Программирование ардуино: используем scratch и mblock

Содержание

Отсутствие доступа к периферии и напрасная трата ресурсов

Я знаю, что, смешав скетч с «реальным» Си и используя регистры Atmel, вы можете получить доступ к периферии Arduino и микроконтроллера. Но, если уж вы продвинулись так далеко, пожалуйста, доставьте себе удовольствие и напишите собственный код, где вы будете знать, какая периферия используется и каким образом. Начиная программировать микроконтроллеры, я был поражен скоростью их работы (PIC, 8 МГц). Написание кода, оптимизированного для периферии, использование прерываний для параллельного выполнения максимально возможного числа задач – все это показало мне, какая сила заключена во встраиваемых устройствах и компьютерах. Поэтому, с моей точки зрения, использование Arduino для освоения программирования встраиваемых систем отнимает бесценную возможность научиться созданию по настоящему эффективных и мощных приложений.

У меня на работе многие пытаются писать на Arduino циклы управления. Используя функцию micros(), они отмечают время начала функции loop(), выполняют свои задачи, а затем снова опрашивают функцию micros() для ожидания завершения времени цикла. Это крайне расточительное использование ресурсов микроконтроллера, которые могли бы быть полезными для добавления новых задач, или для процессов, которые не могут работать в одной системе отсчета времени. Одно лишь это делает mbed лучше Arduino. Реализация функции Ticker, хотя и не лишена недостатков, но, по крайней мере, использует синхронизацию на основе прерываний, оставляя основной цикл для «медленных» задач.

Проектирование умного дома Arduino

Умного дома «на все случаи жизни» не существует. Поэтому, его проектирование начинается с определения поставленных задач, выбора и размещения основного узла Arduino, а затем и остальных элементов. На конечном этапе связывается и дорабатывается функционал, с помощью программирования.

На базе Ардуино можно создать множество проектов, а затем скомпоновать их в единую систему. Среди таких:

Контроль влажности в цоколе.
Автоматическое включение конвекторов, при падении температуры в доме ниже допустимой в двух возможных вариантах – при наличии и отсутствии человека в комнате.
Включение освещения на улице в сумерки.
Отправка сообщений об изменениях каждого детектируемого состояния.

В качестве примера можно рассмотреть проектирование автоматики одноэтажного дома с двумя комнатами, подвальным помещением под хранение овощей. В комплекс входит семь зон: прихожая, душевая комната, кухня, крыльцо, спальня, столовая, подвал.

При составлении пошагового плана проектирования учитываем следующее:

Крыльцо. При приближении владельца к дому ночью, включится освещение. Также следует учесть обратное – выходя из дома ночью, тоже надо включать освещение.
Прихожая. При детектировании движения и в сумерки включать свет. В темное время необходимо, чтобы загорался приглушенный свет лампочки.
Подвал на улице. При приближении хозяина, в темное время суток, должна загораться лампа возле дверцы подвала. Открывая дверь, загорается свет внутри, и выключается в том случае, когда человек покидает здание. При выходе, включается освещение на крыльце, а по мере отхождения от подвального помещения, выключается возле дверцы. В подвале установлен контроль влажности и при достижении критической температуры, включаются несколько вентиляторов для улучшения циркуляции воздуха.
Душевая комната. В ней установлен бойлер. Если человек присутствует в доме, бойлер включает нагрев воды. Автоматика выключается, когда максимальная температура нагрева достигнута. При входе в туалет, включается вытяжка и свет.
Кухня. Включение основного освещения ручное. При длительном отсутствии хозяина дома на кухне, свет выключается автоматически. Во время приготовления еды автоматически включается вытяжка.
Столовая. Управление светом происходит по аналогии с кухней. Присутствуя на кухне, есть возможность дать голосовую команду ассистенту умной колонки, чтобы тот запустил музыку.
Спальная комната. Включение освещение происходит вручную. Но есть автоматическое выключение, если в комнате долгое время отсутствует человек. Дополнительно, нужно выключать освещение по хлопку.

По всему дому расставлены конвекторы. Необходим автоматический контроль поддерживаемой температуры в доме в двух режимах: когда человек есть в доме и вовремя его отсутствия. В первом варианте, температура должна опускаться не ниже 20 градусов и подниматься не выше 22. Во втором, температура дома должна опускаться не ниже 12 градусов.

