Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программирование микроконтроллера Arduino в информационно-управляющих системах. Учебное пособие
.pdf
- коэффициент усиления; обозначается Kf.
2.8 Конденсаторы
Конденсатор – подобие аккумулятора, который моментально заряжается и
разряжается, и имеет небольшую емкость. Керамический конденсатор не имеет
полюсов. Электролитический – имеет: короткая «нога» конденсатора является
ктодом (+), либо отмечается белой полоской.
Различают керамические и электролитические конденсаторы (рисунок 12).
Основные характеристики:
- емкость, обозначается С, измеряется в фарадах;
- точность (допуск), обозначается +/-, измеряется в процентах;
- максимальное напряжение, обозначается Vmax, измеряется в вольтах.
Рисунок 12 – Керамический и электролитический конденсаторы в среде
Fritzing
Принцип работы конденсатора:
- если подаваемое на него напряжение больше накопленного, конденсатор
будет заряжаться;
- если внешнее напряжение меньше внутреннего, конденсатор будет
разряжаться (отдавать заряд).
21
2.9 Моторы и сервоприводы
Мотор переводит электрическую энергию в механическую (энергию
вращения). Самый простой вид мотора – коллекторный. При подаче напряжения в
одном направлении вал крутится по часовой стрелке, в обратном направлении –
против часовой.
Основные характеристики:
- номинальное напряжение (рекомендуемое), обозначается V, измеряется в
вольтах;
- потребляемый ток без нагрузки, обозначается I, измеряется в амперах;
- скорость вращения без нагрузки, обозначается , измеряется в оборотах в
секунду;
- максимальный крутящий момент, обозначается T, измеряется в НхМ.
Сервопривод – мотор с редуктором и блоком управления, углом поворота
которого можно управлять программно (рисунок 13).
Принцип работы:
- сервопривод получает на вход значение управляющего параметра (угол
поворота);
- блок управления сравнивает это значение со значением, хранящемся в
датчике;
- на основе результата сравнения привод производит поворот в ту или иную
сторону;
- цикл повторяется.
Наиболее распространены сервоприводы, которые удерживают заданный угол
и сервоприводы, а также имеющие фиксированную скорость вращения.
Все сервоприводы ограничены углом поворота и не могут выполнить более
одного полного оборота. Большинство сервоприводов имеет угол поворота в
радиан (180 градусов).
22
Рисунок 13 – Сервопривод[1]
Для управления сервоприводами с помощью Arduino используется библиотека
«Servo».
2.10 Пьезо-динамик
Пьезо-динамик переводит переменное напряжение в колебание мембраны,
которая в свою очередь создаёт звуковую волну. Внутри пьезо-динамика находится
мембрана, соединенная с конденсатором. При зарядке и разрядке конденсатора
мембрана колеблется и создает звуковую волну.
Пьезо-динамик подключается напрямую к Arduino без использования
дополнительного сопротивления.
Функции Wiring, связанные со звуком и управлением пьезо-динамиком,
располагаются в библиотеке «Tone».
2.11 Семи-сегментный индикатор
Семи-сегментный индикатор (рисунок 14) – это 8 независимых светодиодов, 7
из которых выложены в форме цифры 8, и позволяют выводить изображение одной
цифры, а 8-ой светодиод представляет собой точку.
Особенности работы с индикатором:
23
- каждый сегмент является независимым светодиодом и должен подключаться
к Arduino через резистор; нумерацию контактов можно посмотреть на рисунке
14;
- выводы 3 и 8 являются катодами. К GND можно подключать любой из них;
- вывод 5 - это точка.
В лабораторных работах данного пособия этот светодиод не используется;
Рисунок 14 – Индикатор из 7 сегментов и схема нумерации контактов
Пример разводки контактов индикатора приведен на рисунке 15.
24
Рисунок 15 – Пример разводки контактов 7-сегментного индикатора
2.12 Текстовый экран 16х2
LCD дисплей для вывода текста с подсветкой. Экран имеет 16 контактов для
подведения питания и взаимодействия с управляющей электроникой (рисунок 16).
Для управления выводом дисплея возможно использовать только 6 из них.
Для программного управления дисплеем используется библиотека
«LiquidCrystal».
25
Рисунок 16 – Текстовый экран 16х2 [2]
Распиновка:
- контакт 1 – GND;
- контакт 2 – питание (5 В);
- контакт 3 – контрастность; соединив с GND можно получить максимальную
контрастность, с 5В – минимальную;
- 2 или 3 для командования дисплеем;
- 4 или 8 для передачи данных (кодов символов и команд);
- 4-й контакт дисплея - 4-й контакт Arduino. Это линия адресного сигнала;
- 11-й, 12-й, 13-й, 14-й контакт дисплея - 10-й, 11-й, 12-й, 13-й контакт Arduino
соответственно. Это линии данных[2].
26
3 Среды разработки
3.1 ArduinoIDE
ArduinoIDE – это официальная среда разработки Arduino на языке Wiring. На
рисунке 17 представлен скриншот окна программы. AIDE включает в себя редактор
кода (текстовый редактор), консоль (окно вывода), меню, а так же панель
инструментов с кнопками быстрых действий, таких как «проверить скетч»,
«загрузить скетч в платформу» и др.
