Простые схемы на Arduino для начинающих
Цикл статей и обучающих схем с радиолюбительскими экспериментами на Arduino для начинающих. Это такая радиолюбительская игрушка-конструктор, из которой без паяльника, травления печатных плат и тому подобного любой чайник в электронике может собрать полноценное работающее устройство, подходящее как для профессионального прототипирования так и для любительских опытов при изучении электроники.
Плата Arduino для предназначена в первую очередь для обучения начинающих радиолюбителей основам программирования микроконтроллеров и созданию микроконтроллерных устройств своими руками без серьезной теоретической подготовки. Среда разработки Arduino позволяет , скомпилировать и загрузить в память платы готовый программный код. Причем загрузка кода предельно проста.
В первую очередь для работы с платой Ардуино начинающему электронщику нужно скачать программу для разработки Arduino, она состоит из встроенного текстового редактора, в котором мы работаем с программным кодом, области сообщений, окна вывода текста(консоли), панели инструментов с кнопками часто применяемых команд и нескольких меню. Для загрузки своих программ и связи это программа через типовой шнур USB подключается к плате Arduino. Самую свежую версию Arduino IDE можно скачать по этой ссылке: 
Код, написанный в среде Arduino, называют скетч. Он пишется в текстовом редакторе, имеющем специальные инструменты вставки/вырезки, замены/поиска текста. Во время сохранения и экспорта в области сообщений (смотри рисунок в первом уроке для начинающих, чуть ниже) появляются пояснения, также могут отображаться ошибки. Консоль показывает сообщения Arduino, включающие полные отчеты об ошибках и другую полезную информацию. Кнопки инструментальной панели позволяют проверить и записать скейтч, открыть, создать и сохранить его, открыть мониторинг последовательной шины и многое др. Итак, переходим к первому уроку Arduino схемы начинающих электронщиков.
Контроллер Arduino UNO для удобства начинающих уже имеет сопротивление и LED-светодиод, подсоединенный к 13 выводу разъема, поэтому никаких внешних радиоэлементов в первом опыте нам не нужно.  Загрузив код, Ардуино позволяет нашей программе поучаствовать в инициализации системы. Для этого мы указываем микроконтроллеру команды, которые он выполнит в момент первоначальной загрузки и далее напрочь забудет об них (т.е. эти команды выполнятся Ардуинкой только один раз при старте). И именно с этой целью в нашем коде мы выделяем блок, в котором храняться эти команды. void setup(), а точнее в том пространстве внутри фигурных скобок этой функции, смотри программный скейтч. Не забывайте про фигурные скобки! Потеря хотя бы одной из них сделает весь скейтч полностью нерабочим. Но и лишние скобки тоже не ставьте, т.к также возникнет ошибка.
Функция void loop() это то место, куда мы помещаем команды, которые будут выполняться все то время, пока включена плата Arduino. Начав выполнение с первой команды, Ардуинка дойдет до самого конца и сразу же перейдет в начало, чтобы повторить ту же самую последовательность. И так бесконечное число раз, до тех пор, пока на плату поступает питание. По своей сути, void loop – это главная функция, точка входа в Arduino. Функция delay(1000) задерживает обработку программы на 1000 милисекунд. Все это идет в вечном цикле loop(). Главный вывод после восприятия нашей первой програмки на Ардуино: С помощью функций void loop и void setup мы передаем микроконтроллеру наши инструкции. Все то, что находится внутри блока setup выполнится всего один раз. Содержимое модуля loop будет повторятся в цикле до тех пор, пока останется включенным Arduino. Тайминг
В предыдущей программе между включением и выключением светодиода была секундная задержка. В используемом выше простейшем коде начинающего ардуинщика был один большой минус. Для выдержки паузы между включением и отключением светодиода в одну секунду мы применили функцию delay() и поэтому в этот момент контроллер не способен выполнять другие команды в главной функции loop(). Корректировка кода в функции loop(), представленная ниже решает эту проблему. Вместо установки значения в HIGH, а затем в LOW, мы получим значение ledPin и проинвертируем его. Допустим если оно было HIGH, то станет LOW и т.п. 
