"Конструирование на аппаратно-программном системе «Arduino»"

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учереждение

«Средняя общеобразовательная школа №7»

городского округа «г.Якутск»

Реферат  на тему:

Конструирование на аппаратно-программном системе «Arduino»

                                                Выполнили  работу ученики 8 «б» класса:

                                                        Осипов Станислав и Горохов Иван

                                                                        Проверил:  Васильев П.В.        

Якутск, г.2017

Содержание:

Введение………………………………………………………………3

Теоретическая часть

1. История возникновения Ардуино …………………………4

1.2.   Виды и разновидность Ардуино……………………………..5ыкырапраап

1.3.  Характеристика платы МЕГА 2560…………………………7

Практическая часть

1. Установка программы  «Arduino»………………………… 9
2.  Проект «создание мигания светодиода» ………………….10

Заключение ………………………………………………………….12

Введение

Многие тысячелетия люди изучали силы природы и продолжают изучать, подчиняли их себе. Чтобы облегчить свой труд на протяжении тысячелетий они создавали и совершенствовали орудия труда, создавали различные машины, а теперь еще создали машины, которые могут управлять другими машинами. Подключая к различным объектам датчики, человек научил объекты обмениваться информацией, т.е. научил объекты самим «принимать решения» и действовать без участия человека. Сейчас «умный дом» не является фантастикой, а интернет вещей стремительно развивается. Произошла тесная интеграция реального и виртуального миров, в котором общение производится между людьми и устройствами. Стремительно развивается и робототехника. Все эти процессы открывают широкие перспективы новых возможностей применения автоматизации и способствуют повышению качества жизни людей.

Проблема

В современном мире, робототехника и автоматизация оказывают большое влияние на развитие IT-технологий. Популярные в настоящее время разнообразные микроконтроллеры и платформы позволяют разрабатывать множество устройств, которые могут помочь в повседневной жизни. Большинство этих устройств объединяют разрозненную информацию о программировании и заключают ее в простую в использовании сборку. Разработка электронных устройств, кажется делом сложным и трудоемким. Но современные технологии позволяют упростить их создание.

Гипотеза

Фирма Arduino (Италия), в свою очередь, упрощает процесс работы с микроконтроллерами, обеспечивает ряд преимуществ перед другими устройствами из-за простой и понятной среды программирования, низкой цены и множеством плат расширения. Для учащихся, студентов и любителей платформа Arduino может стать основным элементом для исследования и решения задач в областях автоматизации и робототехники.

Актуальность

Современные мир не обходится без использования электронных устройств, умение пользоваться таким устройством, а также создавать такие устройства, открывают для нас широкие перспективы.

Целью нашей работы является ознакомление с возможностями и техническими характеристиками на примере платы Arduino MEGA, и определение перспектив применения данного устройства.

Задачи

• Ознакомиться с разновидностями микроконтроллеров;
• Научится строить модели на платформе «Arduino»
• Отладка и тестирование модели.

Теоретическая часть

2. История возникновения Ардуино

Arduino – это инструмент для проектирования электронных устройств (электронный конструктор) более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности. Это платформа, предназначенная для «physical computing» с открытым программным кодом, построенная на простой печатной плате с современной средой для написания програмного обеспечения.

        Arduino применяется для создания электронных устройств с возможностью приема сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, и управления различными исполнительными устройствами. Проекты устройств, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере (напр.: Flash, Processing, MaxMSP). Платы могут быть собраны пользователем самостоятельно или куплены в сборе. Среда разработки программ с открытым исходным текстом доступна для бесплатного скачивания.

        Язык программирования Arduino является реализацией Wiring, схожей платформы для «physical computing», основанной на мультимедийной среде программирования Processing. 

3. Виды и разновидность Ардуиноыкырапраап

Arduino xxx

         Стандартный и самый распространённый размер. Когда говорят «ардуино» («обычная ардуино») — обычно все сразу представляют именно такие платы.
Самые первые платы были в этом форм-факторе, соответственно именно он пережил больше всего реинкорнаций (USB-версии в хронологическом порядке выхода): 
Extreme, NG, Diecimila, Duemilanove, Uno, Leonardo.
Вы не поверите, но ощутимая разница для пользователя наблюдается только в Леонардо
Сейчас на официальном сайте предлагается к покупке только Leonardo и Uno, однако интернет завален вариантами Duemilanove (наша CraftDuino именно её разновидность и не зря — всё что нужно среднему пользователю было воплощено ещё в Ardino Extreme, с тех пор поменялось крайне мало.
Все эти платы имеют одинаковое количество входов-выходов, собранных на одинаковые разъёмы (для подключения периферии и шилдов), программируются по USB, и имеют микроконтроллер ATMega на борту. На ранних версиях стоял ATMega8, потом стали ставить ATMega168, потом ATMega328. 
На «восьмёрке» только 3 ШИМ выхода, 8Кб под скетч 1Кб оперативки, но для многих приложений хватает. У ATMega168 уже 6 ШИМ каналов и 16Кб под ваши нужды, а у 328-й 32Кб под программы и уже 2Кб оперативки. Кстати не вся флеш-память доступна пользователю, часть её занимает бутлоадер. На всех платах до UNO стоял чип-преобразователь USB-UART FT2322, позволяющий втыкать плату прямо в USB и программировать без программатора. При втыкании в системе появлялся виртуальный COM-порт, который и используется средой разработки Ардуино для программирования. 

