Что такое arduino

Содержание

Arduino IDE

Давайте для начала коротко выясним, что такое IDE и получим ответы на наиболее часто возникающие вопросы. Если вы опытный разработчик, то можете смело перелететь в следующий раздел статьи со ссылками на скачивание.

Что такое Arduino IDE

Аббревиатура IDE расшифровывается как Integrated Development Environment, в переводе – интегрированная среда разработки. С помощью этой программы программисты пишут программы, причем делают это гораздо быстрее и удобнее, чем при использовании обычных текстовых редакторов.

В рамках платформы Ардуино программа Arduino IDE делает то же – помогает программистам писать программы. С ее помощью скетч, написанный на языке Arduino, проверяется, превращается в C++, компилируется, загружается в Arduino. Теоретически, вы можете обойтись без этой программы, но реально других вариантов начать работы с Ардуино для новичка практически не существует. Поэтому первое, что вы должны сделать – это найти и установить  себе эту среду программирования. Это совершенно не трудно и абсолютно бесплатно.

Как скачать и установить Arduino IDE

Процедура скачивания и установки абсолютно традиционна. Вы загружаете файл, запускаете установку. На официальном сайте доступны версии c установщиком (exe) и обычных zip архивах. Вы можете найти версии Arduino IDE для всех основных операционных систем.

Процедура установки достаточно проста, вам нужно будет ответить на несколько вопросов. Важным этапом этого процесса является установка драйвера COM-порта. Для большинства «китайских» плат ардуино понадобится установить дополнительные драйвера.

После установки потребуется небольшая настройка среды – об этом мы поговорим в отдельной статье про установку и настройку Ардуино IDE.

Какую версию Ардуино IDE выбрать?

Первая версия среды разработки Ардуино официально появилась в августе 2005 года. С тех пор утекло много воды, программа несколько раз претерпевала революционные изменения. До 2011 года номера версий состояли из одной цифры (последней была 0023 – версия от 09.11.2011). Затем появилась более привычная запись с «минорными» и «мажорными» обновлениями. Так, Arduino 1.0.0 появилась 30.11.2011, а версия 1.0.1 – в мае 2012.

Ключевыми по количеству обновлений и связанных с ними проблем совместимости стали переходы с версии 1.0.7 и 1.5. Многие библиотеки, написанные под «старые версии» программы не могли компилироваться в новых из-за изменений в системных библиотеках и других внутренних механизмах сборки проекта. Особенно сильно это проявилось при переходе на 1.6 версию. Если в вашем проекте есть древние библиотеки, некорректно работающие с современными версиями IDE, вам придется изменять их самому, ждать, пока это сделают авторы или подчиниться обстоятельствам и установить ту версию, с которой будет работать библиотека.

Последней стабильной версией Arduino IDE на момент написания статьи является 1.8.7 (август 2018).

Arduino на русском

Еще один важный вопрос – русификация среды разработки. Давайте сразу разберемся с тем, как перевести Arduino IDE на русский. На самом деле, для этого не нужно искать или скачивать специальные версии. Вы загружаете и устанавливаете обычную версию, достаточно просто выбрать ваш язык в списке доступных языков в соответствующем пункте настроек.

Установка Arduino IDE

Если вы скачали архив, то просто распакуйте его и запустите Arduino.exe.

Если вы скачали установочный файл то вам необходимо выполнить стандартную установку. Процесс установки очень прост и не займет много времени, но для полноты статьи я распишу его подробно.

Запускаем установочный файл. Соглашаемся с условиями лицензионного соглашения (естественно после прочтения).

Соглашаемся с условиями

Выбираем необходимые модули программы. Первые два должны быть отмечены обязательно. Остальные на ваше усмотрение.

Выбор компонентов Arduino ide

Далее указываем папку в которую хотим установить программу. Желательно, что бы путь к этой папке не содержал кириллических символов.

