Ардуино – одна из удобнейших систем микроконтроллеров, позволяющих инженеру реализовать любую свою задумку, без лишних проблем в программной части. Всё, что необходимо, уже присутствует в бесплатных библиотеках, которые можно скачать на нашем сайте.

А благодаря модульности появляется возможность сконструировать любую систему, в зависимости от необходимости. Начиная с простого смарт-прибора для контроля освещённости и температуры в помещении, и заканчивая умными аграрными системами. Давайте же разберёмся, что такое Ардуино модули и какие их виды существуют.

Для начала стоит понять, зачем вообще подобная модульность необходима. Ведь, казалось бы, Ардуино – это всего лишь микроконтроллер, к которому можно приспособить любой сторонний датчик. Но на деле всё не так просто, как раз из-за программной части и других особенностей системы, поэтому, для расширения функционала, и присутствуют специальные Аrduino модули, позволяющие приспособить МК к любым потребностям человека, который его использует. Это основная функция, объясняющая необходимость модульности, помимо неё, присутствуют и другие причины такого решения:

1. Стандартизированный набор датчиков с одинаковыми характеристиками позволяет писать универсальные решения для различных ситуаций. Таким образом, захотев воплотить в жизнь какой-то проект, вам не нужно самостоятельно изучать язык программирования и создавать уникальную электросхему. В большинстве случаев, уже готовая система или какие-то её части присутствуют в свободном доступе, инженеру лишь остается их правильно скомпоновать, что значительно экономит время при реализации задумок.
2. Простота работы с Ардуино . Уже описанная выше стандартизация, позволяет быть уверенным, что купленный вами датчик или специальный модуль, не нужно будет подключать с помощью дополнительных шлейфов или переходников. Хоть иногда и появляется необходимость самостоятельно паять платформу под Ардуино, но, в большинстве случаев, вы можете приобрести уже готовую, под конкретные модули и потребности. Более того, существуют универсальные платы, полностью раскрывающие возможности модульной системы.

Виды

Условно, модули для Ардуино можно разделить на два гигантских лагеря, у которых уже присутствуют свои ответвления:

1. Датчики . Разнообразные системы или контроллеры, позволяющие считывать, отправлять и обрабатывать информацию. Хотя последние иногда относят ко второму классу модулей, но из-за тесной связи с устройствами ввода-вывода их лучше причислить именно к датчикам, тем более, зачастую они выполняют сразу две функции. Все эти устройства направленны на расширение аппаратного функционала системы, например, чтобы дать возможность Ардуино считывать расстояние до объекта или влажность воздуха, что просто необходимо для многих систем.
2. Модули , расширяющие вычислительные мощности проекта. Это различные карты памяти, дополнительные буферы для проведения операций и вспомогательные многопоточные процессоры. К ним же можно отнести вариации самого микроконтроллера, характеристики которого варьируются от версии к версии. Они направлены именно на улучшение возможностей программной части системы, например, дополнительные карты памяти позволяют хранить больше информации в различных кодеках, чтобы воспроизводить какие-то аудиодорожки. Особенно необходимы при проектировании сложных систем с нейросетями или в робототехнике, в которой также используется Ардуино.

Сами же датчики отдельно делятся на:

1. Устройства ввода или получения информации. Это различные сканеры, которые позволяют получить данные об окружающей среде, будь то уровень освещённости или влажности воздуха. С их помощью возможно ввести различные переменные, в зависимости от которых система будет определять свои дальнейшие действия. Являются базой для большинства систем, и без них невозможно реализовать любой смарт-девайс. Простейшим примером будет всё тот же датчик расстояния, хотя и их существует несколько видов.
2. Устройства обработки информации. Зачастую уже встроены в предыдущий тип, из-за чего считаются комбинированными, но нередко такие модули устанавливаются и отдельно. Имеют небольшой объем памяти или вовсе продаются без него, и способны выполнять лишь простые промежуточные операции. Подобным модулем можно считать даже МК Ардуино различных версий, но не стоит их путать с устройствами, расширяющими вычислительные возможности главного контроллера, ведь они именно выполняют операции.
3. Устройства вывода информации. У большинства ассоциируются с простейшим ЖК-экраном, хотя это далеко не единственная разновидность данных девайсов. Необходимы для того, чтобы выводить результаты вычислений, для получения фидбека от системы и проверки различного функционала. Бывают звуковыми, визуальными и тактильными, соответствуя каждому из органов чувств человека. Также могут комбинироваться с первыми двумя видами, становясь гибридным дополнением к микроконтроллеру.

