Lab 1 - Arduino

obsah

  • 1 Čo je Arduino a ako ho NEZABIŤ
  • 2 Kde kúpiť Arduino
  • 3 Inštalácia ovládačov
  • 4 základné veci, ktoré potrebujete o Arduine vedieť
  • 5 IDE
  • 6 Príklad
    • 6.1 Žmurknutie
    • 6.2 Odosielanie údajov na sériový port počítača.
    • 6.3 Príjem informácií zo sériového rozhrania (alebo z tmelu).
  • 7 cvičení
    • 7.1 Úloha 1 (10 bodov)

Čo je Arduino a ako ho NEZABIŤ

Arduino je platforma používaná na programovanie série procesorov z rodiny Atmel. Arduino používa procesory SoC (System on a Chip), špecifikácie každého typu Arduino nájdete na https://www.arduino.cc/en/Products/Compare .

sériový port

V laboratóriách DSFUM sa použije séria kópií platformy Arduino Uno, ktoré sú prevzaté z Číny a až na jeden modul na načítanie programov, ktoré Číňania uznali za vhodné nahradiť týmto, ktorý vytvorili sami. prevádzka a špecifikácie sú identické. Použitý procesor je teda ATmega328P, pracuje pri napätí 5V (hoci vstupné napätie pre Arduino môže byť medzi 7V a 12V) a má 16Mhz. Aj keď sa to zdá malé, 16MHz stačí na vytvorenie veľmi zložitých programov, ale nedajú vám toľko slobody ako procesor počítača: tentokrát budete musieť optimalizovať kód na maximum, inak máte šancu, že sa vám program nezmestí v RAM (2 kB) alebo aby bežal uspokojivou rýchlosťou (dúfam, že viete, ako je to so zložitosťou algoritmov).

Pretože sme sa stretli so študentmi, ktorí sa boja Arduina, musíme spomenúť, že napätie, ktoré by mohlo byť pre človeka nebezpečné, je nad 24V (aj keď iba 50V môže byť smrteľné) - takže s Arduinom môžete pracovať bez obáv, že mohli by ste dostať prúd. Skôr by ste mohli Arduino poškodiť, ak nesprávne zapojíte vodiče alebo ak ho umiestnite do nevhodného transformátora (nad 12V). V tomto laboratóriu pripojíte Arduino k USB portom počítačov a keďže poskytujú 5 V (500 mA), je napájanie dostatočné na to, aby Arduino fungovalo. Existuje niekoľko zariadení, ktoré je možné pripojiť k Arduinu a ktoré potrebujú prúdy vyššie ako 5 V, ale budeme o nich diskutovať v budúcom laboratóriu. Pre začiatočníkov je tu niekoľko obmedzení, ktoré by ste mali mať na pamäti, aby ste nespálili dosky Arduino, ktoré máme:

Aj keď vyššie uvedené vás majú trochu vystrašiť, Arduino nie je také drahé (cca 30 lei), takže jeho spálenie nie je taká veľká dráma. Tiež USB porty spálené kvôli Arduinu, ktoré som moc nevidel (ale nie je to nemožné).

Kde kúpiť Arduino

Niekoľko odkazov na internetové obchody v Rumunsku:

https://www.robofun.ro - tu sú drahšie, ale originálne

Alebo ak chcete, môžete si kúpiť Arduino a ďalšie komponenty od našich čínskych bratov, ktorí sú na celom ebay (avšak pozor, osoba, od ktorej nakupujete, má vysoké percento pozitívnych recenzií alebo je certifikovaná ebay). Stránky ako alibaba, aliexpress, extrémny kopec atď. tiež vám poskytujú komponenty Arduino +. Odporúčame vám kúpiť si striktne to, čo potrebujete, a nie celé balenia senzorov, ktoré neskôr nemáte kde použiť.

Môžete tiež vyskúšať kolegov, ktorí minulý rok vyrobili Arduino.

Inštalácia ovládača

Pre neoriginálne Arduina (najmä tie z čínskych alebo rumunských stránok za nižšie ceny) budete potrebovať ovládač pre komponent, ktorý načíta program do procesora Arduina. Nájdete ho na stránke kurzu alebo priamo na: https://profs.info.uaic.ro/

Ak chcete nainštalovať ovládač, najskôr pripojte dosku Arduino k počítaču a potom označte miesto, kde ste rozbalili ovládač. V prípade, že to takto nefunguje, v ovládači nájdete aj spustiteľný súbor, ktorý vykoná nútenú inštaláciu (stále však musíte arduino najskôr pripojiť a nechať ho počas inštalácie pripojené - aby inštalačný program zistil, aký typ arduino ste to pripojili). Arduinos, ktoré s MacOS nepracujeme (pokiaľ vieme), sú študenti, ktorí majú tento operačný systém nainštalovaný na laptopoch, pozvaní pracovať na existujúcich počítačoch v laboratóriu.

Základné informácie, ktoré potrebujete vedieť o Arduine

Arduino bolo postavené špeciálne pre použitie vo vzdelávaní, najmä pre technické školy zamerané na elektroniku. Platformu Arduino je možné napájať z USB portu ľubovoľného počítača (alebo dokonca z nabíjačky, ktorá ponúka USB port). Môže byť programovaný pomocou jazyka veľmi podobného jazyku C, ktorého špecifikácie nájdete na stránke arduino.cc, oficiálnej stránke platformy Arduino (presnejšie na https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage).