Arduino UNO

На UNO решили заменить хардварный преобразователя USB-UART, на микроконтроллер Atmega8U2 (в более поздних ревизиях 16U22)- в него залита специальная прошивка, делающая ровно то же что и FT232. 
Что это дало?
Поднялась скорость прошивки — теперь вместо  10 секунд надо ждать  3 секунды.
А главное, в этот МК-конвертор можно залить свою прошивку, и превратить ардуино в мышку, клавиатуру или миди устройство… наверняка кому-то это очень надо
Только делается это как-то не очень по-ардуиновски, и примеров пока крайне мало.

Если цель изменение протокола обмена платы и компьютера, вы хотите делать оригинальная клаву-мышь-МИДИдевайс ( вот, кстати, «не оригинальная» миди-пульт, на самой обычной ардуине тогда конечно вам нужна именно UNO. И если вам предстоит писать объёмную прошивку для этого (использовать исходники большого объёма), тогда нужно искать последнюю ревизию UNO — с Atmega16U2 (у неё в два раза больше памяти программ)
Да, тут ещё стоит оговориться — эта Atmega8U2/16U2 на самом деле делает не ровно то же, что FT232, она не реализует очень удобной фичи — BitBang-а, так что превратить плату в программатор таким нехитрым образом уже не получится.
Но всё же можно.

Arduino MEGA xxx

Серия прокачанных плат (по размеру и характеристикам) представлена моделями (в хронологическом порядке): Mega, Mega2560 и Arduino ADK.

В платы успешно втыкаются почти все шилды, но из-за разного (с «обычными» ардуинами) расположения выводов SPI-интерфейса, шилды использующие его с цифровых пинов 11,12,13 будут не совместимы. Пример — старый эзернет шилд. На новом SPI берётся со стандартной вилки ISP и всё отлично работает и на «мегах», и на «обычных» дуинах.
На платах куча выводов: 

54 цифровых 
из них 15 — с ШИМ 
16 — аналоговых, 
Куча памяти: 
128/256кб — флэш, 
8кб оперативки, 
4кб еепрома 
и целых 4 хардварных UART-а!
«Мега» построена на ATmega1280, а «2560» и «ADK» на ATmega2560, поэтому различаются платы обьёмом памяти, к тому же у свежих — 2560 и ADK — USB-часть выполнена на ATmega8U2 (на более поздних ревизиях 2560 — на ATmega16U2), тут всё как у УНО. 
А у ADK ещё и USB-host имеется, от которого ожидается большая дружба с Android-телефонами.

1.3.Характеристика платы МЕГА 2560

Состав конструктора Ардуино мега 2560

1. Микроконтроллер
2. Монтажная плата
3. Светодиоды
4. Резисторы
5. Переключатели
6. Цифровой дисплей
7. Текстовой дисплей
8. Двигатели
9. USB порты
10. Датчик движения
11. Дальномер
12. Переменный резистор

Вывод. Плата конструктора Ардуино мега 2560 по своим техническим характеристикам позволяет нам больше возможностей чем другие выше приведенные платформы. Базовая комплектация данного  конструктора содержит больше деталей, что позволяет создавать больше различных моделей.

Практическая часть

1. Установка программы  «Arduino».

Для программирования  микроконтроллера ардуино устанавливается бесплатная   программа «Arduino». Установка программы стандартная для Windows.

При настройке программы возникли проблемы установки подходящих драйверов для нашей платы MEGA 2560.

2.2 Проект «создание мигания светодиода»

Первый наш проект-это, простой базовый пример, мигание светодиода.

Схема 1. Подключения светодиода.

Для проекта нам понадобится: 

Плата Ардуино

Резистор

Светодиод

Макетная плата

1. Собираем схему, учитывая полярность светодиода, вставляя провода в определенные разъемы, подбираем соответствующий резистор для понижения силы тока для светодиода.
2. Пишем код:  

   int led = 13; // создаем переменную led b присваиваем ей значение 13, эта переменная хранит номер порта к которому подключен светодиод. void setup() { // Устанавливаем порт 13 (Led) как исходящий.

pinMode(led, OUTPUT); } // Этот цикл будет крутиться бесконечно

void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // Присваиваем с помощью оператора digitalWrite порту led (13) значение HIGH, это значит на пин 13 ардуина подаст 5В.

 delay(1000); // пауза 1 секунда

digitalWrite(led, LOW); // Присваиваем с помощью оператора digitalWrite порту led (13) значение LOW, это значит на пин 13 ардуина подаст 0В.

delay(1000); // Еще одна секунда и цикл loop запустится с самого начала }

3. Проверка кода программы. Если нет ошибок, то загружаем код на микроконтроллер через USB-кабель.
4. Далее можно вносить разные параметры для кода.

Заключение

Платформа Ардуино, перспективное направление в робототехнике, открывает широкие возможности внедрения автоматизации и робототехники, которая способствует повышению качества жизни людей.

Изучение платформы «Ардуино» позволяет не только научиться программировать, но и развивает междисциплинарные связи. Чтобы работать на данной платформе, нужно знать электрофизику, радиотехнику. В 8 классе, по физике,  мы изучали тему «Электричество» «Электромагнитные явления», что нам облегчило работу с данной платформой. А тема «Программирование», по предмету информатика, дало возможность немного разобраться в программном коде.

Надеемся, что приобретенные знание и навыки работы с платформой Ардуино нам понадобится в выборе будущей профессии.