Začínáme s Arduino: Průvodce pro začátečníky

Začínáme s Arduino: Průvodce pro začátečníky

Arduino je platforma pro prototypování elektroniky s otevřeným zdrojovým kódem a je jednou z nejpopulárnějších na světě-s možnou výjimkou Raspberry Pi. Prodalo se přes 3 miliony kusů (a mnoho dalších ve formě klonovacích zařízení třetích stran): čím je tak dobrý a co s ním můžete dělat?





Co je Arduino?

Arduino je založeno na snadno použitelném, flexibilním, hardwarovém a softwarovém vybavení. Je určen pro umělce, designéry, inženýry, fandy a kohokoli, kdo má sebemenší zájem o programovatelnou elektroniku.



Arduino snímá prostředí čtením dat z různých tlačítek, komponent a senzorů. Mohou ovlivnit životní prostředí ovládáním LED diod, motory , serva, relé a mnoho dalšího.





Projekty Arduino mohou být samostatné nebo mohou komunikovat se softwarem běžícím na počítači ( zpracovává se je pro to nejoblíbenější software). Mohou mluvit s jinými Arduino, Raspberry Pis, NodeMCU nebo téměř s čímkoli jiným. Ujistěte se, že jste si přečetli naše srovnání mikrokontrolérů za 5 $, abyste důkladně porovnali rozdíly mezi těmito mikrokontroléry.

Možná se ptáte, proč si vybrat Arduino? Arduino skutečně zjednodušuje proces budování projektu programovatelné elektroniky, což z něj činí skvělou platformu pro začátečníky. Můžete snadno začít pracovat na jednom bez předchozích zkušeností s elektronikou. K dispozici jsou tisíce návodů, které se pohybují v obtížnosti, takže si můžete být jisti výzvou, jakmile zvládnete základy.



Kromě jednoduchosti Arduina je také levný, multiplatformní a open source. Arduino Uno (nejpopulárnější model) je založen na mikrokontrolérech ATMEGA 16U2 společnosti Atmel. Existuje mnoho různých modelů, které se liší velikostí, výkonem a specifikacemi, a proto se podívejte na náš nákupní průvodce, kde najdete všechny rozdíly.

Plány pro desky jsou zveřejněny pod a Creative Commons licenci, takže zkušení fandové a další výrobci mohou svobodně vyrábět vlastní verzi Arduina, potenciálně jej rozšiřovat a vylepšovat (nebo jen přímo kopírovat, což vede k šíření levných desek Arduino, které dnes najdeme).



Co můžete dělat s Arduinem?

Arduino dokáže ohromující množství věcí. Jsou mozkem volby pro většinu 3D tiskáren. Jejich nízké náklady a snadné použití znamenají, že tisíce tvůrců, designérů, hackerů a tvůrců vytvořily úžasné projekty. Zde jsou jen některé projekty Arduino, které jsme zde na MakeUseOf provedli:

Co je uvnitř Arduina?

Ačkoli je k dispozici mnoho různých typů desek Arduino, tato příručka se zaměřuje na Arduino uno Modelka. Toto je nejoblíbenější deska Arduino v okolí. Proč tedy tahle věc tiká? Zde jsou specifikace:



  • Procesor: 16 MHz ATmega16U2
  • Flash paměť: 32 kB
  • RAM: 2 kB
  • Provozní napětí: 5V
  • Vstupní napětí: 7-12V
  • Počet analogových vstupů: 6
  • Počet digitálních I/O: 14 (6 z nich Pulse Width Modulation - PWM )

Specifikace se mohou ve srovnání s vaším stolním počítačem zdát nesmyslné, ale pamatujte, že Arduino je vestavěné zařízení, se kterým se zpracovává mnohem méně informací než s vaším stolním počítačem. Je to více než schopné pro většinu elektronických projektů.

Další úžasnou vlastností Arduina je schopnost používat takzvané 'štíty' nebo přídavné desky. Ačkoli štíty nebudou v této příručce zahrnuty, jsou opravdu úhledným způsobem, jak rozšířit funkce a funkce vašeho Arduina.

