Изучаем Arduino. 65 проектов своими руками. Бокселл Д.

Оглавление

Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Глава 1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Бесконечность не предел! . 22
Сила в массовости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Компоненты и аксессуары . 26
Необходимое программное обеспечение . 27
Mac OS X . 27
Windows XP и более поздние версии . 31
Ubuntu Linux 9.04 и выше 35
Безопасность 38
Забегая вперед . 38
Глава 2. Знакомство с платой Arduino и IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Плата Arduino . 39
Обзор среды разработки . 45
Область управления 45
Область ввода текста 46
Область вывода сообщений 46
Создание первого скетча в IDE 47
Комментарии 47
Функция setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Управление аппаратными компонентами . 48
Функция loop 49
Проверка скетча . 50
Загрузка и запуск скетча . 51
Изменение скетча . 52
Забегая вперед . 52
Оглавление 7
Глава 3. Первые шаги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Планирование проектов 53
Об электричестве 54
Сила тока . 54
Напряжение 55
Мощность . 55
Электронные компоненты . 55
Резистор . 55
Светодиод 59
Макетная плата для навесного монтажа 61
Проект № 1: Эффект бегущей волны из огоньков светодиодов . . . . . . . . . 63
Алгоритм 63
Оборудование . 64
Скетч 64
Схема . 65
Запуск скетча . 66
Переменные 66
Проект № 2: Повторение команд с помощью цикла for . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Изменение яркости светодиода с использованием широтно-импульсной
модуляции . 68
Проект № 3: Демонстрация ШИМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
Дополнительные электронные компоненты . 70
Транзистор . 70
Выпрямительный диод 71
Реле . 72
Схемы управления более высоким напряжением . 73
Забегая вперед . 74
Глава 4. Строительные блоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Принципиальные схемы 76
Обозначение компонентов 76
Проводники на схемах 79
Чтение принципиальных схем . 80
Конденсатор . 80
Емкость конденсатора . 80
Маркировка конденсаторов . 81
Типы конденсаторов . 82
Цифровые входы 83
8 Оглавление
Проект № 4: Демонстрация работы цифрового входа . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Алгоритм 86
Оборудование . 86
Схема . 86
Скетч 91
Изменение скетча . 91
Анализ скетча . 91
Определение констант с помощью #define 91
Чтение состояний цифровых входов 92
Принятие решений с помощью if . 92
Принятие альтернативных решений с помощью if-then-else . 93
Логические переменные 93
Операторы сравнения . 94
Выполнение двух и более сравнений . 95
Проект № 5: Управление движением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Цель . 96
Алгоритм 96
Оборудование . 96
Схема . 97
Скетч 98
Запуск скетча . 101
Аналоговые и цифровые сигналы 101
Проект № 6: Тестер для одноэлементных батареек . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Цель . 103
Алгоритм 103
Оборудование . 104
Схема . 104
Скетч 105
Выполнение арифметических операций в Arduino 106
Вещественные переменные . 106
Операторы сравнения чисел . 106
Увеличение точности измерения аналоговых сигналов с помощью источника опорного напряжения 107
Использование внешнего источника опорного напряжения . 107
Использование внутреннего источника опорного напряжения . 109
Переменный резистор . 109
Пьезоэлектрические зуммеры 110
Изображение пьезоэлектрических зуммеров на схемах 111
Оглавление 9
Проект № 7: Испытание пьезоэлектрического зуммера . . . . . . . . . . . . . . .111
Проект № 8: Быстродействующий термометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Цель . 114
Оборудование . 114
Схема . 114
Скетч 114
Доработка скетча 116
Забегая вперед . 117
Глава 5. Функции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Проект № 9: Функция для повторного выполнения действий . . . . . . . . . .119
Проект № 10: Функция, изменяющая число миганий светодиода . . . . . . 120
Функция, возвращающая значения 121
Проект № 11: Быстродействующий термометр, сообщающий
температуру миганием светодиода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Оборудование . 122
Схема . 122
Скетч 122
Отображение данных из Arduino в окне монитора последовательного порта 125
Монитор последовательного порта 125
