Обзор контроллеров (аппаратной платформы) Arduino

Обзор контроллеров (аппаратной платформы) Arduino
Аппаратная платформа «Arduino» открывает широкие возможности по автоматизации чего-либо для всех тех, кто увлечен робототехникой и электроникой. При этом не обязательно быть программистом и обладать специальными знаниями, достаточно иметь желание и творческую идею. С помощью «Arduino» можно автоматизировать как элементарные, так и более сложные системы управления.

Об «Arduino»
В 2005 году было создано первое устройство, которое отдаленно напоминало современный контроллер. Итальянец Массимо Банци назвал его в честь короля Ардуина. Развиваясь и совершенствуясь, «Ардуино» стало брендом аппаратно-программных средств, с помощью которых можно автоматизировать несложные системы. В основе аппаратной платформы «Ардуино» лежит программируемый контроллер ввода и вывода. Его достоинства – универсальность и модульность. 
Другими словами, «Ардуино» - это миникомпьютер, который можно запрограммировать для выполнения определенных действий.

Плата «Arduino» - это самостоятельный процессор, который обладает памятью и снабжен множеством стандартных вводов и выводов. К нему легко подключаются самые разные устройства и механизмы, сенсоры, датчики, моторы и прочее.
uno4.JPG
«Принцип бутерброда» 
Платы «Arduino» не просто совместимы, а могут соединяться друг с другом посредством штырьевых разъемов. Фактически они насаживаются друг на друга как элементы «бутерброда». Такая доступная модульность – одно из основных преимуществ плат «Arduino». 
buter.jpg
Программирование на базе «Arduino» Программная оболочка размещена на сайте «Arduino» https://www.arduino.cc/Она скачивается бесплатно. Программа загружается с компьютера, к которому плата присоединяется через USB-порт. 

Преимущества «Arduino»
 Невысокая цена и возможность самостоятельной сборки;
 Широкие возможности, модульность и универсальность;
 Доступность для непрофессионального пользователя;
 Большое количество информации в сети: обучающие ролики, обзоры, пошаговые инструкции; сообщества, где можно получить ответы на интересующие вопросы;
 Наличие дополнительного оснащения: кнопки, датчики, индикаторы, а также другие устройства и аксессуары, обеспечивающие взаимодействие контроллера с окружающим миром;
 Простой процесс разработки системы и ее отладки.

Рассмотрим более подробно возможности и порядок работы платформы «Arduino» на примере нескольких программируемых контроллеров. 

Программируемый контроллер Arduino UNO R3 (ATMEGA16U2 + MEGA328P) – это представитель контроллеров компании «Arduino», созданных на микроконтроллере ATmega328. 
uno3.JPG
Плата имеет 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ, а также есть 6 аналоговых выходов. 
В данной плате применяется чип Atmega16U2, который позволяет превратить плату в любое USB-устройство: от мышки до внешнего диска. 
По сравнению с предыдущими версиями Arduino UNO R3 характеризуется более удобной маркировкой входов и выходов. Функциональность платы может быть увеличена за счет использования многочисленных расширений. 
Питание Arduino UNO R3 подается по USB или от внешнего источника питания, в качестве которого может использоваться аккумуляторная батарея или сетевой АС/DC-адаптер. Рекомендуется источник питания с напряжением в диапазоне 7-12 В. Объем флеш-памяти составляет 32 КБ.
uno2.JPG
Контроллер Arduino UNO R3 может быть присоединен к компьютеру, другой плате Arduino или к другому микроконтроллеру. Для этого он оснащен всем необходимым. 
Следует обратить внимание, что запрещается превышать допустимые величины силы тока! Для одного любого вывода ток не должен составлять более 40 мА. Ток для одной группы выводов не может быть более 100 мА. 
Ток для всего микроконтроллера не должен превышать 200 мА. 

Программируемый контроллер Arduino MEGA2560 R3 (CH340G + ATMEGA2560-16AU) разработан на микроконтроллере Arduino Mega2560. 
Arduino MEGA2560 R3.jpg
Данный микроконтроллер включает в себя загрузчик, который облегчает установку новых программ без использования дополнительных программаторов. 
В отличие от Arduino Uno R3 платформа имеет большое количество входов/выходов: 54 цифровых входов/выходов, 16 аналоговых. Ее габариты соответственно тоже больше. 
Данная плата совместима с расширениями и модулями для платформ Duemilanove и Uno. Ее флеш-память составляет 256 КБ. В отношении этой платы действуют те же принципы работы, как и в отношении платы Arduino UNO R3. 
Также имеется кнопка перезагрузки, которая позволяет перезагрузить систему в случае непредвиденного сбоя. Работа с платой начинается с ее подключения к компьютеру посредством USB-кабеля. 

usbarduino.jpg
Вся документация, примеры и схемы находятся на сайте разработчика. 
Есть мнение, что Arduino является «оберткой» для микроконтроллера ATMEGA, так как большинство выводов микроконтроллера напрямую соединены с выводами Arduino. Возможности вводов/выводов разнообразны. Например, аналоговые входы/выходы позволяют измерять параметры сигнала и фактически создать осциллограф, частота измерений которого будет ограничена лишь скоростью процессора. Большинство датчиков Arduino также подключаются через аналоговые выходы. 

