Цей конструктор не запропонує вам побудувати нічого феєричного і карколомного. І його вже точно не можна назвати іграшкою. Але з його допомогою можна в найкоротші терміни придбати досить великі навички, які послужать вхідним квитком у світ безмежних можливостей сучасної електроніки.
Дуже багато людей в деталях уявляють собі, як влаштований автомобіль. Багато хто навіть будують власні машини, іграшкові і справжні, зробивши це своїм хобі. Досить один раз розібрати автомобільний двигун, щоб побачити (і назавжди запам'ятати) клапани, через які циліндр наповнюється паливом і повітрям, камеру згоряння, в якій запалюється суміш, шатуни і колінчастий вал, які змушують обертатися маховик.
Якщо ви розберете пульт від телевізора, ви побачите мікросхеми та електронні компоненти. Їх зовнішній вигляд мало що розповість вам про те, як все це працює. Приблизно так само в розібраному вигляді виглядають комп'ютерна миша, мобільний телефон або аудіоплеєр. Щоб самостійно збирати, а тим більше проектувати сучасну електроніку, потрібно володіти глибокими знаннями в області електротехніки, вміти на всі лади схиляти закон Ома, розбиратися в програмуванні і дружити з паяльником. Тому хобі, пов'язані з електронікою, як правило, залишаються долею людей із спеціальною освітою.
Набір під назвою «Матрьошка Z» від компанії «Амперка» покликаний в найкоротші терміни ліквідувати електронну безграмотність користувача і навчити його поводитися з універсальним контролером Arduino.
Дошка для прототипування
Щоб спробувати в справі тільки що придуману електронну схему і поекспериментувати з підбором компонентів, зовсім не обов'язково кожен раз братися за паяльник.
Для швидкої і надійної збірки схем існує дошка для прототипування, або монтажна дошка. Вона складається з численних роз'ємів, з'єднаних певним чином. По правому і лівому краю дошки йдуть дві пари рейок харчування. Всі ці контакти з'єднані по вертикалі і служать для підключення компонентів до джерела струму. Якщо рейки харчування нагадують стовпчики таблиці, то всі інші контакти об'єднані в рядки, по горизонталі. На них розташовуються електронні компоненти: мікросхеми, транзістров, резистори, конденсатори. Всі вони з'єднуються в потрібну схему за допомогою перемичок. Набір перемичок різної довжини також входить в комплект.
розумний чіп
Контролер - це мініатюрний комп'ютер з набором входів і виходів, що працює по заздалегідь написаної програмі. Мікросхема-контролер обов'язково присутній в вищезазначених телефоні, плеєрі і пульті, так само як в практично будь-якому сучасному електронному пристрої.
Контролер - річ сама по собі універсальна. До входів можна підключити як звичайні кнопки (пульт), так і температурні датчики (кондиціонер), модулі бездротового зв'язку (телефон) і навіть електрогітару (цифровий процесор ефектів). Виходи також можуть управляти чим завгодно. Завдання контролера - вимірювати електричну напругу на входах і подавати напругу на виходи відповідно до програми.
Контролер Arduino Uno
Arduino Uno - базовий контролер сімейства Arduino, що ідеально підходить для вирішення більшості завдань.
У нього є 14 контактів, які можуть служити і входами, і виходами, serial-інтерфейс для підключення до комп'ютера, USB-порт. Для більш специфічних завдань можуть підійти інші плати. Arduino Mega містить більшу кількість входів, виходів і serial-портів. Arduino Nano - аналог Uno в ультракомпактном виконанні. Незліченні плати розширення готові перетворити ваш Arduino в Wi-Fi-роутер, мобільний телефон, музичний інструмент або робота.
Arduino - один з найпоширеніших контролерів. Він надзвичайно зручний для побудови прототипів електронних пристроїв і тому користується популярністю серед любителів, студентів і цілком серйозних винахідників по всьому світу. На те є кілька вагомих причин.
Резистори. Arduino - універсальний контролер, здатний працювати практично з будь-якими електронними компонентами. Кожен компонент розрахований на свій струм і напруга. Набір вчить нас застосовувати резистори з кількох типових схем. Схема подільника напруги, що складається з пари резисторів, дозволяє керувати напругою в будь-якій точці схеми. Струмообмежуючі резистор захищає малопотужні компоненти від перегріву. Крім того, застосовуються стягуючі і підтягує резистори, які відводять наведення і перешкоди в землю від входів контролера щоб уникнути випадкових спрацьовувань.
По-перше, Arduino дійсно універсальний. За допомогою спеціальних плат розширення його можна навчити спілкуванню з іншими пристроями по Wi-Fi, Bluetooth іGPRS, приймати SMS-повідомлення та телефонні дзвінки. Вбудовані бібліотеки протоколів дозволяють Arduino спілкуватися з сервоприводами і сенсорами, поширеними в сучасній робототехніці. Відкрита архітектура софта і заліза дозволяє більш просунутим користувачам з легкістю налаштувати його під будь-які потреби.
