KursyPoradnikiInspirujące DIYForum

Kurs Arduino – #1 – podstawy Arduino oraz środowisko

Kurs Arduino – #1 – podstawy Arduino oraz środowisko

Kurs Arduino to seria poradników, dzięki którym nauczysz się programowania mikrokontrolerów! Od teraz będziesz mógł tworzyć rozbudowane urządzenia elektroniczne, a limitem będzie tylko Twoja wyobraźnia!

Arduino to obecnie najpopularniejsza platforma, od której zaczynają praktycznie wszyscy hobbyści (i nie tylko) – pora na Ciebie!

Czy ten kurs Arduino będzie dla mnie odpowiedni?

Jeśli interesujesz się chociaż w małym stopniu elektroniką i chciałbyś zacząć programować własne układy, to idealnym rozwiązaniem na początek będzie Arduino.

Nie będziesz musiał tracić czasu na projektowanie własnych płytek, dobieranie odpowiedniego programatora i żmudne konfiguracje środowiska. Wszystko będzie działało praktycznie od razu! W kolejnych artykułach omawiane będą też podstawy programowania m.in.: funkcje, warunki, pętle itd.

Przykład z wykorzystaniem Arduino oraz LCD tekstowego

Przykład z wykorzystaniem Arduino oraz LCD tekstowego

Pierwszy poziom kursu to najważniejsze podstawy, dzięki którym dosłownie każdy może rozpocząć swoją przygodę z mikrokontrolerami w praktyce. Oczywiście kurs ten nie omawia "całego Arduino", tematyka jest tak obszerna, że napisać o niej można kilka(naście) książek. Zadaniem tego kursu jest wyjaśnienie podstaw w praktyce i zainteresowanie czytelnika dalszym poznawaniem tej platformy.

Co mogę zrobić dzięki Arduino?

Jako początkujący na pewno stawiasz sobie to pytanie. Dopiero za jakiś czas zrozumiesz, że bardzo trudno na nie odpowiedzieć. Ciężko podać konkretne przykłady gotowych urządzeń. W ramach inspiracji możesz sprawdzić jak wyglądają projekty Tworzone przez innych hobbystów:

Z tego kursu nauczysz się przykładowo sygnalizowania informacji na diodach LED oraz wyświetlaczu tekstowym. Poznasz możliwości komunikacji Arduino z komputerem. Będziesz umiał również sterować silnikami. Nie zabraknie tutaj również informacji o czujnikach.

Łącząc powyższe informacje, będziesz mógł zbudować urządzenie, które zbiera informacje z otoczenia (czujniki), następnie je przetwarza, wykonuje pewne akcje (silniki) oraz komunikuje się z użytkownikiem (diody, wyświetlacz, komputer).

Przykładowe projekty, które zaprogramujesz bez problemu po naszym kursie:

  1. Proste roboty mobilne (więcej na ten temat w kursie budowy robotów)
  2. Części do prostej automatyki domowej (automatyczne rolety, czujniki światła)
  3. Urządzenia przydatne na co dzień (prosty budzik, zegarek)
  4. Urządzenia do zabawy (proste gry i święcące zabawki)
  5. ...oraz ogrom innych projektów, które tylko wymyślisz!

Czym jest Arduino?

Z punktu widzenia osoby początkującej, Arduino, to gotowy "zestaw uruchomieniowy" z popularnym mikrokontrolerem AVR. Stworzony według odpowiednich założeń, dzięki czemu:

  1. Nie wymaga zewnętrznego programatora
  2. Współgra, bez najmniejszych problemów, z dedykowanym środowiskiem programistycznym
  3. Możesz dokupić do niego "nieskończoną" liczbę płytek rozszerzających (np.: sterowniki silników, wyświetlacze, moduły wykonawcze)

Prawdziwa potęga Arduino kryje się jednak w dedykowanym języku programowania bazującym na C/C++. Zaczynając przygodę z mikrokontrolerami warto poznać chociażby podstawy na temat ich budowy i tego jak działają. Informacje te znajdziesz w tym artykule, są one jednak zbyt trudne dla większości początkujących. 