Программируемый контроллер Arduino Nano V3.0 (CH340G + ATMEGA328P-AU) – компактная плата на микроконтроллере ATMEGA328P-AU.
nano2.JPG
Она имеет функциональность, схожую с платформами Arduino UNO, но отличается меньшими габаритами. Обладает 14 цифровыми входами/выходами, 6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ, 8 аналоговыми выходами. Флеш-память составляет 32 КБ. 
Это бюджетная модель на чипе СН340G. 
Фактически знакомство с ней лучше начать, открыв ее страничку на сайте производителя. Там находится вся необходимая информация по устройству. 
На плате расположен стабилизатор 5 В. Также имеется загрузчик, который позволяет платформе перепрошивать саму себя. Как и в рассмотренных выше платах Arduino есть возможность не использовать загрузчик, а запрограммировать микроконтроллер через ICSP-выводы. С помощью кнопка RESET производится перезагрузка в случае непредвиденного сбоя. Плата подключается к компьютеру через miniUSB-кабель. 
nano1.JPG
Программируемый контроллер Arduino Pro mini (ATMEGA328P) разработан на микроконтроллере ATMEGA328P, имеет 14 цифровых входов/выходов и 6 аналоговых. 
promini.jpg
Arduino Pro mini питается через кабель FTDI или от источников питания через имеющиеся выходы (Vcc/RAW). 
Прежде всего, данная плата отличается от всех предыдущих своей миниатюрностью. Поэтому ее использование особенно популярно при работе с небольшими устройствами. Соответственно из-за компактных размеров данной платы к ней не подключить «по принципу бутерброда» расширения более крупных плат, однако их можно подключить с помощью дополнительных коннекторов. 
Для хранения кода программ предусмотрена флеш-память 16 КБ. 
В целом технические характеристики программируемого контролера Arduino Pro mini очень схожи с характеристиками других плат Arduino. Основное отличие – это отсутствие USB-интерфейса. Благодаря этому достигается миниатюрность в размерах, но возникает необходимость в использовании дополнительного модуля, типо мини-USB-коннектора, чтобы подключить плату к компьютеру для загрузки программы. 

Программируемый контроллер Arduino DUE 2012 R3 (ARM 32 + AT91SAM3X8EA) – плата на микроконтроллере AT91SAM3X8EA. 
Arduino DUE 2012 R3_.jpg
Она имеет 54 цифровых входов/выходов и 12 аналоговых. Ее основное отличие от других плат Arduino – это работа при напряжении не выше 3,3 В. 
В плате есть все необходимое для того, чтобы сразу начать работу. Достаточно подключить ее к компьютеру через микро-USB-кабель или подать питание, подключив плату к батарейке. Можно также использовать AC/DC-преобразователь. 
Arduino DUE отличается тем, что на ней установлено 32-битное ARM-ядро, обеспечивающее более высокую производительность платформы по сравнению с другими контроллерами Arduino. Кроме того, Arduino DUE имеет огромную память для записи программ – 512 КБ. Есть возможность стереть информацию из памяти с помощью соответствующей кнопки. 
Arduino DUE – это новая плата, которая значительно отличается от других плат Arduino своей функциональностью и производительностью. 

Программируемый контроллер Arduino Leonardo R3 (ATMEGA32U4) выполнен на базе микроконтроллера ATMEGA32U4. 
leonardo (1).jpg
Имеет 20 цифровых входов/выходов, 7 из которых могут использоваться как выходы ШИМ и 12 как аналоговые выходы. Данная плата является обновленной версией платы Arduino Uno. Отличие платы Arduino Leonardo заключается в том, что она имеет встроенную поддержку для USB-подключения. 

Порядок работы с платой Arduino. Первые шаги. 
Плата «Arduino» подключается к компьютеру с помощью USB-кабеля. При этом загораются светодиодные индикаторы. 
  indicator.jpg
Windows не обнаружит устройство, если предварительно не скачать драйвера с официального сайта компании «Arduino» https://www.arduino.cc/
Рекомендуется скачать последнюю версию драйверов, на данный момент это Arduino 1.0.5. После того как скаченный файл будет распакован, в нем можно обнаружить папку с драйверами. Файл arduino.inf нужно поместить на диск С, чтобы в дальнейшем произвести его установку. В скаченной папке также есть файл arduino.exe. Чтобы начать работать с платой «Arduino», следует запустить этот файл. Далее выбрать программируемый контролер, с которым производится на данный момент работа. Например, Arduino UNO R3. После этого можно начать проект. Во вкладке «Примеры» уже предложены возможные варианты проектов с подробным описанием. Если выбрать один из них, то откроется программный код, который в случае необходимости можно проверить на ошибки. После этого программный код загружается на контроллер, на котором загораются светодиодные индикаторы, свидетельствующие об исправной работе платы. 
Если нужно найти документацию на программируемый контроллер Arduino, то это также можно сделать на официальном сайте компании https://www.arduino.cc/. Для этого достаточно зайти во вкладку Product и выбрать нужный контроллер. Вся документация представлена в полном объеме, включая схемы, поэтому разобраться, как функционирует контроллер, не составит никакого труда. 

Выбор платы Arduino
Считается, что для начинающего лучше всего подойдет плата Arduino Uno. 
  uno1.JPG
Несмотря на то, что это одна из самых дешевых плат Arduino, она достаточно функциональна. Плата Arduino Uno входит во многие наборы, которые позволяют приступить к изучению принципов электроники и конструирования. Это абсолютно стандартная плата, можно сказать, «лицо» компании «Arduino». 
Выбирая плату, прежде всего, следует обратить внимание на ее технические характеристики, а именно: 
 на базе какого микроконтроллера создана плата. Именно от этого будет зависеть скорость ее работы;
 входное и выходное напряжение на плату;
 количество и вид входов/выходов. Эта характеристика определяет то количество устройств, которое можно будет подключить к плате;
 объем флеш-памяти, от которой зависит длина рабочей программы;
 размер платы. 

14.07.2016

Возврат к списку