Arduino: выбор платы, подключение и первая программа

Плата Arduino Mini

Является одной из самых простых и удобных устройств Arduino.

Используется микроконтроллер ATmega 168 с рабочим напряжением на 5 вольт с частотой в 16 МГц. Максимальное напряжение питания в моделях составляет 9 вольт. Значение максимального тока на выводах составляет 40 mA.

Плата содержит:

14 цифровых выводов (из них 6 могут быть использованы в качестве ШИМ-выходов), могут применяться в качестве как входа, так и выхода;
8 аналоговых входов (4 из них оснащены выводами);
16 МГц – кварцевый генератор.

Пины устройства Arduino Mini имеют следующее предназначение:

Два вывода, посредством которых осуществляется питание платы «плюс»: RAW, VCC.
Вывод контакта «минус» – пин GND.
Выводы под номерами 3, 5, 6, 9, 10, 11 используются для ШИМ при применении функции analog Write.
К выводам №0, №1 можно подключать другие устройства.
Аналоговые входы №0 – №3 с выводами.
Аналоговые входы №4 – №7 не имеют выводов и требуют пайки при необходимости.
Вывод AREF, который предназначен для изменения верхнего напряжения.
Вывод Reset – перезагрузка микроконтроллера.

Расположение выводов в различных версиях arduino mini могут различаться.

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.

Минимальные знания

Сначала стоит ознакомиться с общими понятиями, прежде чем разбирать проекты на Ардуино для начинающих. Ведь система, пусть и имеет низкий порог вхождения, но это вовсе не значит, что вы сможете, не прочитав никакого руководства, сразу ринуться в бой.

Конечно, нет необходимости покупать и штудировать научную литературу пачками, прежде чем вы начнете понимать, как реализовывать проекты на esp8266.

Однако, базовые понятия о нюансах работы МК и том, что он собой представляет, иметь необходимо, иначе вы не раз будете натыкаться на одни и те же грабли.

Для начала стоит выделить алгоритм разработки новой системы, а для этого давайте разберёмся, из чего она состоит.

Аппаратная часть

Это основа любого проекта, который вы собрались подготовить, ведь все они строятся на микрочипах и вспомогательных модулях. Соответственно, прежде чем вообще приступать к архитектуре и созданию платформы, необходимо наметить, какой функционал у неё должен быть.

Так, если вы собираетесь сделать кодовый замок, который будет реагировать на постукивания по поверхности, то необходим соответствующий датчик.

Ведь Ардуино – это всего лишь процессор вашей системы, а все остальные её комплектующие могут варьироваться в зависимости от потребностей. Это же позволяет экономить ресурсы, время и деньги инженера.

Программная часть

Если микропроцессор – сердце системы, то код – её мозг. Без должного программного обеспечения плата просто не поймет, что ей делать с поступающими данными и куда выводить обработанные, да и как их вообще обрабатывать.

Здесь раскрывается прелесть системы, ведь, в отличие от «болванок», Ардуино уно проекты для начинающих могут и вовсе не потребовать с вас ни строчки кода.

Достаточно лишь понимать, какой функционал вам необходим, и уметь гуглить. Всё находится в открытом доступе и, просмотрев пару гайдов, вы быстро разберетесь, как работать через usb с консолью и постоянной памятью системы.

Как пользоваться макетной платой

Пользоваться макетной платой достаточно просто. При создании схемы в отверстия на пластиковом корпусе вставляются необходимые элементы – конденсаторы, резисторы, различные индикаторы, светодиоды и т.д. Ширина разъемов позволяет подключать к контактам проводники с сечением от 0,4 до 0,7 мм.

Схема подключения светодиода к монтажной плате

Например, вам нужно соединить между собой два элемента – светодиод и резистор. Для этого вы берете ножку первого элементам (светодиода) и вставляете ее, например, в ряд номер 2. Вторую ножку вы вставляете в другой ряд. Например, 3. Если вставите ножку в тот же ряд, схема работать не будет, т.к. обе ножки через общую рельсу будут соединены железным проводником. Будет короткое замыкание. Ток пойдет через место соединения напрямую, минуя светодиод. Никакой пользы от этого не будет.

Подключение светодиода к макетной плате. Размещаем светодиод в удобном месте. Главное, для каждой ножки – свой ряд

Если вы воткнете контакт в соседний ряд, то между ними не будет замыкания, т.к. соседние ряды не связаны между собой проводниками (ведь связаны только 5 контактов в одном ряду)

В какой именно ряд вы воткнете ножку – не важно. Главное, что не в тот же, что у первой ножки

Для удобства в реальных схемах вторую ножку размещают не в соседнем ряду, а в любом другом, чуть подальше от первого. Нужно выбирать место монтажа с учетом размеров самого светодиода, чтобы не выгибать сильно контакты.

Итак, светодиод мы закрепили – он устойчиво стоит двумя ногами в рядах 2 и 3. Давайте теперь подключим к этой схеме резистор. Мы возьмем одну ножку резистора и вставим в тот же ряд, что одна из ножек светодиода. Например, в ряд номер 3 – в любое место

В одном ряду 5 контактов, не важно, в какой из контактов мы попадем, главное, что в этом же ряду! Затем вторую ножку резистора вставим в другой ряд, например, в седьмой

Подключение светодиода и резистора к макетной плате. Соединяем одни ножки элементов

Получится, что ножки в 3 ряду встретятся друг с другом через внутренне соединение и будут связаны, как будто мы спаяли или скрутили их. И между ними с удовольствием пойдет ток, ведь он любит металлическое соединение.

У нас остались одна ножка у светодиода и одна ножка у резистора. Ножку светодиода мы должны соединить с платой ардуино. Если это длинная ножка, то соединяем ее с 13 пином. Если короткая, то с пином GND. В нашем случае, мы соединим короткую ножку во втором ряду с разъемом GND на плате Ардуино. Для этого мы берем провод “папа-папа” и втыкаем его в ряд, где находится наша свободная ножка. У нас это ряд 2 (вторая ножка светодиода уже связана в ряду 3 с резистором)

Опять-таки не важно, куда именно мы воткнем провод, главное, что во втором ряду – в том, где уже ждет ножка светодиода. Вторую часть провода мы соединяем с платой Arduino

Пример подключения светодиода и резистора к макетной плате. Идем к GND

Точно так же мы соединяем оставшуюся часть схемы – вторую часть резистора через проводник ведем к другому разъему Ардуино. В нашем случае с ряда 7 мы тянем проводник к 13 пину ардуино. Получится, что длинная ножка светодиода идет к плюсу – к 13 пину. А короткая у нас уже давно соединена с землей – GND.

Все, схема собрана. И после включения питания ток пойдет так (схематически): через источник внутри Ардуино дойдет до 13 пина, через красный проводник дойдет до макетной платы, пройдет через сопротивление, потом через светодиод, потом через черный провод вернется в ардуино. Схема в итоге получилась без разрывов, рабочая.

Еще одним примером создания прототипа схемы с использованием макетной платы может стать такой вариант реализации:

Для ее сборки необходимо взять:

Макетную плату (breadboard);
провода для соединения;
1 светодиод;
тактовую кнопку;
резистор с номинальным сопротивлением 330 Ом;
батарейку типа «Крона» на 9В.

Плюс батарейки подключается к плюсовой шине, а минус к отрицательной. Если схема собрана правильно, то при нажатии на кнопку будет обеспечиваться загорание светодиода.

Еще несколько примеров:

Пример схемы с макетной платой
Пример схемы с макетной платой

Проекты Arduino для начинающих

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.