Проект № 12: Отображение температуры в мониторе порта . . . . . . . . . . .126
Отладка при помощи монитора порта 128
Принятие решений при помощи инструкций while 128
do-while 129
Передача данных из монитора порта в Arduino 129
Проект № 13: Умножение числа на два . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Переменные типа long . 131
Проект № 14: Использование переменных типа long . . . . . . . . . . . . . . . . .131
Забегая вперед . 133
Глава 6. Числа, переменные и арифметика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Случайные числа 135
Использование электрического поля для генерации случайных чисел 135
Проект № 15: Электронный кубик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
Оборудование . 137
Схема . 137
Скетч 137
Доработка скетча 139
10 Оглавление
Краткое введение в двоичную систему счисления . 139
Переменные типа byte 140
Увеличение числа цифровых выходов с применением сдвигового регистра 141
Проект № 16: Светодиодный индикатор для двоичных чисел . . . . . . . . . 142
Оборудование . 142
Подключение микросхемы 74HC595 143
Скетч 144
Проект № 17: Игра «Двоичная викторина» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Алгоритм 146
Скетч 146
Массивы . 148
Определение массива . 149
Обращение к значениям в массиве 149
Запись в массивы и чтение из массивов 149
Семисегментные светодиодные индикаторы 150
Управление сегментами 152
Проект № 18: Дисплей с одной цифрой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Оборудование . 153
Схема . 153
Скетч 154
Отображение двух цифр . 155
Проект № 19: Управление двумя семисегментными индикаторами . . . . .156
Оборудование . 156
Схема . 156
Деление по модулю 156
Проект № 20: Цифровой термометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Оборудование . 159
Скетч 159
Матричные светодиодные индикаторы 160
Схема светодиодной матрицы . 161
Соединения 163
Поразрядная арифметика 164
Оператор поразрядного И (AND) . 164
Оператор поразрядного ИЛИ (OR) . 165
Оператор поразрядного ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR) . 165
Оператор поразрядного НЕ (NOT) . 165
Поразрядный сдвиг влево и вправо . 166
Проект № 21: Создание светодиодной матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Оглавление 11
Проект № 22: Создание образов на светодиодной матрице . . . . . . . . . . . 168
Проект № 23: Отображение образа на светодиодной матрице . . . . . . . . .169
Проект № 24: Анимация на светодиодной матрице . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Скетч 171
Забегая вперед . 172
Глава 7. Жидкокристаллические индикаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Символьные жидкокристаллические индикаторы . 173
Использование символьного ЖКИ в скетче 174
Отображение текста . 176
Отображение переменных или чисел 176
Проект № 25: Определение собственных символов . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
Графические жидкокристаллические индикаторы 179
Подключение графического ЖКИ 180
Использование ЖКИ 181
Управление индикатором 181
Проект № 26: Опробование текстовых функций в действии . . . . . . . . . . .182
Создание более сложных изобразительных эффектов . 183
Проект № 27: Цифровой термометр с памятью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184
Алгоритм 184
Оборудование . 184
Скетч 185
Результат 186
Доработка скетча 186
Забегая вперед . 187
Глава 8. Расширение Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Платы расширения 189
Макетные платы ProtoShield 191
Проект № 28: Собственная плата расширения с восемью
светодиодами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191
Оборудование . 192
Схема . 192
Топология макетной платы ProtoShield 192
Проектирование 193
Пайка компонентов . 194
Доработка платы расширения . 196
Расширение возможностей скетчей с помощью библиотек . 196
12 Оглавление
Импортирование библиотек поддержки плат расширения 196
Карты памяти microSD . 201
Тестирование карты microSD . 201
Проект № 29: Запись данных на карту памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Проект № 30: Устройство регистрации температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Оборудование . 205
Скетч 205
Хронометраж с применением millis() и micros() 207
Проект № 31: Секундомер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209