Co k této příručce budete potřebovat

Níže naleznete nákupní seznam komponent, které budete potřebovat pro tuto příručku pro začátečníky. Všechny tyto komponenty by měly přijít pod 50 $ celkem. Tento seznam by měl stačit k tomu, abyste dobře porozuměli základní elektronice a měli dostatek komponentů k vybudování hezkých projektů pomocí tohoto nebo jiného průvodce Arduino. Pokud nechcete vybírat všechny součásti, můžete místo toho zvážit nákup startovací sady.

Pokud nemůžete získat konkrétní hodnotu odporu, něco co nejblíže bude obvykle fungovat dobře.

Přehled elektrických součástí

Podívejme se, co přesně všechny tyto komponenty jsou, co dělají a jak vypadají.

Prkénko

Používají se k prototypování elektronických obvodů a poskytují dočasný způsob spojování součástí dohromady. Breadboards jsou plastové bloky s otvory, do kterých lze zasunout dráty. Otvory jsou uspořádány v řadách, ve skupinách po pěti. Pokud chcete změnit uspořádání obvodu, vytáhněte drát nebo část z otvoru a přesuňte jej. Mnoho prkének obsahuje dvě nebo čtyři skupiny otvorů po celé délce desky po stranách a jsou všechny propojené - obvykle slouží k distribuci energie a mohou být označeny červenou a modrou čarou.

Breadboards jsou vynikající pro rychlé vytváření obvodů. Pro velký okruh mohou být velmi nepohodlné a levnější modely mohou být notoricky nespolehlivé, takže stojí za to utratit za dobrý kousek trochu více peněz.

LED diody

LED znamená Světelná dioda . Jsou velmi levným zdrojem světla a mohou být velmi jasné - zvláště když jsou seskupeny dohromady. Dají se koupit v různých barvách, nijak zvlášť se nezahřívají a vydrží dlouho. LED diody můžete mít v televizi, palubní desce automobilu nebo v žárovkách Philips Hue.

Váš mikrokontrolér Arduino má také vestavěnou LED na kolíku 13, která se často používá k označení akce nebo události nebo jen k testování.

Foto rezistor

Fotografický odpor ( p hotocell nebo Odpor závislý na světle ) umožňuje vašemu Arduinu měřit změny světla. Můžete to například použít k zapnutí počítače, když je denní světlo.

Hmatový spínač

jak někoho sledovat na facebooku

Hmatový spínač je v podstatě tlačítko. Jeho stisknutím se obvod dokončí a (obvykle) se změní z 0 V na +5 V. Arduinos dokáže tuto změnu detekovat a podle toho reagovat. To jsou často chvilkové - což znamená, že jsou „stlačeny“ pouze tehdy, když je drží prst. Jakmile je pustíte, vrátí se zpět do výchozího stavu („nestlačeno“ nebo vypnuto).

Piezo reproduktor

Piezo reproduktor je malý reproduktor, který produkuje zvuk z elektrických signálů. Často jsou drsní a plechoví a nezní jako skutečný mluvčí. To znamená, že jsou velmi levné a snadno programovatelné. Naše hra Buzz Wire používá jednu k hraní Ústřední melodie Monty Python „Flying Circus“ .

Odpor

Odpor omezuje tok elektřiny. Jsou to velmi levné součásti a jsou základem amatérských i profesionálních elektronických obvodů. Jsou téměř vždy vyžadovány k ochraně komponent před přetížením. Jsou také potřebné k zabránění zkratu, pokud se Arduino +5V připojí přímo k zemi. Stručně řečeno: velmi šikovné a naprosto zásadní.

Propojovací dráty

Propojovací vodiče se používají k vytváření dočasných spojení mezi komponentami na vašem breadboardu.

Nastavení Arduina

Před zahájením jakéhokoli projektu musíte své Arduino rozmluvit s počítačem. To vám umožní psát a kompilovat kód, který má Arduino spouštět, a také poskytovat způsob, jak může Arduino fungovat po boku vašeho počítače.