Второй вариант кода Ардуино для управления светодиодом здесь: Затем можно заменить функцию delay(). Вместо нее, лучше использовать функцию millis(). Она возвращает количество миллисекунд, прошедшее с момента старта программы. Функция переполнится приблизительно через 50 суток работы программного кода. Похожей функцией является micros(), которая возвращает количество микросекунд, прошедшее с момента запуска программного кода. Функция вернется в ноль через 70 минут работы программы. Конечно, это добавит немного строк кода в наш скетч, но это, сделает вас несомненно более опытным программистом и увеличит потенциал вашего Arduino. Для этого нужно всего лишь научиться применять функцию millis. Следует четко понимать, что простейшая функция delay приостанавливает выполнение всей программы Ардуино, делая ее неспособной выполнять какие-либо задачи в этот период времени. Вместо того, чтобы приостанавливать всю нашу программ, можно подсчитывать, сколько времени прошло до завершения действия. Это, прекрасно, реализуется с помощью функции millis(). Чтобы все было легко в понимании, мы рассмотрим следующий вариант мигания светодиодом без временной задержки. Начало этой программы такое же как и у любого другого стандартного скетча Arduino. 
Скачать скейтч с 3 вариантом В данном примере начинающего ардуинщика мы изучили две новые переменные currentTime и loopTime. В функции setup() обе переменные имеют одинаковое значение. В функции loop(), переменная currentTime каждый раз обновляется в цикле. Если currentTime выше чем loopTime на 2 секунды (loopTime + 2000), то светодиод переключает свое состояние, а переменной loopTime приравнивается текущее значение currentTime. В данном уроке для начинающих мы не применяли функцию delay() и процессор способен осуществлять в это время другие программные алгоритмы. А можно запрограммировать Ардуино и так, как в коде по ссылке ниже: (Вариант 4 ). ИМХО более граммотный и рациональный вариант. Сначала идет объявление всех нужных переменных и линий ввода/вывода (например, линии 11 для светодиода). Здесь нам также потребуется уже встречаемая переменная типа integer для хранения текущего состояния светодиода. Она будет установлена в LOW, т.к начальное состояние светодиода – выключено. Затем введем новую переменную «previousMillis» типа «unsigned long». В отличие от «int» длинные переменные без знака 32 битные, это требуется для переменных, значение которых может достичь больших значений – как потенциальное время, которое мы можем ожидать, до тех пор, пока не будет предпринято действие. Переменная previousMillis будет применятся в нашем скетче для хранения времени, когда последний раз мигал индикатор. Переменная «const long», также 32-битная, но она не меняет своего значение, то есть она используется для констант (в данном примере Ардуино мы ее применили для константы interval). Мы установим константу на 1000 и применим в качестве паузы. Далее переходим в бесконечный цикл void loop(). Помните, что в данном примере начинающего, вместо задержки мы хотим подсчитать, сколько времени прошло с момента последнего мигания светодиодного индикатора, в нашем случае 1000 мс. Если указанное время вышло, состояние нашего светодиода меняется. Таким образом, мы установим беззнаковый длинный (unsigned long) «currentMillis» равный «millis ()», что задает текущее время в миллисекундах. Это покажет, превысила ли разница между текущим временем и предыдущим - временной интервал в 1000 мс. Затем, если состояние светодиода LOW, делаем его HIGH, иначе - LOW. Затем с помощью уже знакомой команды digitalWrite выводим текущее состояние на светодиодный индикатор.
Этот простой эксперимент не только демонстрирует, как использовать цифровой выход, но и как применять цифровой вход. При нажатии кнопки, подключенной к цифровому входу, включается или выключается светодиод. В программе используются две новые функции digitalWrite() и digitalRead(). Схема подключения к Ардуино показана ниже. 