Оборудование . 209
Схема . 210
Скетч 210
Прерывания 212
Режимы прерываний . 213
Настройка прерываний . 213
Включение и выключение прерываний 214
Проект № 32: Использование прерываний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .214
Скетч 214
Забегая вперед . 215
Глава 9. Цифровые клавиатуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Цифровая клавиатура . 216
Подключение клавиатуры . 217
Программная обработка клавиатуры . 217
Тестирование скетча . 218
Принятие решений с помощью switch-case 219
Проект № 33: Кодовый замок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
Скетч 220
Принцип действия 222
Тестирование скетча . 222
Забегая вперед . 222
Глава 10. Сенсорные экраны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
Сенсорные экраны 223
Подключение сенсорного экрана . 224
Проект № 34: Определение области касания на сенсорном экране . . . . .224
Оборудование . 224
Скетч 225
Оглавление 13
Тестирование скетча . 226
Калибровка сенсорного экрана 227
Проект № 35: Двухзонный выключатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227
Скетч 228
Принцип действия 229
Тестирование скетча . 230
Проект № 36: Трехзонный выключатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Разметка сенсорного экрана 230
Скетч 230
Принцип действия 232
Забегая вперед . 233
Глава 11. Семейство плат Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
Проект № 37: Создание собственной платы Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . .234
Оборудование . 235
Схема . 238
Запуск проверочного скетча 241
Обширное семейство плат Arduino . 245
Arduino Uno . 246
Freetronics Eleven 246
Freeduino 247
Pro Trinket . 248
Arduino Nano . 248
Arduino LilyPad 249
Arduino Mega 2560 249
Freetronics EtherMega 250
Arduino Due . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
Забегая вперед . 252
Глава 12. Электродвигатели и движение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Реализация небольших перемещений с помощью сервоприводов 253
Выбор сервопривода . 253
Подключение сервопривода 255
Управление сервоприводом 255
Проект № 38: Аналоговый термометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256
Оборудование . 256
Схема . 257
Скетч 257
14 Оглавление
Электродвигатели . 259
Транзистор Дарлингтона TIP120 260
Проект № 39: Управление электродвигателем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Оборудование . 261
Схема . 262
Скетч 262
Проект № 40: Роботизированный танк и управление им . . . . . . . . . . . . . .263
Оборудование . 264
Схема . 266
Скетч 269
Определение столкновений . 271
Проект № 41: Определение столкновений с помощью
микровыключателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Схема . 272
Скетч 272
Инфракрасный датчик расстояния . 275
Подключение 276
Тестирование ИК-датчика расстояния . 277
Проект № 42: Определение столкновений с помощью ИК-датчика расстояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
Ультразвуковой датчик расстояния . 280
Подключение ультразвукового датчика . 281
Использование ультразвукового датчика . 281
Тестирование ультразвукового датчика расстояния . 282
Проект № 43: Определение столкновений с помощью
ультразвукового датчика расстояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Скетч 284
Забегая вперед . 286
Глава 13. Arduino и GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Что такое GPS? . 287
Тестирование платы расширения GPS . 289
Проект № 44: Простой приемник GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Оборудование . 291
Скетч 291
Отображение координат на экране ЖКИ . 292
Проект № 45: Часы высокой точности на основе GPS . . . . . . . . . . . . . . . . .293
Оборудование . 294
Скетч 294
Оглавление 15
Проект № 46: Запись координат перемещающегося объекта с течением времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Оборудование . 296
Скетч 296
Отображение траектории на карте 298
Забегая вперед . 299
Глава 14. Беспроводная передача информации . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Применение недорогих модулей беспроводной связи 300
Проект № 47: Пульт дистанционного управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .301
Оборудование для передатчика 301
Схема для передатчика . 302