ArduinoIDE поддерживает операционные системы Windows и Linux. В данном
пособии рассматривается работа со средой в ОС Windows.
Рисунок 17 – Окно программы ArduinoIDE версии 1.6.7
Программа, написанная для Arduino, называется скетчем, и имеет расширение
«.ino». Скетч пишется в редакторе кода ArduinoIDE. По мере работы со средой, в
консоль выводится различная информация, такая как сообщения об успешном
сохранении скетча, его компиляции и загрузки в платформу Arduino, информация о
27
найденных в коде ошибках. Наиболее используемые кнопки среды поместили в
панель инструментов: «проверить программу», «записать программу» (загрузить в
память Arduino), «создать», «открыть» и «сохранить» скетч, открыть «монитор
последовательной шины».
Для создания нового скетча достаточно запустить программу. Автоматически
будет создан скетч, названный по принципу «sketch_(месяц) + (дата).ino».
Для связи с Arduino используется драйвер виртуального COM порта. Если
драйвер не установился автоматически после первого подключения контроллера к
компьютеру, и при загрузке скетча в консоли указана соответствующая ошибка,
драйвер необходимо установить вручную. Для этого проделайте следующие шаги:
1. Зайдите в «Панель Управления» - «Система» - «Диспетчер устройств» -
«Порты COM и LPT».
2. В открывшемся списке найдите COM-порт Arduino (если вы не можете
определить какой именно порт относится к Arduino, отключите плату от ПК и
посмотрите, какой из портов в списке исчезнет, а затем подключите снова).
3. Нажмите правой кнопкой мыши на COM-порте Arduino и выберите
«Обновить драйвер».
4. Выберите «Указать файл на моем компьютере».
5. Укажите файл «Arduino.inf», располагающийся в каталогеdrivers(в папке
программы ArduinoIDE).
6. Windows завершит установку драйвера.
Перед загрузкой скетча в Arduino необходимо зайти в меню «Инструменты»,
«Плата» и выбрать в списке версию вашей платы. В данном пособии
рассматривается работа с ArduinoUNO (выберите пункт Arduino/GenuinoUNO в
списке). Затем, необходимо указать к какому порту подключена платформа. Для
этого зайдите в «Инструменты», «Порт» и выберите нужный COM порт. Если к
вашему ПК подключена только одна плата Arduino, в списке подменю «Порт» будет
лишь один доступный вариант.
После установки данных параметров необходимо нажать кнопку загрузки
скетча в панели инструментов, либо зайти в меню «Скетч» и выбрать «Загрузка»,
28
либо нажать «CTRL+U». Начнется проверка кода на ошибки. Если ошибки не будут
обнаружены, светодиоды RX и ТХ платы начнут мигать (индикаторы трафика
Arduino-ПК), а в консоли появится соответствующее сообщение «Загрузка
завершена». Если вы ни разу не сохраняли скетч, то перед загрузкой среда
предложит вам записать его в файл.
Для дополнительной функциональности используют библиотеки. Для
подключения библиотек (например, «Servo»), используйте меню «Скетч» -
«Подключить библиотеку». В данном списке представлены все стандартные
библиотеки ArduinoIDE. При выборе нужной, среда автоматически вставит в начало
кода скетча строку #include<(название_библиотеки).h>, которая и является
командой на использование внешнего источника функций.
Монитор последовательной шины используется для диалога с Arduino в
режиме реального времени. Вы можете получать и передавать строки с данными
через SerialPort. Чтобы открыть монитор порта, нажмите соответствующую кнопку
на панели инструментов, или зайдите в «Инструменты» и выберите «Монитор
порта», или нажмите «CTRL+SHIFT+M». Не забудьте указать скорость передачи
данных в бодах с помощью Serial.begin(число); в коде вашего скетча.
3.2 Fritzing
Fritzing это программный пакет с открытым кодом, используемый для
прототипирования проектов на базе платформ Arduino, RaspberryPi и других.
Работа с новым проектом в Fritzing начинается с макетной платы и выбора
готовых компонентов, перечень которых расположен в правой части рабочего окна
(рисунок 18). Здесь доступны для использования различные макетные платы,
платформы Arduino, RaspberryPI, SparkFunи многие другие, целый радиодеталей:
конденсаторы, транзисторы, резисторы, светодиоды, батарейки, кнопки.
Присутствует библиотека устройств для робототехники: моторы, датчики,
динамики, сервоприводы, шаговые двигатели и многое другое. Также в Fritzing
можно создавать собственные элементы.
29
В данной среде присутствует компилятор и загрузчик скетчей. Fritzing можно
считать неофициальной «продвинутой» версией ArduinoIDE, так как в этой
программе есть все те же инструменты, но ее возможности значительно расширены.
Однако,Fritzing не является симулятором, как может показаться на первый взгляд.
Составив схему на макетной плате и написав код программы, вы не сможете
проверить работу вашего устройства в действии, если не подключите настоящую
плату Arduino к компьютеру.
В процессе составления макетной схемы автоматически генерируется так
называемая «принципиальная схема» (рисунок 19).
Рисунок 18 – Окно программы Fritzing
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]