Czym jest Arduino?
Arduino to platforma open-source, która składa się z płytek drukowanych i oprogramowania IDE (Integrated Development Environment). Fizyczna programowalna płytka jest również znana jako mikrokontroler. Oprogramowanie służy do tworzenia i wgrywania kodu na płytkę drukowaną za pomocą kabla USB.
Sprzęt i oprogramowanie Arduino doskonale nadają się dla osób, które interesują się opracowywaniem i konstruowaniem interaktywnych projektów. Płytki mogą współpracować z kamerami, przełącznikami, diodami LED, silnikami, przyciskami, głośnikami i wieloma innymi elementami.
Płytki Arduino znajdują zastosowanie w wielu aplikacjach, takich jak robotyka czy systemy audio. Wykorzystuje się je do projektowania prototypów i opracowywania sterowania opartego na kodzie. Kod Arduino stanowi wersję języka C++, który jest łatwym w użyciu językiem programowania, dzięki czemu płytka Arduino jest bardziej przystępna i atrakcyjna dla początkujących.
Z czego składa się płytka drukowana Arduino?
Wyróżniamy wiele typów płytek Arduino przeznaczonych do różnych celów. Mimo że płytki różnią się od siebie komponentami, te elementy stanowią wyposażenie wszystkich typów płytek Arduino:
USB/Barrel jack
Każda płytka Arduino wymaga zasilania. Do tego celu można wykorzystać kabel USB podłączony z komputera do płytki lub zasilacz sieciowy. Na rysunku 1 powyżej port USB jest oznaczony jako (1), a złącze typu barrel jack (do zasilania sieciowego) jest oznaczone jako (2). Płytka Arduino jest w stanie odbierać zasilanie tylko o natężeniu mniejszym niż 20 V. Większe napięcie zasilania może spowodować przepięcie i zniszczenie płytki. Zalecane napięcie zasilania wynosi od 6 do 12 V. Do wczytania kodu na płytkę Arduino należy użyć kabla USB.
Styki
Styki pozwalają na podłączenie przewodów do płytki i tworzenie obwodów, zwykle wykorzystując do tego płytkę prototypową i przewody. Styki są wyposażone w czarne, głowice z tworzywa sztucznego, które umożliwiają wpięcie przewodów bezpośrednio do płytki. Płytka Arduino zawiera wiele styków, rozmieszczonych wokół krawędzi, widocznych na rysunku 1, oznaczonych cyframi 3-9. Są to:
- GND (Ground) – Arduino zawiera wiele styków GND (3), które służą do uziemienia układu. Obwód jest uziemiony, gdy jeden z przewodzących przewodów, podłączonych do obwodu, ma zapewnioną bezpośrednią drogę do ziemi.
- 5 V (4) i 3,3 V (5) – te styki działają w prosty sposób. Oba styki zapewniają odpowiednio 3,3 V i 5 V i mogą być podłączone do większości komponentów Arduino.
- Analog (6) – to styki na rysunku 1, które znajdują się w sekcji „analog in”. Styki te odczytują sygnał z czujnika analogowego i zamieniają go na wartość cyfrową.
- Digital (7) – po przeciwnej stronie płytki widoczne są styki cyfrowe (0-13). Za ich pomocą można zrealizować cyfrowe wejście i wyjście.
- PWM (8) – niektóre ze styków cyfrowych na rysunku 1 oznaczono symbolem ‘~’. Styki te mogą mieć zwykłe zastosowanie cyfrowe, ale mogą też być użyte do modulacji szerokości impulsów (PWM). PWM jest metodą pozwalającą na osiągnięcie analogowych wyników za pomocą środków cyfrowych.
- AREF (9) – oznacza Analog Reference. Często nie jest używany, ale może służyć do ustawienia zewnętrznego napięcia odniesienia jako maksymalnej mocy dla styków wejścia analogowego.
Przycisk resetowania
Naciśnięcie przycisku reset (10) powoduje tymczasowe połączenie styku reset z uziemieniem i ponowne uruchomienie każdego kodu załadowanego do Arduino.
Wskaźnik LED zasilania
Obok napisu ON na rysunku 1 znajduje się dioda LED, która powinna zapalić się po podłączeniu Arduino do źródła zasilania.
Diody LED TX RX
TX (nadawanie) i RX (odbieranie) oznaczają styki, które umożliwiają komunikację szeregową. Oznaczenia te są widoczne na rysunku 1 dwukrotnie, obok styków cyfrowych 0 i 1, a następnie obok wskaźników LED TX i RX (12) i wskazują, kiedy Arduino wysyła i odbiera dane.
Główny układ scalony
IC, czyli układ scalony, jest oznaczony na rysunku 1 numerem 13 i stanowi mózg płytki Arduino. Układy scalone różnią się w zależności od płytki, dlatego przed wczytaniem nowego programu na płytkę należy dowiedzieć się, z jakim układem scalonym mamy do czynienia. Rodzaj IC jest zwykle oznaczony na jego powierzchni.
Regulator napięcia
Regulator napięcia (14) odpowiada za utrzymanie odpowiedniej ilości prądu przepływającego przez płytkę. Jego zadaniem jest odcięcie nadmiaru prądu, aby nie uszkodzić płytki. Nie oznacza to jednak, że może być podłączony do każdego źródła zasilania – maksymalna wartość napięcia to 20 V.
Rodzaje płytek PCB Arduino
Najnowszym modelem Arduino jest Arduino Uno– to doskonały wybór dla początkujących. Płytka zawiera wszystko, co potrzebne do opanowania budowy projektów elektronicznych. Arduino oferuje jednak wiele innych płytek do różnych zastosowań. Poniżej przedstawiamy kilka z nich:
LilyPad Arduino USB
Płytka LilyPad to mikrokontroler zaprojektowany z myślą o e-tekstyliach i technologii ubieralnej. Dzięki płaskiemu grzbietowi i dużym podkładkom łączącym LilyPad może być wszywany do odzieży za pomocą nici przewodzących. Płytka LilyPad jest odporna na uderzenia, może być prana i bez problemu łączy się z innymi urządzeniami.