В данном примере используется два цифровых ввода-вывода Arduino. Светодиод подсоединяется к 8 пину, который сконфигурирован как OUTPUT. К 9 через подтягивающий резистор подключена кнопка, которая настроена как INPUT. Когда нажимаем на кнопку пин 9 устанавливается в HIGH, и программа переключает вывод 8 в HIGH, тем самым включая светодиод. Отпускание кнопки сбрасывает девятый вывод в состояние LOW. Затем код переключает вывод 8 в LOW, отключая световой индикатор.
Для управления пятью светодиодами будем применять различные манипуляции с портами Arduino. Для этого напрямую запишем данные в порты Arduino, это позволит задать значения для светодиодов при помощи одной лишь функции. Arduino UNO обладает тремя портами: B (цифровые входа/выхода с 8 по 13); C (аналоговые входа); D (цифровые входа/выхода с 0 по 7) Каждый порт осуществляет управление тремя регистрами. Первый DDR задает чем будет являться pin входом или выходом. При помощи второго регистра PORT можно задать pin в состояние HIGH или LOW. При помощи третьего можно считать информацию о состояние ножек Arduino, в случае если они работает на вход. 
Для работы схемы задействуем порт B. Для этого установим все ножки порта как цифровые выхода. У порта B всего 6 ножек. Биты регистра DDRB должны быть заданы в "1", если пин будет использоваться как выход (OUTPUT), и в "0", если пин планируем применять как вход (INPUT). Биты портов нумеруются с 0 по 7, но не всегда имеют все 8 пинов Допустим: DDRB = B00111110; // установить ножки порта В с 1 по 5 как выхода, а 0 как вход. В нашем схеме бегущих огней мы задействуем пять выходов: DDRB = B00011111; // установить пины порта В с 0 по 4 как выходы. Для записи данных в порт В нужно задействовать регистр PORTB. Зажечь первый светодиод можно с помощью управляющей команды: PORTB = B00000001;, первый и четвертый LED: PORTB = B00001001 и т.п Существует два оператора двоичного сдвига: влево и вправо. Оператор сдвига влево заставляет все биты данных переместиться влево, соответственно оператор сдвига вправо, перемещает их вправо. Пример: Теперь вернемся к исходному коду нашей программе. Нам требуется ввести две переменные: upDown будет включать в себя значения куда двигаться - вверх или вниз, а вторая cylon укажет какие Led зажигать.
В функции setup() мы определяем какие ножки должны работать как выхода. В главном цикле loop(), светодиоды загораются по очереди вверх путем увеличения переменной cylon, а когда доходит до самого верхнего, то переменной upDown присваивается ноль и светодиоды начинают светиться вниз по очереди. 
Конструктивно такой светодиод имеет один общий вывод и три вывода для каждого цвета. Ниже показана схема подключения RGB-светодиода к плате Arduino с общим катодом. Все резисторы используемые в схеме для подключения должны быть одного номинала от 220-270 Ом. 
Для подключения с общим катодом схема подключения трехцветного led будет почти аналогична, за исключением того, что общий вывод будет подключен не к земле (gnd на устройстве), а к выводу +5 вольт. Выводы Красный, зеленый и синий в обоих случаях подключаются к цифровым выходам контроллера 9, 10 и 11.