Выбор пути установки программы

Во время установки может появиться окно с предложением установки драйвера USB-to-serial. Соглашаемся и ждем окончания установки. На этом весь процесс завершен. Осталось настроить среду разработки и можно творить.

3. Подключение платы Arduino к компьютеру

  1. Соедините Arduino с компьютером по USB-кабелю. На плате загорится светодиод «ON» и начнёт мигать светодиод «L». Это значит, что на плату подано питание и микроконтроллер начал выполнять прошитую на заводе программу «Blink».
  2. Для настройки Arduino IDE под конкретную модель узнайте, какой номер COM-порта присвоил компьютер вашей плате. Зайдите в «Диспетчер устройств» Windows и раскройте вкладку «Порты (COM и LPT)».

Операционная система распознала плату Arduino как COM-порт и назначила номер . Если вы подключите к компьютеру другую плату, операционная система назначит ей другой номер

Если у вас несколько платформ, очень важно не запутаться в номерах COM-портов.

Что-то пошло не так?

После подключения Arduino к компьютеру, в диспетчере устройств не появляются новые устройства? Это может быть следствием следующих причин:

  • Неисправный USB-кабель или порт
  • Блокировка со стороны операционной системы
  • Неисправная плата

С чего начать работу с Ардуино

Если вы делаете первые шаги в мире Ардуино, то советуем вам заранее приготовиться к двойному потоку знаний. Во-первых, вам придется разобраться с тем, что такое контроллер Arduino, какие устройства можно к нему подключить и как это сделать. Потребуется разобраться с основами электроники. Во-вторых, придется научиться навыкам программирования в Arduino. Для профессиональной работы нужны знания C++, для начинающих доступны многочисленные графические среды с блочным программированием. Например, mBlock или ArduBlock. При отсутствии реальной платы можно воспользоваться одним из эмуляторов ардуино.

Все это потребует и времени, и знаний, но результатом станет удивительное ощущение восторга от сделанных своими руками умных устройств

Счастья от того, что вы стали почти волшебником, приближаясь шаг за шагом к вершинам технического мастерства. Крайне важно, чтобы теория сочеталась с практикой и вы как можно быстрее переходили от чтения статей к созданию реальных устройств

Arduino для детей

Принято считать, что Arduino довольно сложен для детей средней школы, но это не так! Сегодня есть огромное количество инструментов и технологий, позволяющих без проблем преподавать ардуино на кружках робототехники даже самых маленьких! На нашем сайте вы можете найти уроки Ардуино, помогающие сделать первые шаги в электронике, программировании и робототехнике.

https://youtube.com/watch?v=XdDgO0hEjGg

Arduino – это целый мир, в котором можно почувствовать себя волшебником. Лучший инструмент для приобщения детей к технологиям и вдохновленного инженерного творчества! Для обучения детей электронике вы можете использовать как отдельные контроллеры Arduino Uno, Mega или Nano, а также наборы и конструкторы ардуино российских и китайских производителей. Обучение детей программированию Ардуино возможно с использованием среды программирования Arduino IDE или же в визуальных средах ArduBlock, S4A, mBlock, основанных на Scratch.

Где купить все необходимое

Мы собрали ссылки Aliexpress на стартовые наборы Arduino Starter Kit, в которых есть все самое необходимое для создания своих первых проектов.

Один из лучших и проверенных стартовых наборов для Ардуино на AliExpress!

Недорогой стартовый комплект для обучения Ардуино – от 1500 рублей!

Набор за 350 руб (!) с платой Arduino Uno и всем необходимым!

Новинка! Робот-лягушка на Arduino от Keyestudio с управлением на Android и iOS

Робот-манипулятор на Ардуино с 4 степенями свободы. DIY конструктор с акриловыми деталями, контроллером и серво

Полный набор машинки 4WD на Ардуино с датчиками, экраном и дистанционным управлением

Начало работы с Ардуино

Для того, что бы начать использовать Arduino необходимо приобрести плату Arduino или стартовый набор Arduino. Я советую выбрать стартовый комплект ардуино, так как он включает в себя не только микроконтроллер ардуино, но и беспаечную макетную плату, соединительные провода, кнопки, светодиоды и дополнительные детали. С таким набором вы сможет выполнить примеры из уроков по Arduino для начинающих. Это позволит вам быстро разобраться с принципами работы с Arduino.

