilt с Arduino UNO. Мы контролируем светодиод и зуммер в соответствии с выходом датчика наклона. Всякий раз, когда мы наклоняем датчик, будильник включается.
На Ардуино делается элементарный проект – . С простым знанием цепи Arduino и Voltage Divider Circuit мы можем превратить Arduino в цифровой вольтметр и измерить входное напряжение с помощью Arduino и ЖК-дисплея 16x2. Arduino имеет несколько аналоговых входных контактов, которые соединяются с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) внутри Arduino. Arduino ADC – это десятибитовый преобразователь. Это означает, что выходное значение будет находиться в диапазоне от 0 до 1023. Мы получим это значение, используя функцию analogRead . Если вы знаете опорное напряжение, вы можете легко рассчитать текущее напряжение на аналоговом входе. Мы можем использовать схему делителя напряжения для расчета входного напряжения.