Существуют и разновидности дополнений, без строгой типизации, так как их сложно отнести к какой-то конкретной группе устройств. Это происходит или из-за узкой направленности их функционала, или из-за изначальной гибридности модулей.

К ним можно отнести различные девайсы, для передачи информации по сети или другим протоколам, так как, с одной стороны, они расширяют программный функционал продукта, используя протоколы, которые невозможно реализовать через стандартные аппаратные возможности, а с другой – как раз дополняют последние.

Технические характеристики, свойства и функции

Технические характеристики и функционал напрямую зависят от докупаемого пользователем модуля, поэтому невозможно выделить конкретные свойства продуктов. Единственная их общая черта – специальная распиновка, для подключения к платформам Ардуино, без которых было бы невозможно или крайне тяжело выполнять связь между микроконтроллером и устройством. В остальном, все характеристики крайне вариативны и зависят от девайса к девайсу.

Примеры популярных Ардуино модулей

Ультразвуковой дальномер HC-SR04

Самый популярный ультразвуковой датчик, которые работает по следующему принципу: отправляет ультразвуковую волну, считает время, за которое она возвратится. Мы знаем скорость звука и время, за которое волна вернулась, а далее мы рассчитываем расстояние до объекта. Данный модуль стоит довольно дешево, диапазон измерений от 2 см до 4 метров.

Инфракрасный дальномер Sharp

Также довольно широко используются дальномеры Sharp с рабочим диапазоном от 20 см до 1,5 метров. Цена таких модулей выше, чем звуковых дальномеров.

Модуль температуры и влажности DHT11

Этот Ардуино модуль измеряет температуру в диапазоне от 0 до +50 °C и влажность от 20 до 90%. Часто используется для измерений данных в комнате или теплице. Также оченб популярен при создании систем по управлению климатом или умных домов.

Барометр BMP085 или BMP180

С помощью модуля Барометр можно определить атмосферное давление от 30 до 110 кПа. Используется при создании на базе Ардуино аналогов метеостанциё.

Модуль-датчик влажности почвы FC-28

Модуль измеряет влажности почвы или среды в которую его втыкают. Состоит из двух частей. Его используют для автоматизированного полива растений.

Bluetooth HC06

Помогает организовать беспроводную связь Ардуино с компьютером, телефоном или другими устройствами.

Как подсоединить

Подсоединяются модули с помощью всё той же распиновки, но не напрямую к МК. Зачастую для этого используют специальные платформы с дорожками, которые делаются самими инженерами или заказываются отдельно.

В первом случае чаще всего применяют химический способ изготовления плат с помощью сильных щелочей. Дорожки заранее прочерчиваются, и на них наклеивают стойкий материал, беря за основу, например, медную плату. Затем, вследствие химической реакции, окисляется всё, кроме защищенных участков, служащих в качестве проводников тока.

Стоимость

Стоимость дополнительных датчиков и других девайсов также крайне вариативна, может начинаться от 50 центов и заканчиваться десятками долларов. Всё напрямую зависит от того, где вы их заказываете, конкретной разновидности и множества других факторов, поэтому выдать какое-то среднее арифметическое по их цене – невозможно.

Курс Arduino - Модули

Доброго времени суток!

Это вторая часть курса молодого бойца в мире Arduino. Чтобы понимать все то, о чем мы с вами будем говорить, советую ознакомиться с .