После прохождения уроков вы будите знать как программировать Arduino, как обмениваться сигналами с другими модулями и устройствами. Вы сможете проектировать, а так же создавать ваши собственные устройства.

Arduino IDE

Для начала работы с Ардуино вам понадобится специальное программное обеспечение. Это среда для разработки прошивок Arduino IDE. В этой программе легко и удобно писать скетчи и загружать их на ваш микроконтроллер Ардуино. В среде разработки уже предустановленно большое количество примеров и дополнительных библиотек.

Ссылки на скачивание, инструкции по установке и настройке среды разработки есть на странице Arduino IDE.

Что такое Arduino и для чего оно нужно?

Arduino — это электронный конструктор, который позволяет любому человеку создавать разнообразные электро-механические устройства. Ардуино состоит из программной и аппаратной части. Программная часть включает в себя среду разработки (программа для написания и отладки прошивок), множество готовых и удобных библиотек, упрощенный язык программирования. Аппаратная часть включает в себя большую линейку микроконтроллеров и готовых модулей для них. Благодаря этому, работать с Arduino очень просто!

С помощью ардуино можно обучаться программированию, электротехнике и механике. Но это не просто обучающий конструктор. На его основе вы сможете сделать действительно полезные устройства. Начиная с простых мигалок, метеостанций, систем автоматизации и заканчивая системой умного дома, ЧПУ станками и беспилотными летательными аппаратами. Возможности не ограничиваются даже вашей фантазией, потому что есть огромное количество инструкций и идей для реализации.

проекты на Arduino

Платы Arduino

Многие устройства для начинающих на основе Arduino не требуют серьезных знаний в технике или программировании.

Arduino называют аппаратно-программной платформой. Она изначально создана компанией Arduino Software и представляет собой плату с контактами для подключения дополнительных компонентов.

Одна из плат, Arduino Uno, в руке выглядит вот так:

Плата Arduino Uno в руке

Для сравнения — вот такой размер другой платы Ардуино, которая называется Nano:

Плата Arduino Nano в руке

Ниже на фото я привел пример того как выглядит простое собранное устройство на основе платы Уно:

На фото сразу можно заметить главное достоинство платы — нам не нужно было ничего припаивать и мы использовали минимум комплектующих. Таким же образом можно собрать множество интереснейших устройств.

Технические характеристики зависят от модели используемого микроконтроллера, а с внешним видом двух самых популярных моделей вы уже познакомились — это Arduino Uno и Nano.

Язык программирования Ардуино

Когда у вас есть на руках плата микроконтроллера и на компьютере установлена среда разработки, вы можете приступать к написанию своих первых скетчей (прошивок). Для этого необходимо ознакомиться с языком программирования.

Для программирования Arduino используется упрощенная версия языка C++ с предопределенными функциями. Как и в других Cи-подобных языках программирования есть ряд правил написания кода. Вот самые базовые из них:

  • После каждой инструкции необходимо ставить знак точки с запятой (;)
  • Перед объявлением функции необходимо указать тип данных, возвращаемый функцией или void если функция не возвращает значение.
  • Так же необходимо указывать тип данных перед объявлением переменной.
  • Комментарии обозначаются: // Строчный и /* блочный */

Подробнее о типах данных, функциях, переменных, операторах и языковых конструкциях вы можете узнать на странице по программированию Arduino. Вам не нужно заучивать и запоминать всю эту информацию. Вы всегда можете зайти в справочник и посмотреть синтаксис той или иной функции.

Все прошивки для Arduino должны содержать минимум 2 функции. Это setup() и loop().

