Что такое Arduino
Arduino — это платформа для создания электроники своими руками. К печатной плате, которая является миниатюрным компьютером, можно подсоединять различные компоненты, например датчики, экраны, переключатели. Или даже другие платы со своими функциями.
В Arduino можно загрузить программу (скетч), чтобы добиться определённого результата. Скажем, включать свет, когда на датчик поступает сигнал, или запускать мотор и ехать в нужном направлении.
Вот из чего состоит конструктор Arduino.
Основа
"Мозг" любого конструктора Arduino — это собственно одноимённая плата. На ней есть процессор, модули памяти и порты ввода-вывода, к которым подключаются другие компоненты.
Самая популярная плата для начинающих — Arduino Uno. На ней 14 цифровых и 6 аналоговых входов, 32 КБ постоянной и 2 КБ оперативной памяти, процессор частотой 16 МГц, порт USB. Не сравнить с современными смартфонами и компьютерами, но для знакомства с конструктором и создания простых систем этого вполне достаточно.
Arduino Nano и Mini — одни из самых компактных в линейке. Nano аналогична Uno по производительности, Mini немного слабее. В Arduino Leonardo установлен новый контроллер (процессор) и вместо USB-порта используется microUSB.
Если же вы заранее знаете, что на простых экспериментах не остановитесь, можно сразу смотреть в сторону плат побольше, например Arduino Mega. Здесь будет уже 54 цифровых выхода и 16 аналоговых, 256 КБ постоянной и 8 КБ оперативной памяти, а также процессор частотой 16 МГц и порт USB.
Конструктор постоянно развивается, появляются новые версии платформы — с более производительными микроконтроллерами, большим объёмом памяти, расширенным набором портов, дополнительными компонентами вроде Bluetooth или Wi-Fi.
Обратите внимание: блока питания на плате нет, к розетке вы её не подключите. Электроэнергию можно подавать либо через порт USB/microUSB от компьютера или внешнего аккумулятора, либо на разъём Vin или 5V (плюс на Gnd — "земля") на плате (они промаркированы) — например, от батареи или блока питания для ПК.
Дополнительные элементы
Чтобы платформа Arduino не просто выполняла вычисления, а давала какие-то наглядные и полезные результаты работы, к ней нужно подключить "обвес". Это могут быть:
- Датчики. Они принимают информацию и передают её плате, бывают цифровыми и аналоговыми. К примеру, для Arduino есть датчики света, цвета, температуры, давления, влажности, уровня воды и другие. Выпускаются и более сложные сенсоры. Например, датчики препятствия и расстояния часто используют для создания управляемых роботов и машинок.
- Светодиоды — самые простые элементы, которые покажут результат работы Arduino. Загорелся светодиод — что-то произошло, например получили определённый сигнал с датчика.
- Моторы и другие приводы. Они нужны для того, чтобы привести в движение части вашей конструкции: заставить колёса машины крутиться, а робота — шагать.
- Экраны. Используются для вывода информации. Обычно это небольшие чёрно-белые LCD-дисплеи для пары строк текста, но есть и компактные цветные TFT-экраны разрешением до 240 × 320 точек и диагональю до 3 дюймов.
- Кнопки и переключатели. Позволяют управлять работой устройства на базе Arduino: включать и выключать его, задавать определённые сценарии поведения.
- Резисторы. Нужны, чтобы менять яркость свечения светодиодов или создавать особые электрические схемы.
- Потенциометры — резисторы с переменным сопротивлением. Их обычно используют, чтобы управлять напряжением, яркостью светодиодов, громкостью звуков и так далее.
- Провода, перемычки и макетная плата. Нужны для простой сборки вашего Arduino без пайки. Достаточно вставлять ножки резисторов, коннекторов, проводников и других деталей в отверстия на плате. Так быстрее, безопаснее и легче — разберётся даже ребёнок.