K arduinu je možné pripojiť rôzne senzory a akčné členy. Senzory berú informácie z prostredia a akčné členy sa používajú na ich určitú zmenu (napríklad pomocou svetelného senzora môžeme preveriť skutočnosť, že vonku stmavlo a môžeme uzavrieť relé pripojené k žiarovke v obývacej izbe. úlovok). Na pripojenie hardvéru ponúka Arduino UNO počet 14 digitálnych pripojení (číslované od 0 do 13) a 6 analógových pripojení (číslovaných od 0 do 5). Zvyčajne sa na pripojenie akčných členov používajú digitálne spojenia a na pripojenie snímačov analógové (aj keď to nie je pravidlom).

Ako každý počítač (zaujímalo by ma, či ste to vedeli), aj Arduino pracuje v nekonečnej slučke. Keď je zapnutý (alebo po nahraní nového programu), vykoná sa sekcia nastavení, po ktorej automaticky vstúpi do oblasti zvanej slučka. Najjednoduchšia štruktúra programu, ktorý môže spustiť Arduino, je preto:

Existuje niekoľko IDE na programovanie platformy Arduino (niet divu, ak vezmeme do úvahy, že všetko sa tu odohráva na nádvorí súčasného OpenSource), ten, ktorý v tomto kurze použijeme, je ten oficiálny, ktorý sa nachádza na stránke arduino.cc ( presnejšie na https://www.arduino.cc/sk/Main/Software).

Za najdôležitejšie/najzaujímavejšie umiestnenia v tomto rozhraní, ktoré vás pozývame, považujeme za:

Príklady

Blikať

Prvý príklad, ktorý uvidíme v laboratóriu 1, je Blikanie (z ponuky Súbor-> Príklady-> Základy-> Blikanie). Úlohou tohto programu je zapnúť a potom zhasnúť LED na doske Arduino, ktorá je pripojená k pinu 13. Zvyčajne sa tento program používa na overenie dobrej komunikácie medzi počítačom a platformou Arduino (môžete skontrolovať, či je program nahraný, a že beží správne - zvyčajne sú nové Arduinos dodávané s týmto predinštalovaným programom práve preto, že sa používajú na kontrolu správneho fungovania). Hodnotu LED_BUILTIN (čo je konštanta) je možné nahradiť 13 - digitálnym pinom, ku ktorému je pripojená LED. Pretože keď nahrávate program na platformu Arduino, deje sa to cez sériový port, na doske Arduino vidíte blikanie dvoch LED diód TX/RX. Ak tieto dve LED diódy nevidíte, znamená to, že ste nevybrali správne port, ku ktorému je pripojené Arduino, alebo ste nenainštalovali ovládače.

Odosielanie údajov na sériový port počítača.

Sériový port je pravdepodobne najstarší v histórii. Posiela znaky za sebou (ako už názov napovedá: sériové). Aj keď bol sériový port inovovaný a v súčasnosti sa nazýva USB (Universal Serial Port), režim prenosu je podobný. Aby sa obe zariadenia mohli synchronizovať, musia obidve poznať rýchlosť, akou komunikácia prebieha. Táto rýchlosť sériového portu sa meria v baudoch a označuje počet kódov, ktoré je možné preniesť za jednu sekundu. Čím vyššia je táto hodnota, tým rýchlejšia je komunikácia a rýchlejšia inštrukcia, ktorá kód odosiela. V tomto príklade použijeme prenosovú rýchlosť 9600 (hoci Arduino môže dosiahnuť 2 000 000 znakov za sekundu). V IDE napíšeme a potom nahráme nasledujúci kód, vysvetlenia ponúkne laboratórny učiteľ:

Ak ste videli, ako program funguje (pomocou Serial Monitoru pri prenosovej rýchlosti 9600 - pozri vyššie, ako k nemu získať prístup), otvorte aplikáciu tmelu, ktorú si môžete stiahnuť z Internetu, pri type pripojenia zvoľte „Serial“ a potom vyberte port na ktorý je pripojený k Arduinu (je to vidieť v pravom dolnom rohu IDE) a zvoľte rýchlosť 9600. Po stlačení tlačidla Otvoriť budete môcť zobraziť informácie prenášané Arduinom.

Prijímanie informácií zo sériového rozhrania (alebo z tmelu).

Môžete použiť buď Serial Monitor v rozhraní IDE, alebo aplikáciu Putty, aby ste zistili, ako funguje ďalšia aplikácia.

Cvičenia

Problém 1 (10 bodov)

Vytvorte program pre Arduino, ktorý prijíma zo sériového portu jednu z možností 1,2 alebo 3.

  • (3pt) Ak je zvolená možnosť 1, na sériovom porte sa zobrazí slovo „on“ a rozsvieti sa LED z kolíka 13.
  • (3pt) Ak je zvolená možnosť 2, na sériovom porte sa zobrazí slovo „vypnuté“ a LED z kolíka 13 zhasne.
  • (3pt) Ak je vybratá možnosť 3, na sériovom porte sa zobrazí slovo „blink“ a bude blikať LED z kolíka 13 (podobne ako v prípade aplikácie blink).
  • (1pt) Efekt odoslania kódu je okamžitý (okamžitý). Bude sa testovať, či počas blikania. keď žiarovka svieti, je zasunutá možnosť 1, LED zostane rozsvietená, ak počas blikania bude svietiť LED, keď je vypnutá, je rozsvietená LED dióda 2.