Функция setup

Функция setup() выполняется в самом начале и только 1 раз сразу после включения или перезагрузки вашего устройства. Обычно в этой функции декларируют режимы пинов, открывают необходимые протоколы связи, устанавливают соединения с дополнительными модулями и настраивают подключенные библиотеки. Если для вашей прошивки ничего подобного делать не нужно, то функция все равно должна быть объявлена. Вот стандартный пример функции setup():

Функция loop

Функция loop() выполняется после функции setup(). Loop в переводе с английского значит «петля». Это говорит о том что функция зациклена, то есть будет выполняться снова и снова. Например микроконтроллер ATmega328, который установлен в большинстве плат Arduino, будет выполнять функцию loop около 10 000 раз в секунду (если не используются задержки и сложные вычисления). Благодаря этому у нас есть большие возможности.

Что умеет Ардуино

С технической точки зрения, Ардуино умеет принимать и отправлять сигналы в соответствии с инструкциями в прошивке. Звучит весьма скромно, но на практике это позволяет получать и обрабатывать информацию с сенсоров и передавать команды исполнительным механизмам или другим устройствам. Например: микроконтроллер может получать данные с датчиков температуры, давления, влажности и выводить сводную информацию на дисплей.

Этих возможностей хватает для реализации сложных устройств, таких как беспилотные летательные аппараты, 3D-принтеры, роботизированные манипуляторы, радиоуправляемые машинки, лодки, вездеходы и т. д. Возможности Ардуино ограничены только воображением. Если вам будет не хватать возможностей Ардуино, то существуют более мощные микроконтроллеры такие как Ардуино Мега, NodeMCU, STM32, Wemos, Raspberry Pi, Orange Pi.

4. Настройка Arduino IDE

Для работы среды Arduino IDE с конкретной платформой необходимо выбрать название модели и номер присвоенного плате COM-порта.

  1. Для выбора модели Arduino зайдите в меню:
    Инструменты
    Плата и укажите соответствующую плату.
  2. Для выбора номера COM-порта перейдите в меню:
    Инструменты
    Порт и укажите нужный порт.

Поздравляем, среда Arduino IDE настроена для прошивки вашей платы.

Что-то пошло не так?

  • Список последовательных портов пуст? Значит, платформа некорректно подключена к компьютеру или не установлен драйвер. Вернитесь к .
  • Arduino IDE тормозит при навигации по меню? Отключите в диспетчере устройств все внешние устройства типа «Bluetooth Serial». Например, виртуальное устройство для соединения с мобильным телефоном по Bluetooth может вызвать такое поведение.

Плюсы Ардуино

Самый главный плюс плат Arduino для начинающих, как я уже упомянул выше, — это то, что нам не нужно использовать паяльник и не нужно ничего паять.

На платах Ардуино сделаны удобные контакты, которые можно соединять удобными перемычками с любыми сторонними модулями, дисплеями, сенсорами и многим другим.

Пример сборки устройства с помощью перемычек

Кроме того, чтобы плата заработала всего лишь достаточно подключить её к компьютеру через USB.

Дополнительные плюсы я перечислю ниже, но не пугайтесь, если какие-то термины вы не поймете, со временем вы с ними разберетесь:

  1. Плата обладает встроенным программатором (не нужен компилятор);
  2. Использование языка программирования близкого к C/C++, что делает её простой в использовании и изучении;
  3. Наличие множества библиотек для модулей, сенсоров, дисплеев и т.п., доступных для свободного использования;
  4. Для сбора устройства не требуется пайка, компоненты соединяются при помощи специальной макетной платы, перемычек и проводов;
  5. Возможность автономной работы, т.е. использование батареек или аккумуляторов;
  6. Наличие версии для работы с популярной мобильной операционной системой Android;
  7. Огромное количество различных модулей, сенсоров, дисплеев, датчиков и т.п..
  8. Наличие большого количества плат расширения — shields или «шилды».

Есть еще один очень существенный плюс Arduino — просто невероятно огромное сообщество любителей этих плат и любителей посоздавать различные устройства на ее основе своими руками.