К девятому пину Arduino UNO подключим внешний светодиод через сопротивление 220 Ом. Для плавного управления яркостью последнего применим функцию analogWrite(). Она обеспечивает вывод ШИМ-сигнала на ножку контроллера. Причем команду pinMode() вызывать не требуется. Т.к analogWrite(pin,value) включает два параметра: pin - номер ножки для вывода, value - значение от 0 до 255. Код:
/* Учебный пример начинающего ардуинщика, раскрывает возможности команды analogWrite() для реализации Fade-эффекта светодиода */ int brightness = 0; // яркость LED int fadeAmount = 5; // шаг изменения яркости unsigned long currentTime; unsigned long loopTime; void setup() { pinMode(9, OUTPUT); // устанавливаем 9 пин как выход currentTime = millis(); loopTime = currentTime; } void loop() { currentTime = millis(); if(currentTime >= (loopTime + 20)){ analogWrite(9, brightness); // устанавливаем значение на 9 выводе brightness = brightness + fadeAmount; // прибавляем шаг изменения яркости, которая установится в следующем цикле // если достигли мин. или макс. значения, то идем в обратную сторону (реверс): if (brightness == 0 || brightness == 255) { fadeAmount = -fadeAmount ; } loopTime = currentTime; } }
Энкодером предназначен для преобразования угла поворота в электрический сигнал. С него мы получаем два сигнала (А и В), которые противоположны по фазе. В этом учебном примере мы будем применять энкодер SparkFun COM-09117, имеющий двенадцать положений на один оборот (каждое положение ровно 30°). На приведенном ниже рисунке хорошо видно, как зависят выход А и В друг от друга при движении энкодера по часовой или против часовой стрелки.  Если сигнал А переходит от положительного уровня к нулевому, мы считываем значение выхода В. Если выход В в этот момент времени находится в положительном состоянии, значит энкодер двигается по направлению часовой стрелке, если В выдает нулевой уровень, то энкодер двигается в противоположном направлении. Считывая оба выхода, мы при помощи микроконтроллера способны вычислить направление вращения, а при помощи подсчета импульсов с А выхода энкодера - угол поворота. При необходимости можно при помощи расчета частоты, определить насколько быстро происходит вращение энкодера. Применяя энкодер в нашем учебном примере мы будем регулировать яркостью светодиода при помощи ШИМ выхода. Для считывания данных с энкодера мы будем использовать метод, базирующийся на программных таймерах, которые мы уже рассмотрели. Учитывая тот факт, что в самом быстром случае, мы можем повернуть ручку энкодера на 180° за 1/10 секунды, то это будет 6 импульсов за 1/10 секунды или 60 импульсов в одну секунду. В реальности быстрее вращать не возможно. Так как нам необходимо отслеживать все полупериоды, то частота должна быть около 120 Герц. Для полной уверенности, возьмем 200 Гц. Так как, в данном случае, у нас используется механический энкодер, то возможен дребезг контактов, а низкая частота прекрасно отфильтровывает подобный дребезг. 
По сигналам программного таймера необходимо постоянно осуществлять сравнение текущего значения выхода А энкодера с предыдущим значением. Если состояние меняется от положительного к нулю, то мы опрашиваем состояние выхода В. В зависимости от результата опроса состояния мы увеличиваем или снижаем счетчик значения яркости LED светодиода. Код программы с временным интервалом около 5 мс (200 Гц), представлен ниже: Код начинающего ардуинщика:
/* ** Энкодер ** Для управлением яркостью светодиода применяется энкодер фирмы Sparkfun */ int brightness = 120; // яркость светодиода, начинаем с половины int fadeAmount = 10; // шаг изменения яркости unsigned long currentTime; unsigned long loopTime; const int pin_A = 12; // pin 12 const int pin_B = 11; // pin 11 unsigned char encoder_A; unsigned char encoder_B; unsigned char encoder_A_prev=0; void setup() { // declare pin 9 to be an output: pinMode(9, OUTPUT); // устанавливаем 9 вывод как выход pinMode(pin_A, INPUT); pinMode(pin_B, INPUT); currentTime = millis(); loopTime = currentTime; } void loop() { currentTime = millis(); if(currentTime >= (loopTime + 5)){ // проверяем состояния каждые 5мс (частота 200 Гц) encoder_A = digitalRead(pin_A); // считываем состояние выхода А энкодера encoder_B = digitalRead(pin_B); // выхода В энкодера if((!encoder_A) && (encoder_A_prev)){ // если состояние меняется с положительного к нулевому if(encoder_B) { // выход В в положительном состояние, значит вращение осуществляется по часовой стрелке // увеличиваем яркость свечения, не более чем до 255 if(brightness + fadeAmount <= 255) brightness += fadeAmount; } else { // выход В в нулевом состояние, значит вращение идет против часовой стрелки // снижаем яркость, но не ниже нуля if(brightness - fadeAmount >= 0) brightness -= fadeAmount; } } encoder_A_prev = encoder_A; // сохраняем значение А для последующего цикла analogWrite(9, brightness); // устанавливаем яркость на девятый пин loopTime = currentTime; } }
В этом примере для начинающих мы рассмотрим работу с пьезоизлучателем для генерирования звуков. Для этого возьмем пьезодатчик позволяющий генерировать звуковые волны в диапазоне частот 20 Гц - 20 кГц.