Проект готов, осталось заняться его реализацией.

Плюсы и минусы системы

Прежде чем подбирать компоненты и модули для создания автоматики в умном доме, следует уделить внимание как достоинствам, так и недостаткам системы.

Преимущества умного дома Arduino:

Использование компонентов других производителей с контроллером Arduino.
Создание собственных программ умного дома, так как исходных код проекта открыт.
Язык программирования простой, мануалов в сети для него много, разобраться сможет даже начинающий.
Простой проект делается за один час практики с помощью дефолтных библиотек, разработанных для: считывания сигналов кнопок, вывода информации на ЖК-дисплеи или семи сегментные индикаторы и так далее.
Запитать, посылать команды и сообщения, программировать, или перенести готовые программные решения в Arduino, можно с помощью USB-кабеля.

Недостатки:

Среда разработки Arduino IDE – это построенная на Java ппрограма, в которую входит: редактор кода, компилятор, передача прошивки в плату. По сравнению с современными решениями на 2019 год – это худшая среда разработки (в том виде, в котором она подается). Даже когда вы перейдете в другую среду разработки, IDE вам придется оставить для прошивки.
Малое количество флэш-памяти для создания программ.
Загрузчик нужно прошивать для каждого шилда микроконтроллера, чтобы закончить проект. Его размер – 2 Кб.
Пустой проект занимает 466 байт на Arduino UNO и 666 байт в постоянной памяти платы Mega.
Низкая частота процессора.

Интерфейс программы

Настроек в ArduBlock нет, а вот значков для программирования предостаточно и каждый из них несет за собой команду в текстовом формате Arduino IDE. В новых версиях значков еще больше, поэтому разобраться с ArduBlok последней версии сложно и некоторые из значков не переведены на русский.

Блоки ArduBlock разделены на 6 категорий.

Порты (Pin)

В разделе «Порты» мы можем с вами управлять значениями портов, а также подключенными к ним звукоизлучателя, сервомашинки или ультразвукового датчика приближения.

Модули

Каждый блок данной категории изображает тип реального устройства, который вы можете напрямую подключить к вашему скетчу.

Зачем всё это нужно?

Arduino IDE позволяет использовать синтаксис C++11, оказывается. То есть, там очень развитый объектно-ориентированный язык. Нам же хочется сосредотачиваться на нашем гениальном коде и размазанная по программе лишняя логика частенько мешает сосредоточиться. Взять, например, всякие дисплейчики, кнопочки, датчики и релюшки — у каждого же своя логика, зачем её смешивать с общей логикой программы. Тот же, например, дисплей. У него много полей, статических и изменяемых. Ой, поле — это же класс. Поле может входить в меню (класс меню) или нет, быть часть частью виртуального дисплея (класс), которых на физическом эеране может быть насколько (дисплеи: рабочий, настроек, диагностики и т.п.). Меню, в свою очередь, управляется кнопками (классы кнопок могут быть разными) или джойстиком (класс). Всё это вместе — класс «дисплей», который можно объявить в своей программе как:

Если вы делаете проект не совсем на коленке не кое как и собираетесь что-то потом менять или повторно использовать какие-то свои наработки — лучше оформить сделанное в виде библиотек Arduino. В идеале, конечно же, положить в Github для других людей, если вам не жалко и вы не против, что кто-то ваш код исправит или дополнит.

Раз уж мы в прошлой статье делали кнопочку, давайте её оформим как класс и библиотеку?

Итак, наша задача сделать так, чтобы мы могли в своих скетчах писать:

Важные страницы

Набор GyverKIT – большой стартовый набор Arduino моей разработки, продаётся в России
Каталог ссылок на дешёвые Ардуины, датчики, модули и прочие железки с AliExpress у проверенных продавцов
Подборка библиотек для Arduino, самых интересных и полезных, официальных и не очень
Полная документация по языку Ардуино, все встроенные функции и макро, все доступные типы данных
Сборник полезных алгоритмов для написания скетчей: структура кода, таймеры, фильтры, парсинг данных
Видео уроки по программированию Arduino с канала “Заметки Ардуинщика” – одни из самых подробных в рунете
Поддержать автора за работу над уроками
Обратная связь – сообщить об ошибке в уроке или предложить дополнение по тексту (alex@alexgyver.ru)

Scratch

Эта графическая среда программирования была создана в 2003 году, когда группа сотрудников MIT Media Lab решила разработать язык программирования, доступный абсолютно для всех. В итоге через некоторое время публике был представлен Scratch.

