Arduino: знакомимся и учимся не бояться её

Долго думал писать или не писать этот обзор. Если писать подробно, то получится банальный копипаст половины интернета. Если писать кратко, то обзор уместится в одном слове "работает", а такие обзоры никому не нужны...

Поэтому я решил не обозревать свою покупку, а просто привлечь к ней внимание, потому как сам довольно долго отмахивался от неё, ссылаясь на дороговизну и боязнь того, что я не умею с ней обращаться.

Чтобы мой обзор не принимали за рекламу конкретных магазинов, я не буду выкладывать никаких ссылок. Фотографий моей посылки тоже не будет, зачем фотографировать то, что выглядит ровно так же, как и на страницах Алиэкспресс. Но несколькими картинками из интернета (чужими) я все же воспользуюсь, но только для наглядности.

Итак, давайте сначала попытаемся разобраться, что перед нами и почему я призываю всех "не бояться".

Если в двух словах, то плата Arduino - это программируемый контроллер. Не пугайтесь "умных" терминов, на самом деле всё очень просто. И как показывают многочисленные статьи и ролики в интернете, справится с этой платой и ребенок, и домохозяйка. Паять ничего не нужно, бери различные модули, втыкай их в Arduino и получай готовые устройства.

***

Для начала давайте пофантазируем и "изобретем"... что же мы изобретем???... А давайте соберем на основе Arduino умную систему полива огурцов. Что может быть проще?

Берем плату Arduino, подсоединяем к ней датчик влажности почвы. Датчик втыкаем непосредственно в грядку и ждем. Тем временем подводим к грядке водопровод и вместо обычного крана устанавливаем кран, управляемый электричеством - электроклапан (на Алиэкспресс такие имеются) или электронасос.

Почва подсохла, датчик сообщает об этом ардуине. Та в свою очередь подает электричество на электроклапан, который открывается и пропускает через себя воду. Вода просачивается сквозь почву и датчик "говорит" ардуине, чтобы она прекратила подачу воды.

Устройство готово, автополив работает. Но мы упустили небольшую деталь - вода из крана течет гораздо быстрее, чем пропитывается почва и пока датчик влажности сработает мы зальем водой весь огород. Усложняем задачу нашей умной плате. Вместо того, чтобы она лила воду без перерыва мы просим открывать клапан на 10-20 секунд, потом закрывать его на минуту и если почва за эту минуту не пропиталась водой открывать его снова на 10-20 секунд. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока датчик влажности не сообщит о достаточном количестве воды в почве.

На самом деле такую схему можно собрать и без ардуины, но мы собираем не просто автополивалку, а изобретаем умную систему полива.

Усложняем схему.

Воду для полива мы качаем из скважины, она ледяная и для полива не годится, нужно подождать пока она прогреется и только после этого разрешать электроклапану открываться. Здесь нам поможет датчик - водяной термометр.

Если мы не хотим, чтобы полив производился под палящими лучами солнца, а только при малой интенсивности света или ночью, то систему можно дополнить датчиком освещенности или модулем "часы реального времени" и задать время полива по часам.

Начался дождь, он пошел не в полную силу, а лишь слегка моросит. Его не достаточно для полива наших огурцов, но мы не знаем сколько он продлится, вдруг он зарядит на сутки. В этом случае не будем тратить запас воды и попросим нашу ардуино не слушать датчик влажности почвы пока вода льется с неба. Решение простое - подключаем датчик дождя.

Коль уж ардуина знает о том, что начался дождь, почему бы не известить об этом хозяйку, вдруг у неё сушится белье. Вариантов несколько - подаем звуковой сигнал (можно голосовой), либо выводим информацию о дожде на монитор, который тоже можно подключить к ардуино. На этот же монитор выводим информацию о влажности почвы, температуре воды и другие показатели. При желании можно отправить СМС. Перебор конечно, в смысле способов оповещения, но Arduino это умеет.

Соседский кот пришел полакомиться молодыми огурцами (и такое бывает). Шуганем воришку, подключим к нашей схеме датчики движения и громкую сирену или "крякалку", которой гаишники останавливают нарушителей. Такую звуковую атаку кот не проигнорирует.

Думаю пора остановиться, у нас получилась не система полива, а система "умный огород" ))). Но у Arduino еще остались свободные входы-выходы и она потянет еще с десяток датчиков, а если их не хватит мы подключим вторую ардуину, прямо к первой. Это я к тому, что возможности Arduino неограничены, всё зависит только от рамок нашей фантазии.

***

Что же в первую очередь отпугивает обывателя и даже опытного электронщика от платы Arduino?

1. Стоимость.

С дороговизной я разобрался, оказывается 30$-50$ стоит целый набор Arduino, а не сама плата, как я думал. Если покупать просто плату, без датчиков и модулей, то нам хватит и пары баксов.

2. Термин "Контроллер", которым пользуются в основном профессиональные электронщики.

Не нужно его бояться и думать, что придется изучать то, что знают они (электронщики). Ничего изучать не нужно, необходимо знать, что должно получиться, просто взять и собрать это устройство.

Термин "контроллер" говорит о том, что плата Arduino что-то контролирует. А контролирует она при наличии нужного датчика всё, что угодно. Этими датчиками буквально завалены все китайские торговые площадки. СтОят они не так дорого и могут контролировать всё-всё-всё - от температуры, влажности, наличия в атмосфере газа и дыма до человеческого пульса и отпечатков пальцев. Кроме датчиков китайцы изготовили множество модулей для Arduino - это лазеры, моторчики, пищалки, кричалки, блютуз и вайфай-модули для связи с телефоном и компьютером, SIM-модули для отправки и получения SMS-сообщений, FM-модули для приема сигналов радиостанций, ЖК-мониторы для отображения информации.