Это такая радиолюбительская конструкция где по всему объему расположены светодиоды. С помощью этой схемы можно генерировать различные световые и анимационные эффекты. Сложные схемы способны даже отображать различные объемные слова. Другими словами это элементарный объемным монитор
Сервопривод является основным элементом при конструировании различных радиоуправляемых моделей, а управление им с помощью контроллера просто и удобно. 
Программа для управления проста и наглядна. Начинается она с подключения файла, содержащего все необходимые команды для управления сервоприводом. Далее, мы создаем объект servo, например servoMain. Следующая функция setup(), в которой мы прописываем, что сервопривод подсоединен к девятому выводу контроллера. Код:
/* Arduino Servo */ #include Servo servoMain; // Обьект Servo void setup() { servoMain.attach(9); // Servo подключен к девятому выводу } void loop() { servoMain.write(45); // Повернуть сервопривод влево на 45 ° delay(2000); // Ожидание 2000 милисекунд (2 секунды) servoMain.write(0); // Повернуть серво влево на 0 ° delay(1000); // Пауза 1 с. servoMain.write(90); // Повернуть серво на 90 °. Центральная позиция delay(1500); // Ожидание 1.5 с. servoMain.write(135); // Повернуть серво вправо на 135 ° delay(3000); // Пауза 3 с. servoMain.write(180); // Повернуть серво вправо на 180 ° delay(1000); // Ожидание 1 с. servoMain.write(90); // Повернуть серво на 90 °. Центральная позиция delay(5000); // Пауза 5 с. } В главной функции loop(), мы задаем команды для серводвигателя, выдерживая паузы между ними.
Этот простой проект на Arduino для начинающих, заключается в создании схемы счетчика на обычном 7-сегментном индикаторе с общим катодом. Программный код, приведенный ниже, позволяет при нажатии на кнопку запускать счет от 0 до 9. Семисегментный индикатор – представляет собой комбинацию 8 светодиодов (последний отвечает за точку) с общим катодом, которые можно включать в нужной последовательности так, чтобы они создавали цифры. Следует обратить внимание, что в данной схеме, смотри рисунок ниже, выводы 3 и 8 отведены под катод. 
Справа показана таблица соответствия выводов Arduino и выводов светодиодного индикатора. Код этого проекта: byte numbers[10] = {
B11111100, B01100000, B11011010, B11110010, B01100110, B10110110, B10111110, B11100000, B11111110, B11100110 }; void setup() { for(int i = 2; i <= 8; i++) { pinMode(i, OUTPUT); } pinMode(9, INPUT); } int counter = 0; bool go_by_switch = true; int last_input_value = LOW; void loop() { if(go_by_switch) { int switch_input_value = digitalRead(9); if(last_input_value == LOW && switch_input_value == HIGH) { counter = (counter + 1) % 10; } last_input_value = switch_input_value; } else { delay(500); counter = (counter + 1) % 10; } writeNumber(counter); } void writeNumber(int number) { if(number < 0 || number > 9) { return; } byte mask = numbers[number]; byte currentPinMask = B10000000; for(int i = 2; i <= 8; i++) { if(mask & currentPinMask) digitalWrite(i,HIGH); else digitalWrite(i,LOW); currentPinMask = currentPinMask >> 1; } }
Существенно расширить потенциал плат Ардуино можно и с помощью дополнительных модулей, которые можно подключить к PIN выводам практически любого устройства. Рассмотри наиболее популярные и интересные модули расширения или как их еще называют - шилды. |
    
 |