Na szczęście, w przypadku Arduino, aby zaprogramować swój układ, nie jest wymagana znajomość rejestrów mikrokontrolera. Wszystko opiera się o przyjazne biblioteki, dzięki którym stworzenie nawet skomplikowanego programu jest w zasięgu początkującego programisty.

W skrócie: Arduino to moduły z mikrokontrolerami, które w bardzo łatwy sposób programować można, z wykorzystaniem ogólnodostępnych bibliotek, w języku zbliżonym do C/C++.

Zalety Arduino

Projekt zaczął być rozwijany w 2005 roku, we Włoszech. Od tej pory zgromadził miliony zwolenników i fanatycznych użytkowników. Od samego początku Arduino było przygotowywane z myślą o osobach, które nie miały wcześniej wiele wspólnego z programowaniem mikrokontrolerów. Doskonałe środowisko, przyjazna składnia oraz atrakcyjna cena, sprawiły, że Arduino stało się popularne.ArduinoCommunityLogo

Społeczność zbudowana wokół tego projektu jest olbrzymia. Niesie to za sobą wiele korzyści. Z punktu widzenia początkującego najważniejsze są trzy:

  • Ogromna ilość gotowych rozwiązań. Na Arduino powstają przeróżne projekty. Jeśli wymyśliliście coś "nowego" i ciekawego to na 90% ktoś już wykonał to na Arduino wcześniej, a opis projektu umieścił w Internecie.
  • Popularność platformy sprawiła, że producenci przygotowali niezliczoną ilość odmian płytek oraz rozszerzeń - o tym więcej znajdziecie w dalszej części kursu.
  • Duża ilość użytkowników ułatwia znalezienie pomocy, gdy utknie się w ważnym punkcie projektu.

Arduino - wybór platformy sprzętowej

Arduino jest platformą typu Open Hardware. Oznacza to, że udostępnione są wszelkie materiały potrzebne do stworzenia własnego zestawu rozwojowego działającego w tym standardzie. Z tego powodu znaleźć można wiele różnych płytek zgodnych z Arduino.

W każdym sklepie dla elektroników znaleźć można przynajmniej kilka różnych zestawów. W tym kursie używana będzie zdecydowanie najpopularniejsza płytka, czyli Arduino UNO R3, która kiedy wygląda tak jak na poniższym zdjęciu. 

Arduino UNO R3 - przód/tył.

Arduino UNO R3 - przód/tył.

Arduino jest projektem, który ciągle się rozwija - zarówno programistycznie jak i sprzętowo. Częste zmiany sprzętu i oprogramowania mogą sprawić, że część materiałów z tego kursu będzie wyglądała trochę inaczej niż sprzęt, który trafi w Twoje ręce. Niczym się jednak nie martw, jeśli kupiłeś nasz zestaw do kursu Arduino to na pewno masz właściwe, oryginalne elementy. Przykładem takiej różnicy jest chociażby kolor oryginalnych płytek – od pewnego czasu są one turkusowe, a nie niebieskie.

Wyposażenie Arduino UNO R3

Sercem układu jest popularny, 8 bitowy mikrokontroler firmy Atmel, AVR ATmega328 pracujący z częstotliwością 16 MHz.

Specjalne złącza, umieszczone charakterystycznie po bokach płytki, to wyprowadzenia najważniejszych sygnałów. Znajdziemy tam 14 programowalnych cyfrowych wejść/wyjść. Sześć z nich można używać jako wyjścia PWM (np. do sterowania silnikami), a kolejne 6 jako analogowe wejścia. Znajdziemy tam również sygnał resetu oraz zasilanie.