Instalace softwarového balíčku Arduino na Windows

Přejděte na Web Arduino a stáhněte si verzi softwaru Arduino vhodnou pro vaši verzi systému Windows. Po stažení Arduino nainstalujte podle pokynů Integrované vývojové prostředí (TADY).

Instalace obsahuje ovladače, takže teoreticky byste měli jít rovnou. Pokud se to z nějakého důvodu nezdaří, zkuste tyto ovladače nainstalovat ručně:

  • Zapojte desku a počkejte, až systém Windows zahájí proces instalace ovladače. Po několika okamžicích tento proces selže, přestože se snaží.
  • Klikněte na Nabídka Start > Kontrolní panel .
  • Navigovat do Systém a zabezpečení > Systém . Jakmile se otevře okno systému, otevřete Správce zařízení .
  • Pod Porty (COM & LPT), měli byste vidět otevřený port s názvem Arduino UNO (COMxx) .
  • Klikněte pravým tlačítkem na Arduino UNO (COMxx) > Aktualizujte software ovladače .
  • Vybrat V počítači vyhledejte software ovladače .
  • Přejděte na a vyberte soubor ovladače Uno s názvem ArduinoUNO.inf , který se nachází v Řidiči složku ke stažení softwaru Arduino.

Odtud systém Windows dokončí instalaci ovladače.

Instalace softwarového balíčku Arduino na Mac OS

Stáhněte si software Arduino pro Mac z Web Arduino . Extrahujte obsah souboru .zip soubor a spusťte aplikaci. Můžete jej zkopírovat do složky aplikací, ale bude fungovat dobře z vašeho plocha počítače nebo stahování složky. Pro Arduino UNO nemusíte instalovat žádné další ovladače.

Instalace softwaru Arduino na balíček Ubuntu/Linux

Nainstalujte gcc-avr a avr-libc :

sudo apt-get install gcc-avr avr-libc

Pokud ještě nemáte openjdk-6-jre, nainstalujte a nakonfigurujte také:

sudo apt-get install openjdk-6-jre
sudo update-alternatives --config java

Vyberte správný JRE pokud máte nainstalováno více než jeden.

Jděte na Web Arduino a stáhněte si software Arduino pro Linux. Můžeš rozpětí a spusťte jej pomocí následujícího příkazu:

tar xzvf arduino-x.x.x-linux64.tgz
cd arduino-1.0.1
./arduino

Bez ohledu na to, jaký operační systém používáte, výše uvedené pokyny předpokládají, že máte originální a značkovou desku Arduino Uno. Pokud jste si zakoupili klon, budete téměř jistě potřebovat ovladače třetích stran, než bude deska rozpoznána přes USB.

Spuštění softwaru Arduino

Nyní, když je software nainstalován a vaše Arduino je nastaveno, ověřme, že vše funguje. Nejsnadněji to provedete pomocí ukázkové aplikace „Blink“.

Otevřete software Arduino poklepáním na aplikaci Arduino ( ./arduino na Linuxu ). Zkontrolujte, zda je deska připojena k počítači, a poté otevřete LED bliká příklad skici: Soubor > Příklady > 1. Základy > Blikat . Měli byste vidět kód aplikace otevřený:

Chcete -li tento kód nahrát do svého Arduina, vyberte položku v Nástroje > Prkno nabídka, která odpovídá vašemu modelu - Arduino uno v tomto případě.

Vyberte sériové zařízení vaší desky z Nástroje > Sériový port Jídelní lístek. V systému Windows to pravděpodobně bude COM3 nebo vyšší. Na počítačích Mac nebo Linux by to mělo být něco s /dev/tty.usbmodem v něm.

Nakonec klikněte na nahrát v levém horním rohu vašeho prostředí. Počkejte několik sekund a měli byste vidět RX a TX LED diody na Arduinu blikají. Pokud je nahrávání úspěšné, zobrazí se ve stavovém řádku zpráva „Dokončeno nahrávání“.

Několik sekund po dokončení nahrávání byste měli vidět kolík 13 LED na desce začne blikat. Gratulujeme! Zprovoznili jste Arduino.

Startovací projekty

Nyní, když znáte základy, podívejme se na některé začátečnické projekty.