Платы расширения
Такие платы, которые иногда называют шилдами (Shield), расширяют возможности Arduino. Они устанавливаются на платформу или друг на друга по принципу бутерброда.
Назначение плат обычно отражено в названии. Например, Ethernet Shield позволяет подключить систему к сети Ethernet, GPRS Shield — к мобильной сети. Для управления мощными моторами выпускается Motor Shield, для работы Arduino от бытовой электросети напряжением 220 вольт — AC/DC Shield.
Почему Arduino — это круто
Существует миф, что Arduino — это дорогая игрушка для гиков, которые умеют держать в руках паяльник и писать километры кода. Но на самом деле даже не слишком подкованному технически человеку этот конструктор принесёт радость и пользу.
Это возможность развить технические навыки
Arduino — конструктор простой и "дружелюбный". Особых знаний и умений вам не потребуется, специального образования — тоже. Повторимся: с макетной платой и коннекторами ничего паять не придётся — собирать гаджеты будет не сложнее LEGO.
Чтобы написать скетч, достаточно освоить лишь азы программирования. Для Arduino используется упрощённый язык, основанный на С++.
Поначалу вы можете использовать готовые схемы и скетчи. Со временем научитесь дорабатывать их или создавать собственные конструкции с нуля. А готовые библиотеки с открытым исходным кодом только расширят ваши возможности.
В то же время с Arduino вы станете лучше разбираться в технике. Вы поймёте, как работают различные электронные компоненты, как из простых датчиков и слабого процессора собрать сложную систему, как составить алгоритм её действия. Наконец, придумаете, как автоматизировать рутинные задачи дома и в офисе.
Arduino даёт тот самый технический бэкграунд, который пригодится во многих ситуациях. Конструктор также развивает логическое мышление и креативность.
Это первый шаг к новой профессии
Если вы хоть раз задумывались о том, чтобы войти в IT, Arduino поможет вам принять правильное решение. Создавая гаджеты из конструктора и программы для них, вы поймёте, насколько вам интересен этот процесс, чем именно вы хотите заниматься: аппаратной или программной частью, сборкой новых конструкций или совершенствованием устройств, которые разработали другие пользователи, а может, поиском ошибок и контролем качества систем.
Вы научитесь писать и тестировать код, решать логические задачи, мыслить нестандартно. Всё это пригодится будущему разработчику вне зависимости от направления.
С Arduino можно освоить даже системы искусственного интеллекта и создать устройства интернета вещей. Это два передовых пути в IT, которые сейчас очень активно развиваются и испытывают огромный кадровый голод. Поэтому здесь работа специалистов оплачивается весьма щедро.
Это интересное хобби, которое вряд ли надоест
Arduino — это безграничный простор для творчества. С этим конструктором можно решить практически любую техническую задачу: от создания домашней системы автоматического полива растений до умных роботов и машин с автопилотом.
На базе Arduino вы сможете разработать бесконечное множество гаджетов. При этом используются одни и те же элементы в самых разных вариантах и комбинациях — экономично!
Это полезное занятие
Из Arduino легко создать вполне земные вещи, которые облегчат вашу жизнь. Так, в Сети существуют десятки инструкций по сборке радио или домашней системы безопасности, управления освещением или цифровых часов.
Кроме того, на базе Arduino можно строить рабочие прототипы разных новых гаджетов и систем. Так, вы можете установить везде умные датчики движения и получать на смартфон сообщения о различных событиях: скажем, когда кот вернулся с прогулки или когда у него закончилась еда. Ещё один пример — метеостанция с онлайн-доступом: позволит предсказывать погоду точнее синоптиков "из телевизора" и видеть результат на экране смартфона.
Что можно сделать из Arduino
Энтузиасты разрабатывают и показывают на YouTube полезные гаджеты и фантастические игрушки — как правило, с детальным описанием элементов и ссылкой на скетч. Собрали для вас несколько интересных вариантов.