Больше всего, пожалуй, он похож на Lego. По крайней мере, принцип тот же: это объектно ориентированная среда, в которой программы собираются из деталей, разноцветных и ярких. Эти детали можно перемещать, видоизменять, заставлять взаимодействовать различным образом. Основа Scratch — блоки команд, таких как сенсоры, переменные, движение, звук, операторы, внешность, перо, контроль и пр. Встроенный графический редактор дает возможность нарисовать любой объект. Не прошло и пяти лет с момента создания Scratch, как возник проект Scratch для Arduino (сокращённо — S4A), позволяющая программировать ПЛК Arduino.

К плюсам системы относится то, что она русифицирована и полностью локализована — любой желающий найдем множество данных по ней. Кроме того, работа в данной графической среде доступна даже для школьников младших классов, которые даже еще не слишком уверенно читают.

Совет. Для новичков в Scratch существует специальный ресурс: https://scratch-ru.info.

Начало работы с Ардуино

Говоря бытовым языком, Ардуино – это электронная плата, в которую можно воткнуть множество разных устройств и заставить их работать вместе с помощью программы, написанной на языке Ардуино в специальной среде программирования.

Чаще всего плата выглядит вот так:

На рисунке показана одна из плат Ардуино – Arduino Uno. Мы изучим ее подробнее на следующих уроках.

В плату можно втыкать провода и подключать множество разных элементов. Чаще всего, для соединения используется макетная плата для монтажа без пайки. Можно добавлять светодиоды, датчики, кнопки, двигатели, модули связи, реле и создавать сотни вариантов интересных проектов умных устройств. Плата Ардуино – это умная розетка, которая будет включать и выключать все присоединенное в зависимости от того, как ее запрограммировали.

Вся работа над проектом разбивается на следующие этапы:

Придумываем идею и проектируем.
Собираем электрическую схему. Тут нам пригодится макетная плата, упрощающая монтаж элементов. Безусловно, понадобятся навыки работы с электронными приборами и умение пользоваться мультиметром.
Подключаем плату Arduino к компьютеру через USB.
Пишем программу и записываем ее в плату буквально нажатием одной кнопки на экране в специальной среде программирования Arduino.
Отсоединяем от компьютера. Теперь устройство будет работать автономно – при включении питания оно будет управляться той программой, которую мы в него записали.

Программа и среда программирования выглядят вот так:

На экране показана программа (на сленге ардуинщиков текст программы называется “скетч”), которая будет мигать лампочкой, подсоединенной к 13 входу на плате Ардуино UNO. Как видим, программа вполне проста и состоит из понятных для знающих английский язык инструкций. В языке программирования Arduino используется свой диалект языка C++, но все возможности C++ поддерживаются.

Есть и другой вариант написания кода – визуальный редактор. Тут не нужно ничего писать – можно просто перемещать блоки и складывать из них нужный алгоритм. Программа загрузится в подключенную плату одним нажатием кнопки мыши!

Визуальную среду рекомендуется использовать школьникам младших классов, более старшим инженерам лучше сразу изучать “настоящий” Ардуино – это довольно просто, к тому же знания C++ никому не повредят.

В целом все выглядит довольно понятно, не так ли? Осталось разобраться в деталях.

Проекты Arduino для начинающих

Если посмотреть на все проекты ардуино, информация о которых доступна в интернете, то можно их разделить на несколько основных групп:

Начальные учебные проекты, не претендующие на какое-то важное практическое использование, но помогающие разобраться в разных аспектах платформы.
Мигающие светодиоды – маячок, мигалка, светофор и другие.
Проекты с датчиками: от простейших аналоговых до цифровых, использующих разнообразные протоколы для обмена данными.
Устройства регистрации и отображения информации.
Машины и устройства с сервоприводами и шаговыми двигателями.
Устройства с использованием различных беспроводных видов связи и GPS.

Проекты для автоматизации жилья – умные дома на Arduino, а также отдельные элементы управления домашней инфраструктурой.
Разнообразные автономные машины и роботы.
Проекты для исследования природы и автоматизации сельского хозяйства
Необычные и креативные – как правило, развлекательные проекты.

