Лаборатория электроники и программирования на основе контроллера UNO R4 WiFi
- Описание
- Характеристики
- Комплектация
- Файлы и библиотеки
- Уроки
В 2023 году была анонсирована новая Arduino UNO R4 WiFi. Эта плата совместима с более ранней версией UNO R3, но ее характеристики значительно улучшены. Arduino UNO R4 основана на 32-битном процессоре Cortex-M4 с тактовой частотой 48 МГц, содержит больший объем оперативной памяти SRAM и программной флеш-памяти. Кроме того, в конструкцию добавлены более точный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ранее отсутствовавший цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Плата также поддерживает интерфейс CAN-шины. Этот стенд посвящён использованию платы UNO R4 WiFi для множества различных интересных проектов. Проекты, приведенные в учебном пособии, были полностью протестированы с использованием ряда внешних компонентов и модулей. Для всех проектов предоставлены блок-схемы, принципиальные схемы, полные листинги программ и их краткие описания.
Данный электронный конструктор является составной частью таких конструкторов, как:
• Учебный набор программируемых робототехнических платформ для изучения основ электроники и робототехники (КТРУ 32.99.53.130-00000345);
• Образовательный комплект автономных робототехнических систем для изучения основ электроники и робототехники (КТРУ 32.99.53.130-00000196).
Рекомендуется к применению в общеобразовательных и специальных учебных заведениях.
Образовательный конструктор «Лаборатория электроники и программирования» — это инновационный инструмент для обучения и развития навыков в области электроники, программирования и робототехники на основе контроллера нового поколения совместимого с Arduino.
Arduino — это открытая платформа для создания электронных устройств и проектов. Она позволяет легко и быстро создавать прототипы, экспериментировать с различными датчиками и модулями, а также разрабатывать собственные проекты.
Почему UNO R4 WiFi?
Мы используем контроллер UNO R4 WiFi, потому что это новое поколение одной из самых популярных и доступных плат для начинающих. Она имеет все необходимые функции для начала работы, а также поддерживает подключение к интернету через Wi-Fi. Это позволяет использовать её для разработки проектов, которые взаимодействуют с облачными сервисами или другими устройствами через интернет.
Для кого предназначен образовательный конструктор?
Наш образовательный конструктор предназначен для школьников, студентов и всех, кто интересуется электроникой, программированием и робототехникой. Он может быть использован как для самостоятельного изучения, так и для проведения занятий в образовательных учреждениях.
Как работает образовательный конструктор?
Образовательный конструктор включает в себя набор компонентов, таких как плата совместимая с Arduino, датчики, модули, провода и другие аксессуары. С помощью этих компонентов можно создавать различные проекты, такие как:
световые эффекты;
управление светодиодами;
измерение температуры и влажности;
взаимодействие с веб-сервисами;
создание роботов и многое другое.
Проекты могут быть реализованы с использованием различных языков программирования, таких как C++, Python, Scratch или других.
Преимущества образовательного конструктора:
Простота и доступность. Образовательный конструктор прост в использовании и не требует специальных знаний или навыков.
Широкий спектр возможностей. Образовательный конструктор позволяет создавать разнообразные проекты и экспериментировать с разными технологиями.
Развитие навыков. Работа с образовательным конструктором помогает развивать навыки в области электроники, программирования и робототехники.
Интерактивность. Образовательный конструктор предоставляет возможность взаимодействия с реальными объектами и системами.
Творчество и самовыражение. Образовательный конструктор даёт возможность проявить свои творческие способности и создать что-то уникальное.
Обучение в процессе игры. Образовательный конструктор делает процесс обучения увлекательным и интересным.
Поддержка и сообщество. Образовательный конструктор имеет активное сообщество пользователей, где можно получить помощь, советы и идеи для проектов.
Соответствие ФГОС и КТРУ. Образовательный конструктор соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) и Каталогу товаров, работ и услуг (КТРУ), что делает его подходящим для использования в образовательных учреждениях.
Если вы хотите научиться создавать электронные устройства, программировать и разрабатывать проекты на основе контроллеров Arduino, то образовательный конструктор «Лаборатория электроники и программирования» станет отличным выбором. Мы предлагаем широкий спектр образовательных материалов, поддержку и консультации, чтобы помочь вам достичь успеха в этой области.
Данный набор электронных модулей, предназначен для изучения аналоговой и цифровой электроники на начальном уровне, проектирования простых электронных устройств и программирования на языках Scratch, C++.
Сводная таблица всех компонентов конструктора:
| Наименование компонента | Количество | Расположение | ||
| Акриловый стенд | 1 | В контейнере | ||
| Книга «Изучаем Arduino UNO R4» | 1 | В контейнере | ||
| Контроллер, аналогичный Arduino UNO R4 WiFi | 1 | На стенде | ||
| Система питания | 1 | На стенде | ||
| Литиевый аккумулятор 18650 | 2 | На стенде | ||
| Макетная плата 2T4D | 1 | На стенде | ||
| Модуль RFID-RC522 | 1 | На стенде | ||
| FC-07/MH-FMD - Модуль зуммера | 1 | На стенде | ||
| KY-037 - Датчик звука с цифровым и аналоговым выходами | 1 | На стенде | ||
| Модуль силового реле с питанием DC 5 Вольт | 1 | На стенде | ||
| Символьный дисплей LCD1602 с I2C интерфейсом | 1 | На стенде | ||
| Модуль часов реального времени на DS1302 | 1 | На стенде | ||
| HC-SR501 - Инфракрасный датчик присутствия | 1 | На стенде | ||
| 28BYJ-48 - Шаговый мотор с платой управления | 1 | На стенде | ||
| SG90 - Сервопривод | 1 | На стенде | ||
| KY-023 - Двухосевой джойстик с кнопкой | 1 | На стенде | ||
| Модуль матричной клавиатуры 4х4 | 1 | На стенде | ||
| Зарядное устройство для аккумуляторов | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Интерфейсной кабель для контроллера | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Набор перемычек DUPONT20-20 MM | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Набор перемычек DUPONT20-20 FM | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Набор перемычек DUPONT20-20 FF | 1 | В ресурсном наборе | ||
| DHT11 - Датчик температуры и влажности | 1 | В ресурсном наборе | ||
| SW-520D - Датчик наклона | 2 | В ресурсном наборе | ||
| GY-30 - Датчик освещённости | 1 | В ресурсном наборе | ||
| GY-521 - Модуль гироскопа и акселерометра | 1 | В ресурсном наборе | ||
| N-P-N транзистор BC337 | 2 | В ресурсном наборе | ||
| ИК-пульт с приёмником на диоде VS1838 | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Ультразвуковой датчик расстояния | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Датчик дождя и глубины погружения | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Датчик огня / пламени | 1 | В ресурсном наборе | ||
| KY-016 - Модуль RGB светодиода 5 мм | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Микросхема 74HC595 | 1 | В ресурсном наборе | ||
| CAN-приёмопередатчик CJMCU-1051 | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Фоторезистор VT93N1 | 3 | В ресурсном наборе | ||
| LM35 - Датчик температуры | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Набор аксессуаров для сервопривода | 1 | В ресурсном наборе | ||
| RFID-карта и RFID-брелок для модуля RFID | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Одноразрядный семисегментный индикатор | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Четырёхразрядный семисегментный индикатор | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Светодиодная матрица 8х8 | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Светодиод красный 5 мм | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Светодиод жёлтый 5 мм | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Светодиод зелёный 5 мм | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Светодиод синий 5 мм | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Резистор постоянный 220 [Ом] | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Резистор постоянный 620 [Ом] | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Резистор постоянный 1 [кОм] | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Резистор постоянный 4,7 [кОм] | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Резистор постоянный 10 [кОм] | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Резистор постоянный 30 [кОм] | 10 | В ресурсном наборе | ||
| Потенциометр 5 [кОм] с ручкой | 1 | В ресурсном наборе | ||
| Конденсатор электролитический 10 мкФ х 16 Вольт | 2 | В ресурсном наборе | ||
| Конденсатор керамический 0,01 мкФ х 50 Вольт | 5 | В ресурсном наборе | ||
| Диод выпрямительный 1N4148 | 5 | В ресурсном наборе | ||
| Тактовая кнопка 6х6 | 5 | В ресурсном наборе | ||
| Тактовая кнопка 12х12 | 5 | В ресурсном наборе |
УРОКИ И ПРОЕКТЫ
1. Контроллер Arduino UNO R4
1.1. Обзор
1.2. Arduino UNO R4 в сравнении с UNO R3
1.3. Аппаратное обеспечение Arduino UNO R4
2. Программирование Arduino Uno R4
2.1. Обзор
2.2. Установка Arduino IDE 2.1.0
2.3. Программы без использования аппаратной части
Пример 2.1. Сумма целых чисел
Пример 2.2. Таблица квадратов
Пример 2.3. Объем цилиндра
Пример 2.4. Перевод градусов Цельсия в градусы Фаренгейта
Пример 2.5. Таблица умножения
Пример 2.6. Таблица синуса
Пример 2.7. Таблица синуса, косинуса и тангенса
Пример 2.8. Целочисленный калькулятор
Пример 2.9. Игральные кубики
Пример 2.10. Калькулятор для действительных чисел
Пример 2.11. Вывод в двоичном, восьмеричном, шестнадцатеричном форматах
Пример 2.12. Строковые функции
Пример 2.13. Инициализация массива
Пример 2.14. Символьные функции
Пример 2.15. Решение квадратного уравнения
Пример 2.16. Счастливый день недели
Пример 2.17. Факториал числа
Пример 2.18. Сложение двух квадратных матриц
3. Аппаратные проекты со светодиодами
3.1. Обзор
3.2. Проекты со светодиодами
Проект 3.1. Мигание встроенным светодиодом
Проект 3.2. Мигание внешним светодиодом
Проект 3.3. Мигающий светодиод SOS
Проект 3.4. Поочередное мигание светодиодов
Проект 3.5. Гонки светодиодов
Проект 3.6. Гонки светодиодов-2
Проект 3.7. Светодиодный двоичный счетчик
Проект 3.8. Случайное мигание светодиодов: елочная гирлянда
Проект 3.9. Светодиод, управляемый кнопкой
Проект 3.10. Управление частотой мигания светодиода через внешние прерывания
Проект 3.11. Измерение реакции
Проект 3.12. Цветная волшебная палочка
Проект 3.13. Заданные цвета RGB
Проект 3.14. Светофор
Проект 3.15. Светофор с пешеходным переходом
Проект 3.16. Сдвиговый регистр 74HC595: двоичный счетчик
Проект 3.17. Сдвиговый регистр 74HC595: случайное мигание 8 светодиодов
Проект 3.18. Сдвиговый регистр 74HC595: гонки светодиодов
Проект 3.19. Сдвиговый регистр 74HC595: включение заданного светодиода
Проект 3.20. Сдвиговый регистр 74HC595: демонстрация заданного числа на светодиодах
4. 7-сегментные светодиодные индикаторы
4.1. Обзор
4.2. Структура 7-сегментного светодиодного индикатора
Проект 4.1. 7-сегментный одноразрядный индикатор: десятичный счетчик
Проект 4.3. Четырехразрядный 7-сегментный индикатор: счетчик с прерываниями таймера
Проект 4.4. Четырехразрядный 7-сегментный индикатор: счетчик с очисткой ведущих нулей
Проект 4.5. Четырехразрядный 7-сегментный индикатор: измерение реакции с помощью таймера
Проект 4.6. Мигание встроенного светодиода по прерыванию таймера
5. Жидкокристаллические дисплеи
5.1. Обзор
5.2. Шина I2C
5.3. Порты I2C платы UNO R4
5.4. ЖК-дисплей с интерфейсом I2C
Проект 5.1. Отображение текста на ЖК-дисплее
Проект 5.2. Прокрутка текста на ЖК-дисплее
Проект 5.3. Отображение пользовательских символов на ЖК-дисплее
Проект 5.4. Счетчик товаров на конвейерной ленте с ЖК-дисплеем
Проект 5.5. Точные часы на ЖК-дисплее с использованием прерываний таймера
Проект 5.6. Игральные кубики на ЖК-дисплее
6. Датчики
6.1. Обзор
6.2. Проекты с различными датчиками
Проект 6.1. Аналоговый датчик температуры
Проект 6.2. Вольтметр
Проект 6.3. Релейный регулятор температуры
Проект 6.4. Фоторезистор в качестве датчика освещенности
Проект 6.5. Датчик наклона
Проект 6.6. Измерение уровня воды
Проект 6.7. Регулятор уровня воды
Проект 6.8. Датчик переполнения с зуммером
Проект 6.9. Датчик обнаружения звука – управление реле хлопком ладоней
Проект 6.10. Датчик пламени с релейным выходом
Проект 6.11. Измерение температуры и влажности
Проект 6.12. Генерация музыкальных тонов
7. RFID-считыватель
7.1. Обзор
7.2. Применение RFID-считывателя
Проект 7.1. Определение идентификатора RFID-метки
Проект 7.2. Дверной замок с RFID-доступом через реле
8. Клавиатура 4×4
8.1. Обзор
8.2. Кнопочная клавиатура 4×4
Проект 8.1. Отображение нажатого кода клавиши на последовательном мониторе
Проект 8.2. Целочисленный калькулятор с ЖК-дисплеем
Проект 8.3. Дверной замок с клавиатурой и реле
9. Модуль часов реального времени (RTC)
9.1. Обзор
9.2. Модуль RTC
Проект 9.1. RTC и монитор последовательного порта
Проект 9.2. RTC с ЖК-дисплеем
Проект 9.3. Отображение температуры и влажности с отметкой времени. Использование встроенных RTC контроллера Renesas RA4M1
Проект 9.4. Установка и отображение текущего времени встроенных RTC
Проект 9.5. Периодическое прерывание каждые 2 секунды
10. Джойстик
10.1. Обзор
10.2. Джойстик
Проект 10.1. Чтение аналоговых значений с джойстика
11. Светодиодная матрица 8×8
11.1. Обзор
11.2. Светодиодная матрица 8×8
Проект 11.1. Отображение фигур
12. Двигатели: сервоприводы и шаговые двигатели
12.1. Обзор
12.2. Сервопривод
Проект 12.1. Тестовое вращение сервопривода
Проект 12.2. Серворазвертка
Проект 12.3. Сервопривод, управляемый джойстиком
12.3. Шаговый двигатель
Проект 12.4. Поворот двигателя по часовой стрелке и обратно
13. Цифроаналоговый преобразователь
13.1. Обзор
Проект 13.1. Генерация прямоугольного сигнала амплитудой 2 В
13.2. Генерация синусоидального сигнала: библиотека AnalogWave
Проект 13.2. Генерация синусоидального сигнала
Проект 13.3. Генератор синуса с переменной частотой
Проект 13.4. Задание частоты синусоидального сигнала с помощью потенциометра
Проект 13.5. Генерация прямоугольного сигнала частотой 1 кГц и амплитудой 1 В
14. Использование EEPROM, Human Interface Device и ШИМ
14.1. Обзор
14.2. Память EEPROM
14.3. Интерфейс взаимодействия с человеком (HID)
Проект 14.1. Запуск программ Windows с помощью кнопок
14.4. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
Проект 14.2. Регулирование светодиодов с помощью ШИМ
15. Arduino UNO R4 WiFi
15.1. Обзор
15.2. Светодиодная матрица
Проект 15.1. Использование светодиодной матрицы для создания изображения креста, метод 1
Проект 15.2. Создание изображений установкой байтов
Проект 15.3. Использование светодиодной матрицы для создания изображения креста, метод 2
Проект 15.4. Анимация – отображение слова
15.3. Использование WiFi
15.3.1. UDP и TCP
15.3.2. Связь по протоколу UDP
15.3.3. Связь по протоколу TCP
Проект 15.5. Управление встроенным светодиодом Arduino UNO R4 WiFi со смартфона с помощью UDP
15.4. Bluetooth
15.4.1. Bluetooth BLE
15.4.2. Модель программного обеспечения Bluetooth BLE
16. Последовательная связь
16.1. Обзор
Проект 16.1. Получение температуры окружающей среды от Arduino UNO R3
17. Использование симулятора Arduino UNO
17.1. Почему симуляция?
17.2. Симулятор Wokwi
Проект 17.1. Простое моделирование – мигающий светодиод
Проект 17.2. Отображение текста на ЖК-дисплее
Проект 17.3. ЖК-счетчик секунд
18. Шина CAN
18.1. Обзор
18.2. Шина CAN
18.2.1. Оконечная нагрузка CAN-шины
18.2.2. Скорость передачи данных по CAN-шине
18.2.3. Длина кабельного шлейфа
18.2.4. Узел CAN-шины
18.2.5. Уровни сигнала шины CAN
18.2.6. Напряжение CAN_H
18.2.7. Напряжение CAN_L
18.2.8. Арбитраж шины
18.2.9. Шинный приемопередатчик
18.2.10. CAN-разъемы
18.3. Интерфейс CAN-шины Arduino UNO R4
18.3.1. Приемопередатчик CAN-шины
18.4. Примеры использования CAN
Проект 18.1. Связь между Arduino UNO R4 WiFi и Arduino UNO R4 Minima по CAN-шине
Проект 18.2. Отправка показаний температуры по CAN-шине
19. Инфракрасный приемник и пульт дистанционного управления
19.1. Обзор
19.2. Инфракрасный приемник
19.3. Инфракрасный пульт дистанционного управления
19.4. Работа ИК-системы дистанционного управления
Проект 19.1. Расшифровка кодов ИК-пульта управления
Проект 19.2. Дистанционное включение/выключение реле
Проект 19.3. Дистанционное управление шаговым двигателем