Мигающий светодиодный куб
Оригинальный светильник выполнен из светодиодной гирлянды. Arduino управляет миганием лампочек, которые имитируют 3D-эффекты.
Инструкция по созданию куба находится здесь.
Генератор мыльных пузырей
Надоело пускать мыльные пузыри силой собственных лёгких и хочется эффектного шоу? Можно собрать робота, который будет делать это за вас. Гаджет окунает колечко в вазу с мыльным раствором, и в этот момент запускается вентилятор. Результат — много пузырей сразу и никакого мошенничества.
Инструкцию по созданию генератора вы найдёте на этой странице.
Робот
Забавный "КартонБот" создан из Arduino и картона, также включает сервоприводы и ультразвуковой дальномер. Робот умеет вращать головой и смешно двигать руками.
Описание проекта здесь.
Система полива сада
На базе Arduino и шаровых кранов CWX-15Q можно соорудить умную систему капельного полива для вашего сада. Она умеет определять влажность почвы и следит за уровнем воды в баке.
Описание найдёте на этой странице.
Что нужно для старта работы с Arduino
Оригинальные платы, наборы и компоненты выпускает компания Arduino. С ростом популярности конструктора появились и другие похожие продукты — комплекты с оригинальными платами Arduino или их аналогами.
Наборы — это удобно: вы получаете плату, все нужные датчики и механизмы, а также инструкции. Вариант комплектации обычно подбирается для конкретной цели. Например, чтобы вы смогли соорудить автомобиль с управлением по Bluetooth или робота, который будет патрулировать квартиру.
Но оригинальные платы и другие компоненты Arduino стоят сравнительно дорого. Так, Arduino Uno третьей ревизии на официальном сайте предлагается за 23 доллара. Стартовый набор Arduino Starter Kit на базе Arduino Uno с макетной платой, коннекторами, светодиодами — за 93 доллара. И это без учёта стоимости доставки.
В продаже можно найти конструкторы на базе оригинальных итальянских плат Arduino. Например, есть российская серия "Матрёшка", наборы от издательства "БХВ-Петербург" и вариант конструктора "Знаток".
Аналоги, скопированные с Arduino, обойдутся дешевле. Правда, качество многих китайских плат не гарантируется: они могут даже не включиться или работать с ошибками. А датчики, моторы, платы расширения из других наборов иногда несовместимы с платформой.
На Ozon продаются комплекты с платами-аналогами. Например, здесь есть неплохой вариант за 2 990 рублей с учётом скидки. Внутри — копия Arduino Uno, макетная плата, хороший набор датчиков, светодиодов и коннекторов, а также пульт управления, экраны, кнопки и другие компоненты.
Такой же комплект на AliExpress стоит вдвое дешевле — 1 558 рублей. Доставка бесплатная. Больше наборов можно увидеть на этой странице.
Россия выпускает платы — аналоги Arduino под брендом Iskra. Так, Iskra Neo похожа на Arduino Leonardo, на базе неё есть набор "Планета XOD". А Iskra Mini — аналог Arduino Mini.
Помимо наборов с платформой Arduino, продаются и комплекты датчиков, коннекторов и так далее. Наконец, можно заказать по отдельности и нужную плату, и каждый недостающий компонент для системы, которую вы спроектировали.
Где искать информацию о конструкторе Arduino
- Официальный сайт проекта Arduino. Здесь же работает интернет-магазин.
- На портале российского сообщества Arduino Master можно найти материалы на русском языке. Есть и уроки, которые помогут быстрее освоить конструктор, а также детальная информация о двигателях, датчиках и других компонентах системы.
- Немало примеров на сайте RoboCraft. Есть даже самодельный робот-пылесос!
- На этом сайте выложили хорошую шпаргалку по основным командам для скетчей Arduino. Если держать её перед глазами, сможете писать код быстрее.
- Саму среду разработки программного обеспечения Arduino IDE можно загрузить отсюда. Если не хотите возиться с установкой, попробуйте онлайн-редактор кода для конструктора.