По каждой из этих групп можно найти множество самых разнообразных материалов в книгах и на сайтах. В этой статье мы начнем знакомство с описанием наиболее простых проектов, с которых рекомендуется стартовать начинающим.

Как создавать проект на ардуино

Проект Ардуино – это всегда сочетание электронной схемы, некоторых связанных друг с другом аппаратных и механических устройств, системы питания и программного обеспечения, управляющего всем этим хаосом. Поэтому приступая к работе, вы должны твердо понимать, что создавая устройство в одиночестве, вы должны будете стать и программистом, и электронщиком, и конструктором.

Если речь идет не об учебном проекте, то вы обязательно столкнетесь со следующими этапами реализации с такими вот задачами:

Придумать что-то, что будет полезно и (или) интересно для окружающих. Даже самый простой проект несет какую-то пользу – как минимум, он помогает изучать новые технологии.
Собрать схему, подключить модули друг к другу и к контроллеру.
Написать скетч (программу) в специальной среде и загрузить ее в контроллер.
Проверить, как все работает вместе, и исправить ошибки.
После тестирования – готовиться к созданию готового устройства. Это означает, нужно собрать устройство в каком-то пригодном для эксплуатации корпусе, предусмотреть систему питания, связи с окружающей средой.
Если вы собираетесь распространять созданные вами устройства, то придется также заняться дизайном, системой транспортировки, задуматься о безопасности использования необученными пользователями и обучением этих самых пользователей.
Если ваше устройство работает, оно протестировано и обладает какими-то преимуществами перед другими решениями, то можно попытаться сделать из вашего инженерного уже бизнес-проект, попробовать привлечь инвестиции.

Каждый из этих этапов создания проекта достоин отдельной статьи

Но мы уделим главное внимание этапам сборки электронных схем (основы электроники) и программирования контроллера

Электронные схемы

Электронные схемы обычно собираются с применением макетных плат, скрепляющих элементы друг с другом без пайки и скрутки. О том, как работают модули и схемы подключения можно узнать на нашем сайте. Обычно в описании проекта указаны способы монтажа деталей. Но для большинства популярных модулей есть уже десятки готовых схем и примеров в интернете.

Программирование

Создание и прошивка скетчей производится в специальной программе – среде программирования. Наиболее популярной версией такой среды является Arduino IDE. На нашем сайте вы сможете найти информацию о том, как скачать, установить и настроить эту программу.

PSpice

Каждый студент, занимающийся электротехникой и электроникой, должен был столкнуться с PSpice в течение месяцев, потраченных на изучение основ проектирования схем и программирования. Но для тех кто не знает что такое PSpice — это интуитивный симулятор, который можно использовать для моделирования Arduino из-за множества функций, интегрированных в приложение. PSpice поддерживается операционной системой Windows и Linux и поставляется в разных модулях или типах.

Студенты могут использовать PSpice Lite, который абсолютно свободен, чтобы изучить основы программирования Ардуино, в то время как компании, преподаватели и другие эксперты могут использовать платный PSpice. PSpice в настоящее время используется в различных отраслях промышленности — автомобилестроении, образовании, энергоснабжении и т.д.

Платы и модули для функционала

Существует много плат Arduino, описание которых говорит о различиях в объеме памяти, портах, питании, тактовой частоте и др. Одни предназначены для решения простых задач, другие — для решения более сложных.

К популярным платам относятся следующие виды:

Arduino Uno. Наиболее распространенная плата. Есть большой выбор уроков. Плата допускает замену контроллера. Оснащена 14 цифровыми вводами-выводами (6 ШИМ), 6 аналоговыми входами, флеш-памятью 32 Кб (ATmega328), из которых 0,5 Кб использует загрузчик.
Arduino Mega 2560. Создана на базе микроконтроллера ATmega2560. Флеш-память — 256 Кб, из которых 8 Кб использует загрузчик. Имеет 54 цифровых вводов-выводов (14 ШИМ), 16 аналоговых входов, 8 Кб оперативной памяти. Среди всех плат «Ардуино» у этой самый большой размер.
Arduino Due. Оснащена 54 цифровыми вводами-выводами (12 ШИМ), 12 аналоговыми входами (2 выходами). Создана на базе микроконтроллера AT91SAM3X8E с рабочим напряжением 3,3 В и флеш-памятью 512 Кб.
Arduino Pro Mini 3.3V. Самая миниатюрная плата в семействе Arduino. Напряжение — 3,3 В. Требует использования внешнего программатора. Память данных составляет 2 Кб. Создана на базе микроконтроллера ATmega328P. Количество цифровых выводов — 14 линий (6 из которых — ШИМ), аналоговых — 6.
Arduino Pro Mini 5V. Аналог предыдущей модели с напряжением 5 В.
Arduino Nano V3.0. Создана на базе ATmega328. Сдержит 32 Кб памяти, из которых 2 Кб использует загрузчик. Имеет 14 цифровых вводов-выводов (6 ШИМ), 6 аналоговых входов, встроенный порт USB. Напряжение — 5 В.
Arduino Micro. Разновидность платы c возможностью имитировать различные USB-устройства при подключении к ПК. Оснащена 20 цифровыми вводами-выводами (7 ШИМ), 12 аналоговыми входами.