Arduino Leonardo
Leonardo jest pierwszą płytką rozwojową Arduino, która wykorzystuje mikrokontroler z wbudowanym USB. Bazuje na mikrokontrolerze ATmega32u4 i wyposażona jest w 20 cyfrowych wejść/wyjść (7 z nich może być zastosowanych jako wyjścia PWM), złącze microUSB i przycisk resetowania. Płytka zasilana jest za pomocą zasilacza AC/DC i może być podłączona do komputera bezpośrednio przez USB.
Arduino Mega
Arduino Mega to doskonałe rozwiązanie do projektów, które wymagają dużej ilości styków – mikrokontroler zawiera aż 54 styki wejściowe i wyjściowe. 14 styków służy jako styki PWM, a 16 styków służą jako styki analogowe, a 4 styki są przewidziane do użytku jako porty sprzętowe. Płytka zawiera również 256 KB pamięci flash do przechowywania danych. Arduino Mega może być podłączona do komputera za pomocą kabla USB.
Arduino Nano
Nano to najmniejsza płytka oferowana przez Arduino. Płytka wyposażona jest w 22 wejścia i wyjścia cyfrowe, z których 6 może służyć do modulacji PWM oraz pamięć flash 32 KB do przechowywania danych. Nano wykorzystuje kabel mini USB-B zamiast standardowego i cechuje się wyjątkowo niskim zużyciem energii.
Narzędzia przydatne w pracy z płytkami Arduino
Chcąc w pełni wykorzystać potencjał płytek Arduino, należy połączyć je z innymi komponentami, takimi jak nakładki i czujniki.
Czujniki
Płytki Arduino działają z szeroką gamą czujników, w tym czujników światła, temperatury, ciśnienia, bliskości, wilgotności itp., a do działania wymagają zaledwie kilku prostych kodów.
Nakładki
Nakładki (rozszerzenia) to gotowe płytki drukowane, które można umieścić na płytkach Arduino, aby umożliwić dodatkowe funkcje. Dzięki nakładkom można sterować silnikiem lub wyświetlaczem LED, połączyć się z internetem i nie tylko.
Zalety płytek Arduino
Płytki drukowane Arduino stanowią doskonałą podstawę do tworzenia projektów z zakresu elektroniki. Oto kilka powodów, dla których warto wybrać płytki Arduino:
- Oszczędność – płytki Arduino są tańsze i bardziej praktyczne w porównaniu z innymi mikrokontrolerami.
- Łatwość użytkowania – idealne rozwiązanie zarówno dla początkujących, jak i ekspertów, dzięki łatwemu w użyciu IDE.
- Gotowość do użycia – płytka Arduino stanowi kompletny pakiet, zawierający wszystkie elementy niezbędne do rozpoczęcia projektowania, w tym oscylator, interfejs komunikacji szeregowej, mikrokontroler, nagrywarkę, LED i regulator napięcia 5 V.
- Niezawodność – płytki Arduino to niezawodny wybór zarówno do złożonych, jak i prostych projektów elektronicznych. Płytki mają przylutowane porty wejść i wyjść.
- Oprogramowanie i sprzęt open-source – płytki Arduino wyposażone są w różnego rodzaju styki cyfrowe i analogowe, pozwalając na łatwe tworzenie projektów elektronicznych. Oprogramowanie open-source jest łatwe w użyciu i pozwala programistom na rozszerzenie języka poprzez biblioteki C++.
Zestaw startowy Arduino
Zestaw startowy Arduino to idealny wybór dla początkujących, który uczy podstaw korzystania z płytek Arduino krok po kroku. W zestawie znajduje się płytka Arduino UNO oraz poradnik, dzięki któremu można zbudować nowoczesne projekty.
Poradnik zawiera wszystkie niezbędne informacje dotyczące najbardziej popularnych i praktycznych części elektronicznych, co pozwala oszczędzić czas i wysiłek związany z wyszukiwaniem odpowiednich komponentów. Zestaw pozwala poznać działanie czujników i siłowników, począwszy od podstaw elektroniki po uruchomienie zaawansowanych projektów. Dzięki zdobytej wiedzy użytkownicy będą w stanie samodzielnie wybrać odpowiednie oprogramowanie i obwody do bardziej zaawansowanych projektów.
Arduino uses its own code which is a version of C++, but it is possible to run Arduino with Python too. For a step-by-step guide of running Python on Arduino, take a look here.
Arduino and Raspberry Pi are not the same. Arduino is a microcontroller board and Raspberry Pi is a microprocessor based mini computer used to perform ALU (Arithmetic Logic Unit) operations. The Arduino board is also much simpler to use than Raspberry Pi.
The Arduino Uno is the ideal PCB for beginners as it’s easy to use, it provides all the basic functionality requirements for simple projects and it’s also cheap.
As Arduino is relatively simple to learn, it will generally take around 3-4 months to master the basics.
The best way to learn Arduino is to get hands-on and buy one.
The Arduino IDE is easy to download and runs well on Windows, Mac OS X and Linux. You can download the IDE from the Arduino website. For full instructions on how to install the software and start using your board click here.
Arduino PCB can send data to another computer using WiFi, Ethernet, Bluetooth or the serial connection.
EEPROM (electronically erasable programmable read-only memory), an SD card plugged into a shield, cloud data storage, FRAM (ferroelectric random access memory), a database on another device, a USB flash drive.