Также замечу, что можно создать устройство как стационарным, так и автономным или переносным.

Наличие портативных аккумуляторов и беспроводных источников передачи данных способствуют созданию ряда интересных проектов.

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:

  1. Придумываем идею и проектируем.
  2. Собираем электрическую схему. Тут нам пригодится макетная плата, упрощающая монтаж элементов. Безусловно, понадобятся навыки работы с электронными приборами и умение пользоваться мультиметром.
  3. Подключаем плату Arduino к компьютеру через USB.
  4. Пишем программу и записываем ее в плату буквально нажатием одной кнопки на экране в специальной среде программирования Arduino.
  5. 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.

Простые проекты Ардуино

Давайте начнем наш обзор с традиционно самых простых, но очень важных проектов, включающих в себя минимальное количество элементов: светодиоды, резисторы и, конечно же, плату ардуино. Все примеры рассчитаны на использование Arduino Uno, но с минимальными изменениями будут работать на любой плате: от Nano и Mega до Pro, Leonardo и даже LilyPad.

Проект с мигающим светодиодом – маячок

Все без исключения учебники и пособия для начинающих по ардуино стартуют с примера мигания светодиодом. Этому есть две причины: такие проекты требуют минимального программирования и их можно запустить даже без сборки электронной схемы – уж что-что, а светодиод есть на любой плате ардуино. Поэтому и мы не станем исключением – давайте начнем с маячка.

Нам понадобится:

  • Плата Ардуино Uno, Nano или Mega со встроенным светодиодом, подключенным к 13 пину.
  • И все.

Что должно получиться в итоге:

Светодиод мигает – включается и выключается через равные промежутки времени (по умолчанию – 1 сек). Скорость включения и выключения можно настраивать.

Схема проекта

Схема проекта довольно проста:  нам нужен только контроллер ардуино со встроенным светодиодом, подсоединенным к пину 13. Именно этим светодиодом мы и будем мигать. Подойдут любые популярные платы: Uno, Nano, Mega и другие.

Подсоединяем Arduino к компьютеру, убеждаемся, что плата ожила и замигала загрузочными огоньками. Во многих платах «мигающий» скетч уже записан в микроконтроллер, поэтому светодиод может начать мигать сразу после включения.

С помощью такого простого проекта маячка вы можете быстро проверить работоспособность платы: подключите ее к компьютеру, залейте скетч и по миганию светодиода сразу станет понятно – работает плата или нет.

Программирование в проекте Ардуино

Если в вашей плате нет загруженного скетча маячка – не беда. Можно легко загрузить уже готовый пример, доступный в среде программирования Ардуино.

Открываем программу Arduino IDE, убеждаемся, что выбран нужный порт.

Проверка порта Ардуино – выбираем порт с максимальным номером

Затем открываем уже готовый скетч Blink – он находится в списке встроенных примеров. Откройте меню Файл, найдите подпункт с примерами, затем Basics и выберите файл Blink.

Открываем пример Blink в Ардуино IDE

В открытом окне отобразится исходный код программы (скетча), который вам нужно будет загрузить в контроллер. Для этого просто нажимаем на кнопку со стрелочкой.

Кнопки компиляции и загрузки скетча
Информация в Arduino
IDE – Загрузка завершена

Ждем немного (внизу можно отследить процесс загрузки) – и все. Плата опять подмигнет несколькими светодиодами, а затем один из светодиодов начнет свой размеренный цикл включений и выключений. Можно вас поздравить с первым загруженным проектом!

Проект маячка со светодиодом и макетной платой

В этом проекте мы создадим мигающий светодиод – подключим его с помощью проводов, резистора и макетной платы к ардуино. Сам скетч и логика работы останутся таким же – светодиод включается и выключается.

Графическое изображение схемы подключения доступно на следующем рисунке:

Другие идеи проектов со светодиодами:

  • Мигалка (мигаем двумя свтодиодами разных цветов)
  • Светофор
  • Светомузыка
  • Сонный маячок
  • Маячок – сигнализация
  • Азбука Морзе

Подробное описание схемы подключения и логики работы программы можно найти в отдельной статье, посвященной проектам со светодиодами.