Кроме того, существуют дополнительные модули и датчики с нужными ответвлениями:

Датчики. Системы, считывающие, отправляющие и обрабатывающие информацию. Расширяют аппаратные функции проекта.
Модули. Дополнения, которые позволяют расширить вычислительные мощности проекта. К ним относят карты памяти, вспомогательные процессы.

Датчики можно разделить на категории:

Устройства получения информации. Датчики и сканеры, позволяющие получить сведения об окружающей среде: давлении, температуре, влажности, расстоянии до объектов. Есть возможность вводить параметры, зависящие от этих показаний. С помощью датчика расстояния можно создавать роботы-пылесосы, которые передвигаются по комнате, избегая препятствий.
Устройства обработки информации. Реализуются отдельно или совместно с предыдущими датчиками. Используются для совершения промежуточных операций.
Устройства вывода информации. Это ЖК-экраны, светодиодные индикаторы, сенсорные экраны, динамики и т. д.

Среди наиболее популярных модулей «Ардуино» можно выделить:

Ультразвуковой дальномер HC-SR04. Датчик, позволяющий с помощью ультразвука измерить расстояние от 2 см до 4 м.
Инфракрасный дальномер Sharp. Измеряет расстояние от 20 см до 1,5 м посредством инфракрасного излучения.
Модуль температуры и влажности DHT11. Измеряет температуру в диапазоне от 0 до +50°C и влажность от 20 до 90%. Используется для теплиц или в качестве комнатного термометра. Часто приобретается для умного дома.
Датчик влажности почвы FC-28. Измеряет влажность почвы или другой среды. Нужен для автоматизированного полива растений.
Bluetooth HC-06. Помогает организовать беспроводную связь с другими устройствами.

Библиотеки в Arduino IDE

Среди всего разнообразия библиотек можно выделить 3 основных группы:

Встроенные – это библиотеки, изначально установленные в среде Arduino IDE. Их не нужно скачивать и устанавливать дополнительно, они доступны для использования в программе сразу после запуска среды разработки.
Дополнительные – это библиотеки, которые нужно самостоятельно скачивать устанавливать. Обычно такой вид библиотек разрабатывает производитель датчиков, сенсоров и других компонентов для облегчения работы с ардуино.
Зависимые библиотеки – устанавливаются как помощник дополнительной библиотеки, отдельно от нее не работает.

Самым простым способом работы с библиотеками в ардуино является использование встроенных возможностей среды разработки Arduino IDE. Об этом мы поговорим в отдельной статье.

Настройка Arduino IDE для работы

Для тонкой настройки Arduino IDE 1.8.5 в Windows или Linux следует через панель инструментов «Файл -> Настройки» В новом окне будет доступно несколько пунктов, которые можно настроить под себя (смотри картинку ниже). После настройки приложения, для вступления изменений в силу следует нажать кнопку «ОК» и перезапустить программу. Настройки можно изменить по своему усмотрению.

Настройка Arduino IDE для работы в Windows / Linux

выбор места для хранения скетчей и библиотек;
выбор языка интерфейса в программе Arduino IDE 1.8
выбор размера шрифта текстового редактора и масштаба;
показ подробных сообщений при компиляции / загрузке;
показывать номера строк в текстовом редакторе;
проверка обновлений в сети при запуске Arduino IDE;
сохранение скетчей перед компиляцией / загрузкой.

Настройка Arduino IDE для Nano / Mega 2560 / Uno

При первом подключении микроконтроллера, следует убедиться, что программа Arduino IDE 1.8 определила плату Arduino Nano, подключенную к USB порту. При подключении любой платы Ардуино к компьютеру создается виртуальный COM порт. Проверить подключение можно через диспетчер устройств или через панель Arduino IDE «Инструменты -> Порт» — кроме COM1 должен появиться дополнительный порт.

Настройка порта программы Arduino IDE для Mega 2560

При подключении микроконтроллера Arduino к разным USB портам компьютера, номер COM порта будет меняться. Если у вас «неофициальный» микроконтроллер с microUSB, то необходимо дополнительно установить драйвера для CH340G. Если порт определился, то перед загрузкой скетча следует выбрать плату, которую вы используете в панели инструментов Arduino IDE «Инструменты -> Менеджер плат»

Выбор процессора микроконтроллера Mega 2560 в Arduino IDE

При подключении к компьютеру Arduino Uno следует выбрать в Менеджере плат Arduino/Genuino Uno. В случае с платой Arduino Mega или Nano, следует дополнительно выбрать процессор микроконтроллера. У Nano это может быть ATmega168 или ATmega328, у платы Mega процессор ATmega2560 или ATmega1280. Узнать тип можно по характеристикам, которые обычно производитель указывает на печатной плате.

Видео. Arduino IDE подключение Nano / Uno / Mega

После выполнения всех операций следует проверить подключение микроконтроллера и загрузить пустой скетч в плату или скетч для мигания светодиодом на Arduino. Для этого на панели инструментов есть соответствующие иконки: смотри картинку с обозначением функций Arduino IDE выше. При неправильном подключении или отсутствии драйверов программа сообщит ошибку — programmer is not responding.

Arduino Simulator для PC

Сайт: virtronics.com.au

Это также один из лучших симуляторов Arduino по нескольким причинам. Эти причины включают в себя его кросс-платформенные функции, эскизные проекты, отладочные эскизы и возможность удобно и легко разрабатывать сложные идеи. Может работать как на Windows так и для Linux. Пользователи также могут выбрать ЖК-дисплей и тип платы Arduino: Mega, Nano и Leonardo.

Важно отметить, что программа не с открытым исходным кодом, и его функции разрабатываются и дополняются его разработчиками. Существует также много вспомогательной документации и примеров проектов

К сожалению, продукт относительно дорогостоящий стоимостью около 20 долларов США. Но с такими большим количеством функций и отличным инструментом отладки, Arduino Simulator для ПК — отличный выбор, если вы готовы инвестировать немного ваших денег.

Модули и решения «умного дома» на Ардуино

Основным элементом умного дома является центральная плата микроконтроллера. Две и более соединенных между собой плат, отвечают за взаимодействие всех элементов системы.

Существует три основных микроконтроллера в системе:

Arduino UNO – средних размеров плата с собственным процессором и памятью. Основа — микроконтроллер ATmega328. В наличии 14 цифровых входов/выходов (6 из них можно использовать как ШИМ выводы), 6 аналоговых входов, кварцевый резонатор 16 МГц, USB-порт (на некоторых платах USB-B), разъем для внутрисхемного программирования, кнопка RESET. Флэш-память – 32 Кб, оперативная память (SRAM) – 2 Кб, энергонезависимая память (EEPROM) – 1 Кб.

Arduino UNO

Arduino NANO – плата минимальных габаритов с микроконтроллером ATmega328. Отличие от UNO – компактность, за счет используемого типа контактных площадок – так называемого «гребня из ножек».

Arduino Nano

Arduino MEGA – больших размеров плата с микроконтроллером ATMega 2560. Тактовая частота 16 МГц (как и в UNO), цифровых пинов 54 вместо 14, а аналоговых 16, вместо 6. Флэш-память – 256 Кб, SRAM – 8 Кб, EEPROM – 4.

Arduino Mega

Arduino UNO – самая распространённая плата, так как с ней проще работать в плане монтажных работ. Плата NANO меньше в размерах и компактнее – это позволяет разместить ее в любом уголке умного дома. MEGA используется для сложных задач.