Кроме стандартных датчиков можно использовать и обычные радиокомпоненты, ведь ардуине по большому счету все равно от чего и как она получает информацию. Так, вместо датчика влажности почвы можно использовать два обычных гвоздя, а вместо датчика освещенности простой фоторезистор или фотодиод.

Народные умельцы пошли дальше, они взяли тенорезисторы, пришили их к пальцам обычной перчатки и получили вот такую диковинку, которая измеряет изгиб каждого пальца или комбинацию изгибов всех пальцев.

Получился мощный манипулятор, но и это еще не предел. Каждый палец можно дополнительно снабдить датчиком-гироскопом и ваша рука превращается в технологию будущего - к черту кнопки и клавиши, управляйте жестом руки.

Всё это можно собрать в домашних условиях.

По сути плата Arduino в сочетании со всевозможными датчиками и модулями является радиоконструктором, из которого можно собрать какую-нибудь прикольную безделушку-игрушку или самого настоящего робота, а если вы настроены серьезно, то можно создать сиcтему "Умный дом" или организовать климат-контроль в теплице. Список поделок ограничивается только вашей фантазией.

3. Программирование.

Да, плата Arduino программируется, но вам не нужно изучать языки программирования и писать программы, всё уже готово и выложено в интернете. Программа для ардуины называется "Скетч". Всё, что нам нужно для программирования - найти и скачать нужный скетч, соединить плату с компьютером USB-кабелем и нажатием одной кнопки в специальной (бесплатной) программе отправить скетч в память платы Arduino.

Как устроена плата Arduino.

Плата имеет несколько цифровых и аналоговых входов/выходов, USB-разъем, несколько индикаторных светодиодов и кнопку перезапуска программы.

Обратите внимание, я написал "входов/выходов", это означает, что любой из контактов может служить как входом так и выходом, назначается программно. Команда так и пишется INPUT-вход, OUTPUT-выход.

Количество входов-выходов зависит от модели платы. Моделей несколько и каждая из них имеет по несколько клонов, но независимо от этого контроль и программирование у всех идентичны.

Цифровые входы-выходы имеют всего два значения - единица и ноль, то есть 5-Вольт, 0-Вольт. В программе эти значения записываются как HIGH-высокий и LOW-низкий. Пример использования: на входе датчик движения - он либо сработал, либо нет, среднего значения быть не может. На выходе - включаем реле, тут тоже только два варианта - реле либо замкнулось, либо разомкнулось.

Некоторые из цифровых выводов могут использоваться как ШИМ-выходы. Пример использования: управление яркостью светодиода.

Аналоговые входы-выходы могут представить аналоговое напряжение в виде 10-битного числа (1024 различных значения). По умолчанию, измерение напряжения осуществляется относительно диапазона от 0 до 5 Вольт с шагом 4.9 мВ. Пример использования: датчик температуры. Температура может быть высокой, низкой или средней, а вот насколько средней нам и покажет датчик своим значением от 0 до 1024.

Также от модели зависит тип USB-разъема или его отсутствие, об этом чуть позже.

Программа, залитая в Arduino, крутится бесконечно по кругу, но если нужно обнулить какие-то из данных, полученных в процессе работы платы, то достаточно отключить плату от питания или просто нажать кнопку перезагрузки. Например, к плате подключен датчик, установленный где-нибудь на проходной завода или супермаркета, и плата считает количество людей проходящих мимо датчика. Рано или поздно счетчик придется обнулять, тогда и пригодится кнопка перезагрузки.

Светодиодные индикаторы - они и в Африке индикаторы, чего о них писать.

***

Основные модели плат.

Ardino xxx — стандартный размер, 20 входов-выходов

ArdinoNano xxx — уменьшенный размер, 22 входа-выхода

ArdinoMini ххх — ещё меньший размер, 20 входов-выходов, не имеет USB

ArdinoMega xxx — увеличенный размер, 70 входов-выходов

Arduino Lilypad - разработана для одежды (круглая)

Несмотря на разновидности плат, программируются и функционируют они одинаково. Основные различия - габариты, количество входов-выходов, способ подачи питания и тип USB-разъема или его отсутствие. Думаю вы догадались для чего их делают такими разными. Все зависит от задачи, в которой будет использоваться плата. Кому-то нужна полная мощь платы и он выбирает максимально функциональную, а кто-то самостоятельно конструирует мини-квадрокоптер, которому не под силу поднять "железяку", превышающую его собственный вес. Здесь подойдет самая маленькая плата, без лишних разъемов и стабилизаторов питания. Программируется такая плата внешним программатором или другой ардуиной.

***

В завершение хочу сказать, что в этом обзоре я не ставил перед собой цель обучить вас работе с Arduino и предложить решение конкретных задач, я просто хотел рассказать что это такое и почему этого не стоит бояться. Наверняка многие из вас (как и я недавно) думают "Arduino - это что-то программируемое, да ну его нафиг". А вы не бойтесь. Не призываю прямо сейчас заказывать плату, предлагаю просто вбить в любом поисковике или в ютубе слово "Arduino" и просмотреть то, что первое попадется на глаза, возможно что-то вас заинтересует и послужит первым шагом к осуществлению ранее задуманных проектов.