Dříve jste pomocí ukázkového kódu Arduino blikali integrovanou LED. Tento projekt bude blikat externí LED pomocí prkénka. Zde je obvod:

Připojte dlouhou nohu LED (kladná noha, nazývaná anoda ) do a Rezistor 220 Ohm a poté na digitální kolík 7 . Připojte krátkou nohu (negativní noha, nazývaná katoda ) přímo na přízemní (libovolný z portů Arduino s GND, dle vašeho výběru). Toto je jednoduchý obvod. Arduino může tento pin digitálně ovládat. Zapnutím špendlíku se rozsvítí LED, jeho zhasnutím se LED vypne. Rezistor je nutný k ochraně LED před příliš velkým proudem - bez něj shoří.

Zde je kód, který potřebujete:

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(7, OUTPUT); // configure the pin as an output
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
digitalWrite(7, HIGH); // turn LED on
delay(1000); // wait 1 second
digitalWrite(7, LOW); // turn LED off
delay(1000); // wait one second
}

Tento kód dělá několik věcí:

neplatné nastavení (): Toto spouští Arduino při každém spuštění. Zde můžete konfigurovat proměnné a vše, co vaše Arduino potřebuje ke spuštění.

pinMode (7, VÝSTUP): To říká Arduinu, aby použil tento pin jako výstup, bez tohoto řádku by Arduino nevědělo, co má s každým pinem dělat. Toto je potřeba nakonfigurovat pouze jednou na pin a stačí nakonfigurovat piny, které hodláte používat.

prázdná smyčka (): Jakýkoli kód uvnitř této smyčky se opakovaně spouští znovu a znovu, dokud se Arduino nevypne. Díky tomu mohou být větší projekty složitější, ale na jednoduché projekty to funguje úžasně.

digitalWrite (7, VYSOKÝ): Slouží k nastavení pinu VYSOKÝ nebo NÍZKÝ - NA nebo VYPNUTO . Stejně jako spínač světla, když je kolík HIGH, LED bude svítit. Když je kolík NÍZKÝ, LED dioda zhasne. V závorkách musíte zadat několik dalších informací, aby to fungovalo správně. Další informace jsou známé jako parametry nebo argumenty.

První (7) je číslo PIN. Pokud jste například připojili LED k jinému kolíku, změnili byste to ze sedmi na jiné číslo. Druhý parametr musí být VYSOKÝ nebo NÍZKÝ , který určuje, zda má být dioda LED zapnuta nebo vypnuta.

zpoždění (1000): Říká Arduinu, aby počkal po zadanou dobu v milisekundách. 1000 milisekund se rovná jedné sekundě, takže Arduino bude čekat jednu sekundu.

Jakmile se LED dioda rozsvítí na jednu sekundu, Arduino poté spustí stejný kód, ale pouze vypne LED a počká další sekundu. Jakmile tento proces skončí, smyčka se znovu spustí a kontrolka LED se znovu rozsvítí.

Výzva: Zkuste upravit časové zpoždění mezi zapnutím a vypnutím LED. Co pozorujete? Co se stane, když nastavíte zpoždění na velmi malé číslo, jako je jedna nebo dvě? Můžete upravit kód a obvod tak, aby blikal dva LED diody?

Přidání tlačítka

Nyní, když máte funkční LED, přidáme do vašeho obvodu tlačítko:

Připojte tlačítko tak, aby přemosťovalo kanál uprostřed prkénka. Připojte vpravo nahoře noha do Kolík 4 . Připojte vpravo dole noha do a 10 kOhm odpor a poté na přízemní . Připojte vlevo dole noha do 5V .

Možná si říkáte, proč jednoduché tlačítko potřebuje odpor. To slouží dvěma účelům. To je a táhnout dolů odpor - spojuje kolík se zemí. Tím je zajištěno, že nejsou detekovány žádné rušivé hodnoty, a brání Arduino myslící stiskli jste tlačítko, když jste to neudělali. Druhým účelem tohoto rezistoru je omezovač proudu. Bez toho by 5V šlo přímo do země, kouzelný kouř by byl propuštěn a vaše Arduino by zemřelo. Toto je známé jako zkrat, takže použití rezistoru tomu brání.