Сейчас на рынке представлено 3 поколение плат (R3) Ардуино. Обычно, при покупке платы, в комплект входит обучающий набор для собирания StarterKit, содержащий:

Шаговый двигатель.
Манипулятор управления.
Электросхематическое реле SRD-05VDC-SL-C 5 В.
Беспаечная плата для макета MB-102.
Модуль с картой доступа и и двумя метками.
Звуковой датчик LM393.
Датчик с замером уровня жидкости.
Два простейших устройства отображения цифровой информации.
LCD-дисплей для вывода множества символов.
LED-матрица ТС15-11GWA.
Трехцветный RGB-модуль.
Температурный датчик и измеритель влажности DHT11.
Модуль риал тайм DS1302.
Сервопривод SG-90.
ИК-Пульт ДУ.
Матрица клавиатуры на 16 кнопок.
Микросхема 74HC595N сдвиговый регистр для получения дополнительных выходов.
Основные небольшие компоненты электроники для составления схемы.

Можно найти и более укомплектованный набор для создания своими руками умного дома на Ардуино с нуля. А для реализации иного проекта, кроме элементов обучающего комплекта, понадобятся дополнительные вещи и модули.

Сенсоры и датчики

Чтобы контролировать температуру и влажность в доме и в подвальном помещении, потребуется датчик измерения температуры и влажности. В конструкторе умного дома это плата, соединяющая в себе датчики температуры, влажности и LCD дисплей для вывода данных.

Плата дополняется совместимыми датчиками движения или иными PIR-сенсорами, которые определяют присутствие или отсутствие человека в зоне действия, и привязывается через реле к освещению.

Датчик Arduino

Газовый датчик позволит быстро отреагировать на задымленность, углекислоту или утечку газа, и позволит при подключении к схеме, автоматически включить вытяжку.

Газовый датчик Arduino

Реле

Компонент схемы «Реле» соединяет друг с другом электрические цепи с разными параметрами. Реле включает и выключает внешние устройства с помощью размыкания и замыкания электрической цепи, в которой они находятся. С помощью данного модуля, управление освещением происходит также, если бы человек стоял и самостоятельно переключал тумблер.

Реле Arduino

Светодиоды могут указывать состояние, в котором реле находится в данным момент времени. Например, красный – освещение выключено, зеленый – освещение есть. Схема подключение к лампе выглядит так.

Для более крупного проекта лучше применять шину реле, например, восьмиканальный модуль реле 5V.

Контроллер

В качестве контроллера выступает плата Arduino UNO. Для монтажа необходимо знать:

описание элементов;

распиновку платы;

принципиальную схему работы платы;

распиновку микроконтролеера ATMega 328.

Программная настройка

Программирование подключенных элементов Ардуино происходит в редакторе IDE. Скачать его можно с официального сайта. Для программирования можно использовать готовые библиотеки.

https://youtube.com/watch?v=OsXFswotVNI

Или воспользоваться готовым скетч решением Ardublock – графический язык программирования, встраиваемый в IDE. По сути, вам нужно только скачать и установить ПО, а затем использовать блоки для создания схемы.

https://youtube.com/watch?v=jVhLUIBYWL8

Скачать Arduino 1.8.6

IDE 1.8.6 появилась в августе 2018 года. По сравнению с предыдущей версией, в 1.8.6 было добавлено много улучшений.

Изменения в версии 1.8 6

Список дополнений и улучшений:

Улучшена производительность компиляции проектов за счет распараллеливания процессов и повторного использования скомпилированных фрагментов проекта.
Прочие улучшения интерфейса:
- Добавлены клавиатурные ускорители при прокрутке меню (нажмите клавишу ‘a’).
- Добавлен скроллер в меню программирования.
- Улучшение диалогового окна «Поиск/Замены»
Возможность выбора тем – традиционно устанавливаемых в соответствующую папку в виде архива.
Информация об ошибках выводится в более структурированном формате – с указанием не только строки, но и столбца.
Монитор порта теперь может показывать информацию о времени (timestamp)
Добавлены переводы для типов в библиотеках.
Улучшена функциональность работы с дисплеями высокой четкости (Hi-resolution) в Linux
Для пользователей Windows исправлены ошибки функциональности сборки проектов из файлов, хранящихся в облачном хранилище OneDrive.
Ускорен старт программы в случае использования виртуальных сетевых подключений
Улучшение в менеджере библиотек (поиск, установка).
Исправление множества небольших ошибок в интерфейсе, повышенная стабильность ядра.

Программируем arduino с помощью scratch и mblock