Arduino może być zasilane na kilka sposobów. Najpopularniejsze metody to:

  1. Zasilanie przez przewód USB
  2. Zasilanie przez zasilacz wtyczkowy (optymalnie 7V - 12V) lub baterie

Najważniejsze elementy zaznaczone zostały na poniższej grafice:

 

  1. Złącze USB - wykorzystywane do zasilania, programowania oraz komunikacji z komputerem
  2. Złącze zasilania (optymalnie 7V - 12V)
  3. Stabilizator napięcia - napięcie wejściowe ze złącza nr 2 obniżane jest do 5V dzięki temu układowi
  4. Przycisk resetu - resetuje płytkę Arduino
  5. Mikrokontroler odpowiedzialny za komunikację z komputerem przez USB
  6. Złącze programowania do mikrokontrolera z punktu 5.
  7. Złącze sygnałowe*
  8. Złącze sygnałowe*
  9. Dioda LED sygnalizująca podłączenie napięcia do Arduino
  10. Wyjście programatora dla mikrokontrolera z punktu 13.
  11. Złącze sygnałowe*
  12. Złącze zasilania*
  13. Serce Arduino, główny mikrokontroler AVR ATmega328
  14. Diody LED sygnalizujące transmisję do/z komputera
  15. Dioda LED do dyspozycji użytkownika
  16. Rezonator ceramiczny taktujący mikrokontroler (punkt 13) z częstotliwością 16MHz
  17. Zworka, której przecięcie wyłącza automatyczne resetowanie Arduino.
  18. Pola lutownicze z wyprowadzonymi sygnałami mikrokontrolera z punktu 5, używane ekstremalnie rzadko w bardzo specyficznych i niestandardowych sytuacjach.

*Poszczególne złącza sygnałowe zostaną omówione szczegółowo w kolejnej części kursu.

Klony, czyli Arduino (nie)oryginalne

Tak jak już wspomniałem, Arduino jest platformą open-hardware. Oznacza to, że każdy może wykonać własne Arduino lub zaprojektować płytkę zgodą z tym standardem. Zestawy od innych firm działające, jak Arduino, potocznie nazywane są klonami.

Klony możemy podzielić na dwa typy:

  1. Całkowite podróbki, imitujące oryginały
  2. Płytki zgodne ze standardem Arduino

Przykładowo, jeśli będziecie poszukiwać wspomnianego wyżej Arduino UNO i znajdziecie płytkę identyczną jak na moich zdjęciach w cenie <80zł, to na 100% będzie to podróbka. Oczywiście możecie zaryzykować i taką kupić. Wybór należy do Was, czy chcecie wspierać firmy zarabiająca nieuczciwie, czy wybierzecie takie, które włożyły trochę więcej wysiłku w produkcję swojej wersji.

Kurs Arduino - potrzebne elementy

Do wykonania ćwiczeń z kursu, oprócz wyżej wspomnianego Arduino UNO, potrzebne będą różne inne elementy elektroniczne. Na pewno przydatny będzie kabel USB oraz przewody połączeniowe. Do tego kolorowe diody i przyciski. Informacje tekstowe prezentować będziemy na wyświetlaczu

W dalszych częściach kursu omówimy również sterowanie elementami wykonawczymi takimi jak serwomechanizmy i silniki. Dodatkowo przydatne będą również czujniki. Wykorzystamy sensory światła (fotorezystory) oraz ultradźwiękowy czujnik odległości.

Tak, jak przy kursie podstaw elektroniki wraz ze sklepem Botland.com.pl, przygotowaliśmy gotowe zestawy części. Dostępne są zestawy z oryginalną płytką Arduino.

Komplet niezbędnych elementów widoczny jest na poniższym zdjęciu:

Zestaw elementów do kursu Arduino.

Zestaw elementów do kursu Arduino.