Первый проект на Arduino

Давайте соберем первое устройство на базе Ардуино. Мы просто подключим тактовую кнопку и светодиод к ардуинке. Схема проекта выглядит так:

Управление яркостью светодиода

Обратите внимание на дополнительные резисторы в схеме. Один из них ограничивает ток для светодиода, а второй притягивает контакт кнопки к земле

Как это работает и зачем это нужно я объяснял в этом уроке.

Для того что бы все работало, нам надо написать скетч. Давайте сделаем так, что бы светодиод загорался после нажатия на кнопку, а после следующего нажатия гас. Вот наш первый скетч:

В этом скетче я создал дополнительную функцию debounse для подавления дребезга контактов. О дребезге контактов есть целый урок на моем сайте. Обязательно ознакомьтесь с этим материалом.

Элементы платы

Микроконтроллер ATmega328P

Сердцем платформы Arduino Uno является 8-битный микроконтроллер фирмы Microchip — ATmega328P на архитектуре AVR с тактовой частотой 16 МГц.
Контроллер обладает тремя видами памяти:

  • 32 КБ Flash-памяти, из которых 0,5 КБ используются загрузчиком, который позволяет прошивать Uno с обычного компьютера через USB. Flash-память постоянна и её предназначение — хранение программ и сопутствующих статичных ресурсов.
  • 2 КБ RAM-памяти, которые предназначены для хранения временных данных, например переменных программы. По сути, это оперативная память платформы. RAM-память энергозависимая, при выключении питания все данные сотрутся.
  • 1 КБ энергонезависимой EEPROM-памяти для долговременного хранения данных, которые не стираются при выключении контроллера. По своему назначению это аналог жёсткого диска для Uno.

Микроконтроллер ATmega16U2

Микроконтроллер не содержит USB интерфейса, поэтому для прошивки и коммуникации с ПК на плате присутствует дополнительный микроконтроллер ATmega16U2 с прошивкой USB-UART преобразователя. При подключении к ПК Arduino Uno определяется как виртуальный COM-порт.

общается с ПК через по интерфейсу UART используя сигналы и , которые параллельно выведены на контакты и платы Uno. Во время прошивки и отладки программы, не используйте эти пины в своём проекте.

Светодиодная индикация

Имя светодиода Назначение
ON Индикатор питания платформы.
L Пользовательский светодиод на пине микроконтроллера. Используйте определение для работы со светодиодом. При задании значения высокого уровня светодиод включается, при низком – выключается.
RX и TX Мигают при прошивке и обмене данными между Uno и компьютером. А также при использовании пинов и .

Порт USB Type-B

Разъём USB Type-B предназначен для прошивки и питания платформы Arduino. Для подключения к ПК понадобится кабель USB (A — B).

Понижающий регулятор 5V

Понижающий линейный преобразователь NCP1117ST50T3G обеспечивает питание микроконтроллера и другой логики платы при подключении питания через или пин Vin. Диапазон входного напряжения от 7 до 12 вольт. Выходное напряжение 5 В с максимальным выходным током 1 А.

Понижающий регулятор 3V3

Понижающий линейный преобразователь LP2985-33DBVR обеспечивает напряжение на пине . Регулятор принимает входное напряжение от линии 5 вольт и выдаёт напряжение 3,3 В с максимальным выходным током 150 мА.

ICSP-разъём ATmega328P

ICSP-разъём выполняет две полезные функции:

  1. Используется для передачи сигнальных пинов интерфейса SPI при подключении Arduino Shield’ов или других плат расширения. Линии ICSP-разъёма также продублированы на цифровых пинах , , и .
  2. Предназначен для загрузки прошивки в микроконтроллер через внешний программатор. Одна из таких прошивок — Bootloader для Arduino Uno, который позволяет .

А подробности распиновки .