Во второй части курса мы познакомимся с различными датчиками, научимся их использовать, соберем несколько небольших устройств, поработаем в среде Processing, научимся связывать наши устройства с компьютером и смартфоном и еще много всего интересного.

Датчик-модуль

Главная идея платформы Arduino в ее модульности. Многие компоненты выполнены в виде плат расширения, которые можно вставить друг в друга, а датчики выполнены в виде модулей, обычно с тремя выводами.

Итак, начнем со знакомства с различными датчиками. В первом уроке я не буду показывать, что можно придумать с этими датчиками, этим мы займемся в следующих уроках.

Дальномеры

Ниже представлены два типичных представителя этого класса.

Ультразвуковой дальномер HC-SR04

Ультразвуковой дальномер – работает по принципу “летучей мыши”. Он посылает ультразвуковую волну и считает время, за которое волна возвратится. Зная скорость звука и время, за которое волна пришла обратно, можно рассчитать расстояние до объекта.

Этот дальномер идеален для начинающего – широкий диапазон измерений (от 2 до 400 см) и невысокая цена (на AliExpress 60Р за штуку).

Инфракрасные дальномеры Sharp

Это один из представителей линейки инфракрасных дальномеров Sharp. Его рабочий диапазон измерений от 20 до 150 см. Его отличие от других дальномеров линейки в диапазоне измерений. В ней присутствуют диапазоны: 10- 80 см, 4-30 см.

Цена таких датчиков выше, чем у звуковых дальномеров. За дальномер с диапазоном от 20 до 150 см придется выложить около 500 рублей на AliExpress.

Какой выбрать?

При выборе дальномера следует руководствоваться особенностями использования ИК и ультразвуковых датчиков. Знание законов физики в отношении света и звука сразу дает представление об этих особенностях.

Так как ИК дальномер использует свет, его не следует использовать для определения расстояния до светопоглощающих и прозрачных объектов.

А ультразвуковой дальномер не может точно определить расстояние до объектов со сложной геометрией или звукопоглощающих материалов.

Хочешь использовать дальномер в качестве датчика движения? Используй ИК дальномер. Если нужно измерить расстояние, скажем, до кошки – используй ИК дальномер, а если до стены – ультразвуковой. Если нужно сделать парктроник (чем мы, кстати, скоро займемся) – используй ультразвуковой дальномер. Для робота, огибающего препятствия подойдет ИК дальномер, а для радара – ультразвуковой.

Датчики климата

Термометр

Этот термометр на основе микросхемы DS18B20 выполнен в форм-факторе модуля Arduino. С его помощью можно измерять температуру в диапазоне от -55 до +125 °C. Ссылка на AliExpress .

А это тот же датчик, только выполненный в изолированном корпусе. Если ты хочешь использовать датчик на улице или в воде – это отличное решение. А еще этот датчик подключается по 1Wire технологии. Что это такое мы рассмотрим немного попозже.

Температура и влажность

А это датчик, который может определять температуру в диапазоне от 0 до +50 °C и влажность от 20 до 90%.

Его можно поставить в комнате или теплице и с помощью него управлять климатом. Ссылка на AliExpress

Барометр

Это датчик-барометр. С его помощью можно определить атмосферное давление от 30 до 110 кПа.

Может использоваться в собственноручно изготовленной метеостанции. Ссылка на AliExpress

Датчик влажности почвы

Этот датчик, если его воткнуть в землю, может сообщать о влажности среды, в которой находится. Его можно использовать в теплице для автоматизированного полива растений.

Датчики для роботов

Датчик линии

Это датчик линии. Он может отличать черное от белого. Бывают цифровые и аналоговые датчики. С помощью аналогового датчика можно худо-бедно различать цвета. Для лучшего выполнения этой задачи есть специальные датчики цвета.

IMU- сенсор

Это IMU - сенсор на 9 степеней свободы. В него встроен акселерометр, гироскоп и компас.

С помощью этого датчика можно создать балансирующего робота, POV строку или задать систему координат для робота и научить его находить "дом"

Джойстик

Каждому любителю поиграть в игры знаком этот модуль и в представлении он не нуждается. С помощью него можно управлять движением робота или поиграть в игры. Ссылка на AliExpress

Датчики связи

Bluetooth HC06

С помощью этого модуля можно организовать беспроводную связь устройства с компьютером, телефоном, с другим устройством. У HC06 4 вывода:

• GND - Земля
• +5V – напряжение в 5 вольт
• RX – прием данных. Подключается к TX микроконтроллера
• TX – передача данных. Подключается к RX микроконтроллера

Bluetooth Bee

Это модифицированный HC06. 11 из его выводов можно использовать как PIO line (Программируемая линия входа/выхода) по-другому - GPIO.

Ethernet- shield

Этот шилд насаживается сверху на Arduino UNO и дает возможность реализовать концепцию интернета вещей. Ссылка на AliExpress

Приемник и передатчик на частоте 433 МГц

С помощью этого приемо-передатчика можно организовать связь нескольких устройств. Он не зависит от микроконтроллера и готов к работе сразу после подключения. Минусом является то, что протокола передачи тут нет, поэтому можно передавать только бинарные данные.

GPRS Shield

Этот шилд также вставляется в Arduino, как и Ethernet шилд. Он позволяет общаться с устройствами с помощью сотовой связи. Теперь отсутствие интернета не сможет помешать узнать погоду дома, пока мы в отъезде.

“Другой” Arduino

Arduino Mini

Это уменьшенная версия платы Arduino. Она пригодится для проектов, где даже не самая большая Arduino UNO не будет подходить по размеру. Ссылка на AliExpress

Эта плата объединяет в себе все, что нужно начинающему робототехнику. Там есть разъем под Bluetooth Bee, два вывода для моторов, несколько разъемов для трехпроводных шлейфов, разъем под ИК приемник.

Вывод

Я познакомил вас с некоторыми Arduino- совместимыми датчиками и шилдами. В этом списке я описал те вещи, что понадобятся нам во второй части, почти все. Время изучить их более подробно, а начнем мы с дальномеров.

Сайт Ардуино+

Сайт Ардуино+ (сайт) создан для того, чтобы помочь начинающим и профессиональным любителям радиоэлектроники в создании проектов различной сложности. Огромное количество библиотек, распиновка разных плат и устройств, библиотеки сенсоров и датчиков. Всё это включает в себя не только информацию про платы Ардуино, но и про многие-многие микроконтроллеры и устройства.

Что такое Ардуино?

Ардуино (Arduino)

Ардуино - плата с процессором, которая позволяет собрать любое устройство/гаджет. Благодаря Arduino своими руками можно собрать даже свой собственный «умный дом».

Arduino - эффективная аппаратно-программная платформа для проектирования и создания новых устройств, разработанная компанией Arduino Software и представляет собой плату с контактами для подключения дополнительных компонентов. Технические характеристики устройства зависят от модели используемого микроконтроллера. Это касается совместимости с дополнительными компонентами. Последнее обновление программной части 1.8.0 было выпущено 20 декабря 2016 года

Бесплатная программная интегрированная среда разработки создана на базе языков программирования C/C++ и обладает одноимённым с самим устройством название. Наличие Ардуино-совместимых плат расширяет пользовательские возможности разработки с применением аппаратных и программных компонентов.

Что можно создать при помощи Ардуино?

На базе Arduino можно создаются автономные и подключаемые к компьютеру проекты.

Миллионы возможных комбинаций элементов программы ограничиваются только человеческой фантазией. Устройство способно получать и обрабатывать данные об окружающем мире, используя присоединяемые и программируемые датчики.

Вы можете запрограммировать систему быстро среагировать на определённое изменение, управлять светом, движущимися элементами, моторчиками и разнообразными приводами. Система подходит для домашнего и промышленного использования.

