Pierwsze kroki z Arduino: przewodnik dla początkujących

Pierwsze kroki z Arduino: przewodnik dla początkujących

W kręgach miłośników prototypowania, platforma oraz płyty Arduino są dobrze ugruntowanym standardem, który stanowi integralny element projektowania i rozwoju nowych rozwiązań w wielu branżach przemysłu. W związku z tym wszystkie osoby, które dopiero stawiają pierwsze w dziedzinie prototypowania, muszą dokładnie zrozumieć, czym jest Arduino i do czego służy – choć również eksperci mogą czasem odświeżyć swoje informacje o nieograniczonych możliwościach oferowanych przez tę markę.

W istocie Arduino to platforma elektroniczna open source oraz programowalna płytka drukowana lub komputer jednopłytkowy. Możliwość przekształcenia wejścia (np. naciśnięcia przycisku, wykrycia źródła światła lub wiadomości SMS) na wyjście (np. wysłanie wiadomości e-mail, uruchomienie silnika lub miganie diody LED) za pomocą mikrokontrolera oraz jej kompaktowe rozmiary i przyjazny interfejs sprawiają, że doskonale sprawdza się jako niedrogie i wydajne rozwiązanie do prototypowania.

Prostota i elastyczność zaskarbiły jej popularność zarówno wśród początkujących, jak i profesjonalistów. Od innych komputerów jednopłytkowych rożni się nie tylko przyjaznym i przejrzystym środowiskiem programistycznym, lecz również otwartością sprzętu i oprogramowania. Dzięki temu członkowie społeczności Arduino mogą uwolnić swoją kreatywność, tworząc nowe, oryginalne zastosowania z użyciem płytek Arduino – prawdziwej kolebki innowacji. Możliwość stosowania płytek tego systemu w różnych systemach operacyjnych oraz ich stosunkowo niska cena sprawiają, że użytkownicy nie muszą przejmować się ograniczeniami, które często występują w przypadku innych komputerów i platform jednopłytkowych.

Rozpoczęcie pracy z Arduino jest niezwykle proste, jednak początkujący mogą skorzystać z pewnych wskazówek ze względu na ogromną liczbę produktów dostępnych na rynku. W niniejszym przewodniku pokażemy, jak zacząć pracę z pierwszą płytką Arduino – począwszy od wyboru odpowiednich produktów po pierwsze kroki, które należy wykonać po ich otrzymaniu.

Twoja pierwsza płytka Arduino

Na samym początku zaleca się zacząć od jednej spośród bardziej podstawowych płytek. Arduino Uno to idealna opcja dla początkujących – jest łatwa w użyciu oraz jest dostarczana z wymiennym układem mikrokontrolera, a także oferuje wszystkie bazowe funkcje wymagane w prostych projektach za niską cenę. Co prawda inne posiadają więcej pamięci lub pinów, lecz jeśli Twoim celem jest tylko zapoznanie się z platformą Arduino lub nie wiesz, czy będziesz jej dalej używać, nie ma potrzeby wydawać więcej na płytkę o dodatkowej funkcjonalności, która może się już więcej nie przydać.

Arduino Uno SMD R3 to płytka z mikrokontrolerem oparta na modelu ATmega328. Ma 14 pinów wejścia/wyjścia cyfrowego (z których 6 można używać jako pinów PWM), 6 wejść cyfrowych, rezonator kwarcowy 16 MHz, złącze USB, gniazdo zasilania, listwę ICSP oraz przycisk resetowania. Zawiera też wszystkie elementy niezbędne do obsługi mikrokontrolera – wystarczy podłączyć ją do komputera z użyciem kabla USBA lub dostarczyć zasilanie za pomocą zasilacza AC/DC bądź akumulatora.

Płytka Uno różni się od wszystkich wcześniejszych modeli tym, że nie korzysta z układu sterownika FTDI USB/złącze szeregowe.

Dodatkowe funkcje wprowadzone w najnowszej wersji R3 to:

• Konwerter USB na złącze szeregowe ATmega16U2 zamiast 8U2
• Układ pinów 1.0:
  • Dodane piny SDA i SCL do komunikacji TWI rozmieszczone w pobliżu pinu AREF
  • Dwa inne nowe piny umieszczone niedaleko pinu RESET: pin IOREF, który umożliwia adaptację rozszerzenia do napięcia dostarczanego z płytki, a także niepodłączony pin zarezerwowany do wykorzystania w przyszłości
• Silniejszy obwód RESET

Specyfikacje produktu

Mikrokontroler	ATmega328P
Napięcie robocze	5V
Napięcie wejściowe (zalecane)	7-12V
Input voltage (limit)	6-20V
Piny we/wy cyfrowych	14 (w tym 6 zapewnia wyjście PWM)
Piny we/wy cyfrowych PWM	6
Piny wejść analogowych	6
Prąd DC na pin we/wy	20 mA
Prąd DC na pin 3,3 V	50 mA
Pamięć flash	32 KB (ATmega328P), z czego 0,5 KB jest wykorzystywane przez program ładujący
SRAM	2 KB (ATmega328P)
EEPROM	1 KB (ATmega328P)
Częstotliwość zegara	16 MHz
LED_BUILTIN	13
Długość	68.6 mm
Szerokość	53.4 mm
Waga	25 g

Podstawowe elementy

Płytka Arduino Uno może być wykorzystana jako mózg zastosowań prototypowania, jednak do faktycznego uruchomienia projektu wymagane będzie użycie dodatkowych części. Przygotowaliśmy krótki opis podstawowych elementów, z którymi można zetknąć się podczas tworzenia pierwszego projektu:

• Płytka prototypowa  Płytka prototypowa to niezbędny element prototypowania obwodów. Jest to blok z tworzywa sztucznego z otworami na przewody, który umożliwia tymczasowe łączenie elementów. Składa się z wierszy i kolumn, które ułatwiają tworzenie połączeń.
  
  Przeglądaj płytki prototypowe
   
• Kabel USB typu B Wykorzystywany do zasilania płytki Arduino. Podłączany do portu USB typu Bkomputera.
  
  Przeglądaj kable USB typu B
   
• Przewody połączeniowe Przewody połączeniowe służą do tworzenia tymczasowych połączeń między elementami na płytce prototypowej.
  
  Przeglądaj przewody połączeniowe
   
• Rezystory Rezystory ograniczają przepływ prądu. Są prawie zawsze wymagane w celu zabezpieczenia części przed przeciążeniem oraz uniknięcia zwarć. To podstawowy element projektów elektronicznych.
  
  Przeglądaj rezystory
   
• Fotorezystory Fotorezystory umożliwiają platformie Arduino pomiar zmian oświetlenia. Ich oporność maleje wraz ze wzrostem natężenia światła.
  
  Przeglądaj fotorezystory
   
• Kondensatory Kondensatory umożliwiają przechowywanie ładunku elektrycznego oraz pełnią funkcję niewielkich akumulatorów – choć działają one zupełnie inaczej.
  
  Przeglądaj kondensatory
   
• Tranzystory  Tranzystor służy do przełączania lub wzmacniania sygnału. To urządzenie półprzewodnikowe, które funkcjonuje jako przełącznik sterowany prądem. Można również rozważyć zastosowanie tranzystorów typu MOSFET.
  
  Przeglądaj tranzystory
   
• Diody  To kolejny typ urządzeń półprzewodnikowych, który umożliwia kierowanie przepływem prądu tylko w jednym kierunku.
  
  Przeglądaj diody
   
• Przekaźniki Przekaźniki to elementy mechaniczne składające się z cewki odciąganej przez sprężynę, które pełnią funkcję przełączników sterowanych prądem, podobnie jak tranzystory.
  
  Przeglądaj przekaźniki
   
• Diody LED  Dioda elektroluminescencyjna (LED) to dioda, która emituje energię w postaci światła. Konieczne jest używanie rezystorów z diodą LED.
  
  Przeglądaj diody LED

Korzystanie z oprogramowania Arduino

Po zakupie płytki Arduino Uno można rozpocząć poznawanie oprogramowania. Potrzeba do tego tylko jednego dodatkowego elementu – kabla USB typu B.

Instalacja

Po pobraniu zintegrowanego środowiska projektowego (IDE) Arduino z witryny Arduino (dostępnego dla systemów Windows, Mac i Linux) należy zainstalować je na swoim komputerze. Instrukcje instalacji zależnie od systemu operacyjnego można znaleźć tutaj.

Można również skorzystać z praktycznego edytora internetowego Arduino – szczegółowe instrukcje na ten temat zamieszczono tutaj.

Połączenie

Następnie podłącz płytkę do komputera za pomocą kabla USB typu B. Pozwala to zapewnić jej zasilanie oraz umożliwić programowanie, podczas którego prąd jest pobierany za pośrednictwem połączenia USB.

Konfiguracja

Aby rozpocząć korzystanie z płytki, wybierz pozycję „Arduino Uno” w menu Narzędzia>Płytka. Następnie wybierz port szeregowy w sekcji Narzędzia>Port. Aby dowiedzieć się, do którego portu podłączona jest płytka Arduino, można odłączyć płytkę i ponownie otworzyć menu. Twoja płytka Arduino Uno to ta pozycja, która zniknie po odłączeniu (zwykle COM3 lub wyżej). Następnie podłącz płytkę Arduino jeszcze raz i wybierz port szeregowy, który pojawi się ponownie, aby zakończyć konfigurację płytki Arduino!

Projekt testowy

W ramach pierwszego projektu testowego można wykonać poniższe krótkie instrukcje, które objaśniają, jak sprawić, aby zamigała wbudowana dioda LED płytki Arduino za pomocą dołączonego do niej przykładowego projektu.

1. W oprogramowaniu IDE kliknij Plik>Przykłady>01.Basics>Blink. Spowoduje to wczytanie przykładowego kodu Twojego projektu, dzięki czemu tym razem nie trzeba niczego kodować samodzielnie.

2. Następnie kliknij znacznik wyboru w prawym górnym rogu okna oprogramowania IDE. Ten przycisk służy do weryfikacji kodu, tj. sprawdzenia pod kątem błędów, oraz skompilowania go w celu przygotowania do przesłania do płytki Arduino.

4. Ostatnim etapem po skompilowaniu kodu jest przesłanie go do płytki Arduino. Aby to zrobić, wystarczy kliknąć przycisk strzałki obok znacznika wyboru w prawym górnym rogu okna oprogramowania IDE.

5. Wbudowana dioda LED płytki Arduino powinna teraz migać. Pierwszy projekt testowy został zakończony i możesz zająć się bardziej złożonymi zadaniami.

Zestaw startowy Arduino

Zestaw startowy Arduino to idealny punkt wyjścia dla pierwszego projektu Arduino. Skonstruowano go specjalnie z myślą o początkujących, aby zaprezentować podstawy funkcjonowania platformy Arduino w praktyczny sposób. Bazuje na płytce Arduino UNO. W skład zestawu wchodzi książka zawierająca opis kilku kreatywnych projektów, które można zrealizować z jego użyciem.

Ponadto dołączono do niego zestaw najczęściej używanych i najprzydatniejszych elementów elektronicznych, dzięki czemu nie musisz przejmować się wyszukiwaniem i wybieraniem podstawowych części. Zestaw ten pozwala sterować elementami fizycznymi za pomocą czujników i siłowników, stopniowo przechodząc od prostszych do bardziej złożonych zadań. Po ukończeniu projektów wchodzących w skład zestawu będziesz mieć do dyspozycji pełną gamę oprogramowania, obwodów oraz przede wszystkim wiedzy, aby zając się poważniejszymi projektami.

Zawartość zestawu