Конденсатор можна уявити як маленький акумулятор, який дуже швидко заряджається і розряджається. Конденсатори застосовуються для стабілізації напруги живлення - постійно заряжаясь і разряжаясь, вони згладжують шуми. Фільтруючий конденсатор дозволяє відокремити змінюється складову сигналу від постійної, наприклад, якщо в ланцюг з джерелом живлення включений електретний мікрофон.
По-друге, Arduino використовує дещо спрощений мова програмування, з яким легко освоїтися навіть початківцям користувачам. Контролер являє собою не просто мікросхему, а плату з готовою схемою живлення і інтерфейсами для підключення до комп'ютера, вхідним і вихідним компонентам.
Нарешті, Arduino дешевий. Чи не настільки, щоб використовувати його в оптовому промисловому виробництві (для цього краще застосовувати окремі чіпи), але як раз настільки, щоб будь-який винахідник, дизайнер або програміст, у якого є оригінальна ідея, міг придбати контролер і створити на його основі діючий прототип.
Провід. «Різати червоний або зелений» - ось головне питання всього життя для будь-якого сапера. Насправді, якого кольору дроти використовувати в схемі - виключно справа смаку. Так що ніколи не ставте на колір проводу своє життя.
інтенсивний курс
Продажем Arduino в Росії займається компанія «Амперка». Продукт цей корисний і потрібний, але не простий: щоб почати ним користуватися, потрібно розбиратися в схемотехніці і програмуванні. Щоб допомогти всім творчим ентузіастам освоїтися з контролером, «Амперка» випускає ознайомчі набори, один з яких і потрапив нам в руки. Крім самого Arduino в набір входить монтажна дошка, всілякі радіодеталі, блок живлення, кабель інтерфейсу, комплект проводів - в загальному, все необхідне, щоб побудувати кілька простих схем і почати ставити власні експерименти.
Ще одна важлива частина навчальної системи - відеоуроки від випускника Корнельського університету Джеремі Блюма, в яких інженер крок за кроком демонструє збірку схем і програмування контролера, докладно пояснюючи, як саме все це діє.
Перше, чого вчить нас Джеремі, - це робота з монтажною дошкою. Виявляється, щоб експериментувати з електронікою, зовсім не обов'язково постійно диміти паяльником.
Джерела сигналу. Контролер керує споживачами струму по команді, а команда повинна звідкись вчинити. Для управління схемами в комплект входить кілька кнопок і змінний резистор. Є компоненти і цікавіше: термістор змінює власний опір в залежності від температури, а фоторезистор реагує на кількість падаючого на нього світла.
Другий найважливіший урок - це практичне застосування закону Ома. Постійні читачі пам'ятають, що ми і раніше стикалися з контролерами - в конструкторі Lego Mindstorms і роботі Robonova. Ці контролери призначені для роботи з фіксованим набором компонентів (сервоприводи і датчики для роботів), які ідеально підібрані і підходять один до одного. Arduino - універсальний контролер, його можна використовувати з будь-якими компонентами, кожен з яких розрахований на власне напруження та струм. Джеремі просто і наочно пояснює, як за допомогою резисторів доставити рівно необхідну кількість електрики в будь-яку точку схеми.
Адаптер живлення. У комплект входить універсальний адаптер харчування з перемикачем напруги і вичерпним набором роз'ємів. При роботі з Arduino адаптер може знадобитися в двох випадках. По-перше, якщо ви хочете, щоб чіп працював по заздалегідь написаної програмі без участі комп'ютера. По-друге, якщо потужність споживачів схеми занадто велика, щоб USB-роз'єм комп'ютера міг її надати. Класичний приклад ненажерливого споживача - електродвигун або сервопривід.
До основам схемотехніки відноситься і рішення задачі про усунення перешкод і наведень, які Arduino може помилково прийняти за сигнали. Ми вчимося використовувати стягують резистори і стабілізуючі конденсатори, щоб поведінка схеми було контрольованим. Вправляючись у програмуванні, насамперед створюємо прості схеми: нічник, керований рівнем освітлення в кімнаті, електродвигун, що здійснює руху по заданому алгоритму. У більш складних прикладах ми вчимося приймати дані з комп'ютера і керувати ним за допомогою Arduino - наприклад, створюємо якусь подобу джойстика, здатного змінювати колір монітора. Докладні уроки по підключенню до чіпу більш складних пристроїв, таких як текстові екрани, модулі бездротового зв'язку, сервоприводи, можна знайти на сайтах спільноти Arduino.
Наступного разу, побачивши на кіноекрані керовану есемесками бомбу уповільненої дії, зібрану божевільним ученим в класичному образі, ви будете добре уявляти собі, як саме вона влаштована. При бажанні ви навіть зможете зібрати таку самі. У найближчих номерах «Популярною механіки» ми обов'язково продемонструємо, як за допомогою Arduino можна сконструювати що-небудь корисне.
Стаття «Ардуіно всемогутній» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №9, Сентябрь 2012 ).