Czy ceny zestawów mogłyby być niższe? Tak! Jednak musielibyśmy się pozbyć takich elementów jak wyświetlacz, serwomechanizm, czujnik odległości, fotorezystory oraz sterownik silników...

Czy warto je usuwać z zestawu? Zdecydowanie nie! Części podczas kursu nie zostaną zniszczone. Będziesz mógł użyć je przy swoich późniejszych projektach. Kurs z założenia ma być praktyczny, a ciężko poznawać konkretne elementy, jeśli nie będziesz nimi dysponował! Pamiętaj również, że zakup zestawu to również gwarancja pomocy na naszym forum – odpowiedzieliśmy tam już na tysiące pytań!

Kurs Arduino - Słowem wstępu

W pierwszej części kursu (czyli tej, którą czytasz) zajmiemy się instalacją środowiska. Zakładam, że nie masz jeszcze potrzebnego sprzętu. Jednak do dalszej nauki Arduino będzie już niezbędne.

Gotowe zestawy do kursów Forbota

 Komplet elementów  Gwarancja pomocy  Wysyłka w 24h

Teraz możesz kupić zestaw ponad 70 elementów niezbędnych do przeprowadzenia ćwiczeń z kursu u naszych dystrybutorów!

Zamów w Botland.com.pl »

Popularne pakiety: Mistrz ArduinoMistrz Robotyki

W drugiej części zajmiemy się obsługą wejść i wyjść cyfrowych. Po wykonaniu odpowiednich ćwiczeń będziesz umiał samodzielnie tworzyć programy, które będą mogły sterować diodą świecącą, będzie również wiedział w jaki sposób odczytać informacje z przycisków.

Instalacja Arduino IDE

Przed przystąpieniem do programowania należy zainstalować odpowiednie środowisko (podczas ćwiczeń z tego kursu nie będziemy korzystać ze środowiska dostępnego online). Występuje ono w dwóch wersjach. Starsza, lekka wersja, która nadal używana jest przez wielu hobbystów oznaczona jest numerem 1.8.19. Dostępne jest też nowe środowisko, którego numeracja zaczyna się od 2, np.: 2.2.1.

Najnowsze Arduino IDE pobrać można z oficjalnej strony projektu. Instalator zajmuje ponad 100 MB. Po przejściu na stronę Arduino należy wybrać wersję środowiska, którą chcemy pobrać – dla większości osób będzie to opcja opisana jako "Windows - Win 10 and newer, 64 bits".

Po kliknięciu tego linku zostaniesz przekierowany na stronę, która pozwala na dobrowolne przekazanie dotacji. Jeśli nie chcesz przekazać żadnej wpłaty, to środowisko możesz pobrać zupełnie za darmo, wystarczy kliknąć przycisk "Just download". 

Pytanie o dobrowolne, finansowe wsparcie projektu

Pytanie o dobrowolne, finansowe wsparcie projektu

Niezależnie od tego, czy wesprzesz projekt finansowo, czy nie to otrzymasz dokładnie to samo środowisko programistyczne wraz ze wszystkimi potrzebnymi sterownikami i przykładami. Instalacja programu powinna przebiec w standardowy sposób, a po jego uruchomieniu powinieneś mieć przed sobą widok podobny do poniższego.

Środowisko Arduino IDE z przykładowym kodem

Środowisko Arduino IDE z przykładowym kodem

Pamiętaj jednak, że środowisko cały czas jest rozwijane. Okno Twojego Arduino IDE może wyglądać trochę inaczej - niczym jednak się nie martw. Wszystkie funkcje programu na pewno będą działały tak samo, ewentualnie mogą znajdować się w innym miejscu. Jeśli będziesz miał jakiś problem to śmiało pytaj w komentarzach.

Jeśli masz już Arduino...