Рынок дополнительных плат постоянно обновляется, появляются новые инновационные разработки. Этому способствует полностью открытая архитектура системы. Программный код записывается на саму плату, благодаря встроенному в процессор программатору. Однако, проект может выполняться с компьютера, используя проводные или беспроводные источники передачи данных.

При их отсутствии можно приобрести дополнительный модуль, добавляющий новые функции. Большая открытая база готовых проектов и чертежей CAD открывает пользователю возможности для углублённого изучения среды, порождая новые идеи для создания собственного устройства.

Преимущества работы с Arduino

Как уже было сказано ранее, Ардуино обладает открытой архитектурой, что позволяет сторонним разработчикам полностью копировать систему. Несмотря на высокую конкуренцию, Ардуино - самое популярное аппаратно-программное средство. Это достигается благодаря простоте с многофункциональностью. Рассмотрим преимущество системы над сторонними аналогами:

• плата обладает встроенным программатором, что позволяет использовать систему без дополнительного подключения дешифратора и компилятора;
• программная часть построена на базе C/C++, что делает её простой в использовании и изучении;
• наличие библиотеки готовых проектов и чертежей CAD, доступных для свободного использования;
• для сбора устройства не требуется пайка, компоненты соединяются при помощи специальной макетной доски, перемычек и проводов;
• возможность автономной работы расширяет сферу применения устройства;
• наличие версии для работы с популярной мобильной операционной системой Android;
• большое количество дополнительных модулей как от разработчика, так и от сторонних производителей.

Создание проекта с Arduino - одно удовольствие. Дружелюбная система, наличие готовых проектов и видеоуроков и простая среда разработки позволяют реализовать даже ваши самые невероятные задумки.

Работа с Arduino IDE: что и зачем

Для работы платы и вашего будущего проекта необходимо написать и загрузить на Arduino скетч. Скетч (sketch) - программа, написанная специально для Adruno. Для выполнения данного пункта вам понадобятся:

• ардуино;
• USB-кабель Type-A;
• устройство, работающее на ОС Windows.

Скачайте - бесплатную среду разработки для Ардуино с официального сайта производителя. Вместе с программой автоматически установятся драйвера для определения девайса при подключении к USB-порту. Если же Ардуино не определится - произведите ручную установку необходимых компонентов.

На схеме должен загореться зелёный светодиод при подключении к USB. Запустите приложение и приступайте к созданию собственного скетча. Проверка работоспособности и совместимости Arduino с ПО можно проверить при помощи встроенного скетча «LED». Запуск данного процесса должен вызвать мигание светодиода.

В меню Tool - Board выберите используемую плату. Далее следует загрузка скетча в Arduino при помощи кнопки «Upload». Успешное завершение данной операции подтверждается миганием светодиода оранжевого цвета на плате. Для подробного изучения создано множество англоязычных и отечественных ресурсов, где рассказывается что такое Ардуино и как с ним работать.

Среда разработки оснащена стандартным менеджером добавления библиотек в виде исходного кода на языке C++. Данная возможность расширяет применение компонентов, добавляя новый функционал.

Платы и модули, раскрывающие функционал Arduino

Платы Ардуино различаются в частоте процессора, объемах памяти и поддерживаемых архитектурах. Можно выделить следующие модели:

• . Хорошее решение для начинающих пользователей и простых проектов. Поддерживает работу с Windows, Linux и MacOS. Встроенный микропроцессор работает на частоте 16 МГц, обладает 32 Кб встроенной памяти. Включается в комплекты для начинающих;
• Arduino Yun . Комплект с встроенным портом Ethernet и модулем WiFi. Оптимизирован для работы с семейством Linux. Подойдёт для работы как с любительскими, так и промышленными проектами;
• Arduino ADK . Устройство оптимизировано для работы с платформой Android. Хорошая совместимость и уникальный программный комплект позволяют создать проект, управляемый с мобильного телефона;
• Arduino Due . Улучшенная версия, работающая на мощном 32 битном ARM процессоре с тактовой частотой 84 МГц. В плату установлено 96 Кб SRAM и 512 Кб флеш-памяти.
• . Одна из самых миниатырных, но очень полезных и популярных плат особенностью которой является разъем USB.