Když tlačítko není stisknuto, Arduino detekuje zem ( kolík 4 > odpor > přízemní ). Když stisknete tlačítko, 5V je připojeno k zemi. Arduino pin 4 dokáže tuto změnu detekovat, protože pin 4 se nyní změnil ze země na 5V;

Zde je kód:

boolean buttonOn = false; // store the button state
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(7, OUTPUT); // configure the LED as an output
pinMode(4, INPUT); // configure the button as an input
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
if(digitalRead(4)) {
delay(25);
if(digitalRead(4)) {
// if button was pressed (and was not a spurious signal)
if(buttonOn)
// toggle button state
buttonOn = false;
else
buttonOn = true;
delay(500); // wait 0.5s -- don't run the code multiple times
}
}
if(buttonOn)
digitalWrite(7, LOW); // turn LED off
else
digitalWrite(7, HIGH); // turn LED on
}

Tento kód vychází z toho, co jste se naučili v předchozí části. Použité hardwarové tlačítko je a chvilkové akce. To znamená, že to bude fungovat pouze tehdy, když ho držíte. Alternativou je a západka akce. Je to stejné jako u spínačů světel nebo zásuvek, jedním stisknutím zapnete, dalším stisknutím vypnete. Naštěstí lze v kódu implementovat blokovací chování. Zde je to, co dodatečný kód dělá:

boolean buttonOn = false: Tato proměnná slouží k uložení stavu tlačítka - ON nebo OFF, HIGH nebo LOW. Je zadána výchozí hodnota false.

pinMode (4, INPUT): Stejně jako kód použitý pro LED, tento řádek říká Arduinu, že jste připojili vstup (vaše tlačítko) ke kolíku 4.

if (digitalRead (4)): Podobným způsobem digitalWrite () , digitalRead () slouží ke čtení stavu špendlíku. Musíte mu poskytnout číslo PIN (4, pro vaše tlačítko).

Jakmile stisknete tlačítko, Arduino počká 25 ms a znovu tlačítko zkontroluje. Toto je známé jako a softwarová debounce . Tím je zajištěno, že to, co si Arduino myslí, bylo stisknutí tlačítka, opravdu bylo stisknutí tlačítka, a ne hluk. Nemusíte to dělat a ve většině případů to bude fungovat bez něj. Je to spíše osvědčený postup.

Pokud je si Arduino jistý, že jste opravdu stiskli tlačítko, změní to hodnotu tlačítko Zapnuto proměnná. Tím se přepíná stav:

ButtonOn je pravda: Nastaveno na hodnotu false.

ButtonOn je false: Nastaveno na hodnotu true.

Nakonec se kontrolka LED vypne podle stavu uloženého v tlačítko Zapnuto .

Světelný senzor

Přejdeme k pokročilému projektu. Tento projekt bude využívat a Odpor závislý na světle (LDR) pro měření množství dostupného světla. Arduino poté sdělí vašemu počítači užitečné zprávy o aktuální úrovni osvětlení.

jak sledovat netflix s přáteli online

Zde je obvod:

Protože LDR jsou typem rezistoru, nezáleží na tom, jakým způsobem jsou umístěny - nemají polaritu. Připojit 5V na jednu stranu LDR. Připojte druhou stranu k přízemní prostřednictvím a 1 kOhm odpor. Připojte také tuto stranu k analogový vstup 0 .

Tento rezistor funguje jako pulldown odpor, stejně jako v předchozích projektech. Je zapotřebí analogový pin, protože LDR jsou analogová zařízení a tyto piny obsahují speciální obvody pro přesné čtení analogového hardwaru.

Zde je kód:

int light = 0; // store the current light value
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600); //configure serial to talk to computer
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
light = analogRead(A0); // read and save value from LDR

//tell computer the light level
if(light <100) {
Serial.println('It is quite light!');
}
else if(light > 100 && light <400) {
Serial.println('It is average light!');
}
else {
Serial.println('It is pretty dark!');
}
delay(500); // don't spam the computer!
}

Tento kód dělá několik nových věcí:

Serial.begin (9600): To Arduinu říká, že chcete komunikovat přes sériový přenos rychlostí 9600. Arduino k tomu připraví vše potřebné. Sazba není tak důležitá, ale váš Arduino i počítač musí používat stejný.

analogRead (A0): To se používá ke čtení hodnoty pocházející z LDR. Nižší hodnota znamená, že je k dispozici více světla.

Serial.println (): Slouží k zápisu textu do sériového rozhraní.

Jednoduché -li příkaz odesílá do vašeho počítače různé řetězce (text) v závislosti na dostupném světle.

Nahrajte tento kód a ponechte připojený kabel USB (tak bude komunikovat Arduino a odkud pochází napájení). Otevřete sériový monitor ( Vpravo nahoře > Sériový monitor ), Měli byste vidět, že vaše zprávy přicházejí každých 0,5 sekundy.

Co pozorujete? Co se stane, když zakryjete LDR nebo na něj zazáříte jasným světlem? Můžete upravit kód pro tisk hodnoty LDR přes sériové číslo?

Vydejte nějaký hluk

Tento projekt používá k vytváření zvuků reproduktor Piezo. Zde je obvod:

Všimli jste si něčeho známého? Tento obvod je téměř úplně stejný jako projekt LED. Piezo jsou velmi jednoduché součásti - při elektrickém signálu vydávají zvuk. Připojte pozitivní noha do digitálu kolík 9 prostřednictvím a 220 ohmů odpor. Připojte záporný noha do přízemní .

Zde je kód, který je pro tento projekt velmi jednoduchý:

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(9, OUTPUT); // configure piezo as output
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
tone(9, 1000); // make piezo buzz
delay(1000); // wait 1s
noTone(9); // stop sound
delay(1000); // wait 1s
}

Zde je jen několik nových funkcí kódu:

tón (9, 1000): Díky tomu piezo generuje zvuk. Chce to dva argumenty. První je pin, který chcete použít, a druhý je frekvence tónu.

noTone (9): To přestane produkovat jakýkoli zvuk na poskytnutém pinu.

Zkuste změnit tento kód a vytvořit jinou frekvenci. Změňte zpoždění na 1 ms - čeho si všimnete?

Kam odtud jít

Jak vidíte, Arduino je snadný způsob, jak se dostat k elektronice a softwaru. Je to jeden z nejlepších mikrokontrolérů pro začátečníky. Naštěstí jste viděli, že je snadné vytvářet jednoduché elektronické projekty pomocí Arduina. Jakmile pochopíte ty základní, můžete stavět mnohem složitější projekty:

  • Vytvořte vánoční světelné ozdoby
  • Arduino Shields k supervýkonu vašeho projektu
  • Vytvořte si vlastní pongovou hru s Arduinem
  • Připojte své Arduino k internetu
  • Vytvořte systém domácí automatizace se svým Arduinem

Jaké Arduino vlastníte? Existují nějaké zábavné projekty, které rádi realizujete? Pro více informací se podívejte, jak zlepšit kódování Arduino pomocí VS Code a PlatformIO.

Podíl Podíl tweet E-mailem 15 Příkazy příkazového řádku systému Windows (CMD), které musíte znát

Příkazový řádek je stále výkonným nástrojem systému Windows. Zde jsou nejužitečnější příkazy CMD, které každý uživatel Windows potřebuje znát.

Číst dále Související témata
  • DIY
  • Arduino
  • Elektronika
O autorovi Joe Coburn(136 publikovaných článků)

Joe je absolventem informatiky na University of Lincoln, UK. Je profesionálním vývojářem softwaru, a když neletí drony nebo nepíše hudbu, často ho lze zastihnout při fotografování nebo produkci videí.

Více od Joe Coburn

Přihlaste se k odběru našeho zpravodaje

Připojte se k našemu zpravodaji a získejte technické tipy, recenze, bezplatné elektronické knihy a exkluzivní nabídky!

Kliknutím sem se přihlásíte k odběru
Kategorie Diy