МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ)

Кафедра «Интеллектуальные системы в управлении и автоматизации» (ИСУиА)

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

По дисциплине

Технологии промышленного интернета вещей

Выполнили: Студенты 4-го курса Группы БАП2201 Ли Самен Мягков А.К.

Проверил: к.т.н., доцент Воронов В.И.

Москва 2026

2

1 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Тема 1

Основная информация о плате Arduino Uno.

1.Питание и земля (Arduino – источник): 5V, 3.3V, GND;

2.Питание Arduino: USB типа B, от источника питания, от аккумулято-

ра – Vin + GND

3.Цифровые выводы (+ ШИМ): 0 – 13

4.Аналоговые выводы: А0 – А5

На рисунке 1.1 представлена плата Arduino UNO.

Рисунок 1.1 – Плата Arduino UNO

Большинство выводов платы Arduino UNO могут работать как на вход, так и на выход. То есть они способны считывать данные с подключенных устройств или же наоборот - выдавать на них сигналы. К ним относятся пины, помеченные как 0-13. По умолчанию все пины работают на выход. Чтобы изменить их режим, будем использовать функцию pinMode().

Аналоговые выводы А0-А5

В отличие от цифровых пинов, эти выходы подключены к микроконтроллеру через шестиканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). При подключении к этим пинам мы будем получать значения от 0 до 1023. К А0-А5 подключаются аналоговые датчики.

Структура скетчей

Что вообще такое программа? Это последовательность действий (ко-

3

манд) для компьютера или платы, которые пишутся для получения желаемого результата.

Мы будем писать так называемые «скетчи» – маленькие программы, которые загружаются для дальнейшей обработки в плату Arduino.

В плату можно загрузить только один скетч. При каждой последующей загрузке скетча в плату, предыдущий удаляется. При этом последний загруженный скетч будет работать при каждом подключении платы к питанию до тех пор, пока туда не будет загружен новый.

Для написания программ будет использоваться специальная среда – Arduino IDE.

Так выглядит значок этой программы:

При создании нового скетча автоматически создаётся шаблон с двумя основными функциями.

Рисунок 1.2 – Шаблон программы в Arduino IDE

4

Структура программы:

//однострочный комментарий /*Многострочный комментарий*/

#include<Название библиотеки.h> – подключение библиотек

void setup() { } – функция, которая используется для настройки парамет-

ров

void loop() { } – функция, в которой код программы будет выполняться непрерывно сверху вниз, пока у нас не отключится источник питания.

Программа чаще всего содержит 4 части:

–объявление переменных (в нашем случае выводов);

–ввод исходных данных;

–обработка данных (вычисления);

–вывод результата.

При работе с какими-либо данными в Arduino полезно периодически их выводить и наблюдать за динамикой. Для этого будет использоваться монитор порта. Его можно найти, перейдя во вкладку «Инструменты» и выбрав при этом «Монитор порта».

Для того, чтобы пользоваться монитором порта, нужно воспользоваться набором функций для обмена данными – Serial.

1) Настроить скорость обмена данными: Serial.begin(скорость); Serial.begin( ); – определяется в функции setup( ) Стандартная скорость = 9600 бод

2)Вывести строку без переноса:

Serial.print(“something”);

3)Вывести строку с переносом:

Serial.println(“something”);

Схема и распиновка платы Arduino Uno представлены на рисунке 1.3.

5

Рисунок 1.3 – Схема платы Arduino UNO

1.2 Тема 2

Виды кнопок

Кнопки бывают разные, но все они выполняют одну функцию – физически соединяют (или, наоборот, разрывают) между собой проводники для обеспечения электрического контакта. В простейшем случае – это соединение двух проводников, но есть кнопки, которые соединяют большее количество проводников.

6

Рисунок 1.4 – Виды кнопок, их внешний вид и обозначение на электрической схеме

В настоящее время широкое применение имеют т.н. «тактовые кноп-

ки».

Это кнопки, которые при нажатии замыкают электрическую цепь, а при отпускании – размыкают. Иначе говоря, это нефиксирующиеся кнопки.

Дребезг контактов

Кнопка – очень простое и полезное изобретение. При нажатии на кнопку и при её отпускании возникает «дребезг». Это многократное переключение состояния кнопки за короткий промежуток времени (порядка нескольких миллисекунд), прежде чем она примет установившееся состояние. Это нежелательное явление возникает в момент переключения кнопки из-за упругости материалов кнопки или ввиду возникающих при электрическом контакте микроискр.

7

Рисунок 1.5 – Дребезг контактов в момент нажатия и отпускания кнопки

Разберёмся сначала с терминологией. В этом занятии встретятся два понятия: стягивающий и подтягивающий резисторы. Это просто резисторы, которые подключаются между входом/выходом микросхемы и цифровой питанием/землей. Какой в этом смысл? Разбираемся.

Случается, что не все выводы микросхемы используются в схеме: иногда они либо вовсе не задействованы, либо включаются в работу в определенных ситуациях. Выводы цифровых микросхем обладают достаточно высоким сопротивлением и если свободные выводы никуда не подключить, то от посторонних электромагнитных полей на них могут образоваться достаточно большие потенциалы, которые будут восприниматься микросхемой как полезный сигнал, от чего произойдёт её ложное срабатывание. По этой причине инженеры придумали фиксировать потенциалы таких выводов с помощью хитрого, но простого трюка.

Фиксация производится с помощью обычного резистора, включенного между выводом (будь то вход или выход) микросхемы и питанием/землёй. Такой резистор как-бы "подтягивает" потенциал вывода до потенциала питания или земли. При этом, помимо фиксации потенциала, сохраняется возможность использовать вывод по назначению.

Чтобы гарантировать отсутствие напряжения при разомкнутой цепи, рядом с входом ставится стягивающий резистор:

8

Рисунок 1.6 – Cхема подключения со стягивающим резистором

Теперь нежелательный ток будет уходить через резистор в землю. Для стягивания используются резисторы больших сопротивлений (10 кОм и более). В моменты, когда цепь замкнута, большое сопротивление резистора не даёт большей части тока идти в землю: сигнал пойдёт к входному контакту.

Аналогично, подтягивающий резистор удерживает вход в состоянии логической единицы, пока внешняя цепь разомкнута:

Рисунок 1.7 – Схема подключения с подтягивающим резистором

То же самое: используются резисторы больших номиналов (10 кОм и более), чтобы минимизировать потери энергии при замкнутой цепи и предотвратить короткое замыкание при разомкнутой.

Подтягивающий резистор «подтягивает» неопределенный потенциал ко входу с напряжением 5 В, делая его определенным — HIGH. При нажатии кнопки на пине будет значение LOW.

Стягивающий резистор «стягивает» потенциал к земле, делая его

9