Оборудование для приемника . 302
Схема приемника 303
Скетч для передатчика . 304
Скетч для приемника 305
Использование модулей XBee для беспроводной передачи данных
на большие расстояния с высокой скоростью . 307
Проект № 48: Передача данных с помощью XBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .308
Скетч 308
Подготовка компьютера к приему данных . 309
Проект № 49: Термометр с дистанционным управлением . . . . . . . . . . . . .310
Оборудование . 310
Монтаж . 311
Скетч 311
Опробование 313
Забегая вперед . 313
Глава 15. Инфракрасный пульт дистанционного управления . . . . 314
Что такое инфракрасный пульт дистанционного управления? 314
Подготовка к приему ИК-сигналов . 315
ИК-приемник 315
Пульт дистанционного управления 316
Тестовый скетч . 316
Опробование собранного устройства . 317
Проект № 50: Дистанционное управление Arduino
с помощью ИК-пульта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
Оборудование . 318
16 Оглавление
Скетч 318
Расширение возможностей 320
Проект № 51: Дистанционное ИК-управление моделью танка . . . . . . . . .320
Оборудование . 320
Скетч 320
Забегая вперед . 322
Глава 16. Чтение радиомаркеров RFID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
Внутреннее устройство радиомаркеров . 324
Проверка оборудования 324
Схема . 325
Проверка 325
Проект № 52: Простая RFID-система контроля доступа . . . . . . . . . . . . . . .326
Скетч 327
Принцип действия 329
Сохранение данных во встроенном ЭСППЗУ . 329
Чтение и запись в ЭСППЗУ 330
Проект № 53: RFID-система управления с запоминанием последнего действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
Скетч 332
Принцип действия 334
Забегая вперед . 335
Глава 17. Шины данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
Шина I2C . 336
Проект № 54: Внешнее ЭСППЗУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338
Оборудование . 338
Схема . 339
Скетч 340
Результат 341
Проект № 55: Расширитель порта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
Оборудование . 342
Схема . 343
Скетч 344
Шина SPI 345
Контакты 345
Реализация обмена данными по шине SPI . 346
Передача данных SPI-устройству 347
Оглавление 17
Проект № 56: Цифровой реостат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .347
Оборудование . 348
Схема . 348
Скетч 348
Забегая вперед . 350
Глава 18. Часы реального времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
Подключение модуля RTC . 352
Проект № 57: Установка и отображение даты и времени . . . . . . . . . . . . . 352
Оборудование . 352
Скетч 352
Принцип действия 355
Проект № 58: Простые цифровые часы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
Оборудование . 356
Скетч 357
Принцип действия и результаты 360
Проект № 59: Система хронометража с радиомаркерами . . . . . . . . . . . . . 360
Оборудование . 361
Скетч 362
Принцип действия 365
Забегая вперед . 366
Глава 19. Интернет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Что потребуется 367
Проект № 60: Станция дистанционного мониторинга . . . . . . . . . . . . . . . . 369
Оборудование . 369
Скетч 369
Поиск и устранение неисправностей . 371
Принцип действия 372
Проект № 61: Arduino Tweeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
Оборудование . 374
Скетч 374
Управление платой Arduino через Интернет 376
Проект № 62: Настройка дистанционного управления платой Arduino . 376
Оборудование . 377
Скетч 378
Дистанционное управление платой Arduino . 379
Забегая вперед . 380
18 Оглавление
Глава 20. Сети сотовой связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
Оборудование . 382
Подготовка платы стабилизатора 383
Настройка и проверка оборудования . 384
Изменение рабочей частоты 386
Проект № 63: Автоматический номеронабиратель . . . . . . . . . . . . . . . . . . .388
Оборудование . 388
Схема . 388
Скетч 389
Принцип действия 390
Проект № 64: Отправка текстовых сообщений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
Скетч 391
Принцип действия 391
Проект № 65: Дистанционное управление устройствами посредством коротких текстовых сообщений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
Оборудование . 393
Схема . 393
Скетч 394
Принцип действия 396
Забегая вперед . 396
От издательства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .397