Arduino - część 1 - wstęp

Pomyślałem że skoro już mam taki blog i zanim wrzucę tu różne moje projekty to dobrze by było zrobić taki wstęp dla zupełnie początkujących. Umieszczę tu wszystkie podstawowe informacje jakie potrzebne są by zacząć zabawę z Arduino.

Myślę że zrobię to w dwóćh częściach: niniejszym wstępie oraz pierwszym, prostym projekcie.

Ponieważ podobnych wprowadzeń może być w Sieci wiele więc postaram się ograniczyć informacje do niezbędnego minimum.

Platforma Arduino

Jeśli chcesz pobawić się elektroniką cyfrową najprościej zacząć od Arduino: to platforma znakomicie ułatwiająca tworzenie i uruchamianie konstrukcji o różnym stopniu skomplikowania.

Dlaczego warto zainteresować się Arduino? Powodów jest wiele:

• Nic nie trzeba lutować. Na początek wystarczy płytka Arduino + przewody + płytka stykowa. Prototyp projektu tworzy się i uruchamia bardzo szybko: tym samym efekty widoczne są błyskawicznie. Arduino to idealna platforma dla osób ze "słomianym zapałem".
• Spora społeczność użytkowników: umożliwia szeroki dostęp do wszelkich informacji, narzędzi, poradników, etc.
• Ogromna liczba bibliotek umożliwiająca obsługę różnego rodzaju czujników ,wyświetlaczy i innego sprzętu.
• Duża ilość "shieldów" : rozszerzeń dodających do Arduino funkcjonalności jak np. obsługa sieci Ethernet. Montaż jest równie prosty jak składanie klocków Lego.
• Jest stosunkowo tanie.

Należy zdawać sobie sprawę z tego, że Arduino to nie jest nazwa jednego produktu: to system na który składa się płytka z mikrokontrolerem oraz ustandaryzowane środowisko do programowania Arduino IDE.

Płytek także jest wiele : w zależności od potrzeb możemy nabyć m.in.:

		`

By wymienić tylko kilka najpopularniejszych...

Czym się różnią poszczególne modele ? Szczegółami, takimi jak: napięcie zasilania, taktowaniem zegara, użytym mikrokontrolerem, ilością pinów we/wy, ilością PWM, UART'ów (układów transmisji szeregowej), rozmiarem pamięci EEPROM/SRAM/FLASH, interfejsem do programowania, etc...

Pełne porównanie można zobaczyć pod tym adresem, oraz na stronie Arduino czy też majsterkowo.pl, więc nie będę się tu powtarzał.

Co wybrać?

Co wybrać na początek ? Najpopularniejszym modelem jest Uno i większość przykładów jakie można znaleźć w Sieci odnosi się do niego.

Arduino model UNO

W przypadku każdego Arduino mamy jasno określony podział pinów na grupy: cyfrowe i analogowe. Każdy z pinów (analogowych i cyfrowych) może służyć w jako wejście lub wyjście (tak zwane wejścia/wyjścia ogólnego przeznaczenia - GPIO - general purpose input-output).

Określone piny w w/w grupach dedykowane są także specjalizowanym zadaniom jak obsługa komunikacji I2C (SDA/SCL), SPI (MISO/MOSI/SCK/SS) oraz zewnętrznych przerwań (INT0/INT1).

Kompletna specyfikacja dostępna jest na stronie Arduino.

"Sercem" modelu UNO jest mikrokontroler ATmega328,  w innych modelach mogą być zastosowane inne układy, jednak mimo tego, dzięki standardowemu środowisku programowania większość tzw. sketch'y (szkiców - czyli przykładowych programów) będzie działać na każdym z nich.

Dlaczego Arduino stało się popularne ? Sam pomysł przecież nie jest zbyt "rewolucyjny": mamy mikrokontroler, bootloader, stabilizator napięcia, oznaczone grupy pinów , złącze USB i zasilania, etc...

Ale prawdziwa moc jest w Arduino IDE: standardzie oraz środowisku do programowania z językiem opartym o C/C++, z wbudowanymi niezwykle prostymi w obsłudze bibliotekami oraz funkcjami umożliwiającymi programowanie nawet gimnazjalistom.

Mówiąc o całym środowisku programowania nie można wspomnieć o bogactwie dostęnych bibliotek (libraries): praktycznie do obsługi każdego sprzętu jak serwomechanizmy, silniki krokowe, czujników jak odległości, temperatury, ciśnienia... i wiele więcej. Bibliotekę wystarczy pobrać, zainstalować i jest już gotowa do użycia. Nic prostszego!

Jak zacząć ?

Można więc zacząć od:

1. Zakupu oryginalnej płytki 
2. Zakupu klona

Czym się różni klon on oryginału ? Ceną i jakością wykonania. Funkcjonalność (w większości przypadków) jest ta sama. Poza tym kupując oryginał wspieramy platformę Arduino. Minusem niestety jest cena - oryginał jest co najmniej dwukrotnie droższy od klona.

Arduino Uno : oryginał i przykładowy klon

Tak więc kupujemy Uno + absolutne minimum jak płytka stykowa (czasem zwana prototypową) + moduł zasilający + zestaw przewodów do płytki stykowej.
Jeśli nie chcesz by pierwszy przykład jaki uruchomisz (zwykle "Blink") migał diodą wbudowaną w Arduino kup również kilka diód LED i oporników (o oporności od 200 do 330 Ohm). Są tanie.

Płytka stykowa + przewody + moduł zasilający

• Płytka na zdjęciu ma 830 pól, czyli otworów. W zupełności wystarczy.
• Moduł zasilający na zdjęciu potrafi dać napięcie 5V lub 3.3V w zależności od wbudowanego weń jumpera. Może być zasilany z baterii (od 6 do 12V), zasilacza (również od 6 do 12V) lub nawet poprzez USB.
• Przewody to zestaw przewodów męsko-męskich (wyjścia z obu stron).

To zupełnie minimum by zacząć.

Można rozważyć także zakup wyświetlacza LCD lub/i 8-segmentowego LED oraz kilku prostych czujników. Są dostępne także dedykowane zestawy elementów.

Gdzie kupić ?

Również tu opcji jest kilka:

1. Lokalne sklepy elektroniczne. Jeśli mieszkasz w większym mieście to na pewno jest przynajmniej taki jeden. Plusem jest to że kupisz (być może) wszystko od ręki. Minusem może być cena, niejednokrotnie przekraczająca o 50% to co kupisz w Internecie.
2. Sklepy internetowe w Polsce. Ja zwykle kupuje w botlandzie lub elektroparku. Oba sklepy są godne polecenia. W tym pierwszym zapłacisz kartą , ten drugi wymaga jedynie płatności przelewem lub przy odbiorze (droższa opcja). Plus taki że wszystko dostaniesz w miarę niedrogo i dotrze do Ciebie szybko. Minusem jest koszt dostawy: wg mni mógłby być mniejszy - ale o tym za chwilę...
3. Allegro. Wiele sklepów prowadzi sprzedaż przez Allegro i można tam również dostać wszystkie potrzebne komponenty niedrogo i z szybką dostawą.
4. Zagraniczne sklepy. Polecić można aliexpress oraz ebay. Zwykle spotkasz tam towar pochodzący z Chin w bardzo dobrej cenie. Np można kupić cały w/w zestaw za ... niecałe 5 USD. W dodatku z darmową przesyłką (!). Minusem jest czas dostawy: towar może iść 3-4 tygodnie. No i potrzebna jest raczej karta kredytowa. W przypadku ebay'a można także zapłacić PayPal'em - co dla mnie jest plusem.

Zestawy

Tak jak wcześniej wspomniałem można także zakupić cały zestaw elementów "all in one": diody, rezystory, kondensatory, tranzystory, płytka, przewody, zasilanie... W zależności od stopnia skomplikowania zestawy mogą zawierać także elektromechaniczne elementy jak silniki, przekaźniki czy serwa. Niektóre zestawy są w komplecie z płytką Arduino, niektóre zawierają same elementy uzupełniające.

Podobnie jak w przypadku "gołego" Arduino można nabyć  zestawy oryginalne oraz klony. Różnica oczywiście w cenie i jakości.

Minusem może być cena oraz fakt, iż być może nie wykorzystamy nigdy wszystkich elementów.

To tyle jeśli chodzi o wstęp. Wszystko powinno być jasne, ewentualne pytania można zadawać w komentarzach :)