Это далеко не вся линейка плат. Существуют и другие модификации, созданные для выполнения разнообразных целей. Перед приобретением платы нужно заранее продумать будущий проект и выявить требующиеся технические характеристики. Полностью раскрыть потенциал Arduino позволяют дополнительные модули, подключающиеся к PIN-слотам центральной платы. Наиболее интересные и популярные модули расширения, они же шилды:

• 3D-джойстик . Своеобразный программируемый 3D-стик, способный стать способом управления спроектированного механизма или робота;
• Bluetooth-модуль . Даёт возможность управления механизмом или обменом данными через Bluetooth;
• EasyVR Shield 3.0 . Разработка, служащая для распознавания голосовых команд;
• Espruino Pico . Контролер, позволяющий выполнять Java-скрипты, расширяя варианты применения платы;
• GPRS Shield . Расширение, позволяющее принимать и отправлять голос, SMS и GPRS-данные;
• Motor Shield . Подключаемый модуль, позволяющий программно управлять двумя моторчиками;
• Power Bank . Аккумулятор для переносных компактных модулей на 2000 МАч.

Рассмотрев список выше, вы уже представили множество вариантов применения дополнительных модулей. Это далеко не весь список, а лишь популярные и распространённые устройства. Существуют разнообразные подключаемые картридеры, акселерометры, передатчики и модули для разнообразных сфер жизнедеятельности. Andruino начинает эффективно применяться даже в медицине.

Небольшая цена, доступность модулей и открытая база данных помогут в реализации задумки. Готовый проект может быть как автономным, так и переносным. Наличие портативных аккумуляторов и беспроводных источников передачи данных способствуют созданию расширенной сети из группы плат и компьютеров.

Доступный язык программирования обладает возможностью установки дополнительных компонентов и библиотек. Модули добавляют возможность работы с Java. Покупайте комплект Ардуино для начинающих и реализовывайте ваши задумки! Ваша фантазия безгранична, а Arduino позволит её воплотить.

Как создать свой проект на Arduino, или инструкция о том, как пользоваться этой страницей

Акт 1. Выбираем железо

Если ты новичок и хочешь просто потренироваться – возьми один из , в них есть всё, что нужно для обучения.

Если ты придумал проект, и хочешь его реализовать, то для начала тебе нужна одна из моделей Arduino, удовлетворяющая требованиям: размер платы, число портов, питание. Возьми классическую , маленькую , микроскопическую или гигантскую .

Теперь подумай, как ты хочешь собрать свой проект: на ? (Незнакомые слова? Посмотри ВОТ ЭТО ВИДЕО ) Подумай, не будет ли удобно собрать “этажерку” из UNO.

Если ты решительный парень (или, пардон, девушка), и собрался паять Ардуинки и модули, то тебе точно пригодится , а также обязательно нужен , чтобы почувствовать себя настоящим электронщиком.

Определись с питанием: работать можно , а можно из розетки.

Акт 3. Модули, библиотеки, Google и танцы с бубном

А вот теперь настала самая интересная часть! Собрать кучу датчиков и модулей в единое целое, и написать для них прошивку!

Как подключать модули (какие провода куда) ты можешь найти в гугле , сейчас можно найти информацию по абсолютно любому модулю и датчику.

Как заставить модуль или датчик работать? Обычно на уважающем себя сайте, где ты прочитаешь про подключение, прямо на этой же странице, будет библиотека для данного датчика/модуля, а также пример использования. Нету? Зайди на другой сайт из поисковой выдачи, там точно будет!

Как научиться программировать? Добро пожаловать на канал “Заметки ардуинщика “ , где в скором времени будет полный цикл уроков по программированию на Arduino Wiring (да-да, так называется язык программирования Arduino). Ну а пока что у меня всё! Спасибо за внимание, и удачи в твоих начинаниях!