Wcześniej pisałem, że w tej części nie będziemy programować. Jednak, jeśli masz już Arduino możesz zrobić coś bardzo prostego, aby sprawdzić czy wszystko działa. Po pierwsze uruchom edytor Arduino IDE. Następnie z menu wybierz:

Plik > Przykłady > 01. Basics > Blink

Otworzy się osobne okienko z kodem programu (nie wnikajmy chwilowo w jego strukturę). Powinno wyglądać podobnie do poniższego.

Przykładowy program

Przykładowy program

Teraz podłącz Twoje Arduino UNO do komputera. Wykorzystaj do tego przewód USB, nie musisz podłączać zasilania bateryjnego. Wystarczy tylko ten jeden przewód! Teraz komputer wykryje nowy sprzęt i zainstaluje sterowniki.

Gdy sprzęt będzie gotowy do użycia sprawdź, który port COM został przypisany do Twojej płytki. Zrobisz to wchodząc do menedżera urządzeń – po prostu naciśnij przycisk Start i wpisz w wyszukiwarkę Windowsa "Menedżer urządzeń".

portCOM

Odczytanie portu COM

W moim przypadku był to numer COM21, ale u Ciebie może być całkowicie inny. Teraz wróć do Arduino IDE i ustaw odpowiednie informacje. Po pierwsze, musimy wskazać, który numer portu COM ma płytka, aby było wiadome, gdzie ma zostać wysłany program. Zrób to tutaj: Narzędzia > Port.

Następnie należy wskazać kompilatorowi jaką płytkę posiadamy. Jest to potrzebne do tego, aby nasz kod programu został odpowiednio przetworzony i wysłany na nasze Arduino. W tym celu musimy przejść do: Narzędzia > Płytka > Arduino AVR Boards i wybieramy tam Arduino UNO.

Wybór odpowiedniej płytki Arduino

Wybór odpowiedniej płytki Arduino

Płytka podłączona oraz ustawiona. Teraz możemy przejść do wgrania programu. Program musi zostać najpierw skompilowany – służy do tego opcja "Weryfikuj". Proces ten odpowiada za sprawdzenie poprawności kodu oraz jego kompilację, czyli zamianę na język zrozumiały dla mikrokontrolera. Później program może zostać przesłany do Arduino – służy do tego opcja "Prześlij".

Dwa przyciski do sprawdzania i wgrywania programu

Dwa przyciski do sprawdzania i wgrywania programu

Zapamiętaj, że:

  • Opcja "Weryfikuj" - tylko sprawdza i kompiluje napisany przez Ciebie program
  • Opcja "Prześlij" - sprawdza, kompiluje i od razu wysyła program do Arduino UNO

Kliknij, teraz przycisk "Prześlij". Po kliknięciu przycisku na płytce powinny zamigać diody opisane jako TX i RX. Oznacza to, że dane są przesyłane z/do komputera. Jeśli proces kompilacja i wgrywania przebiegnie poprawnie to na dole Arduino IDE pojawi się odpowiedni komunikat (w przypadku błędu w tym miejscu pojawi się opis problemu - np. informacja, że nie odnaleziono płytki, wtedy warto sprawdzić, czy wybrano odpowiedni port COM).

Program został poprawnie przesłany do Arduino

Program został poprawnie przesłany do Arduino

Oczywiście, to że program został poprawnie przesłany możemy zaobserwować również na Arduino. Tak jak wspomniałem wcześniej, na płytce do dyspozycji mamy diodę świecącą, po wgraniu tego programu powinna ona migać. Tak jak poniżej:

ArduinoLED_Blink

Efekt nie jest porywający, jednak wiemy, że wszystko działa. Od następnego artykułu zaczniemy pisać programy samodzielnie. W międzyczasie możesz spróbować edytować kod, który wgraliśmy teraz i testować jak zachowa się układ.

Podsumowanie

To by było na tyle "przydługiego wstępu" do kursu. Mam nadzieję, że wyjaśnia on podstawowe kwestie i zachęca do śledzenia kolejnych artykułów. Czekam na Wasze uwagi i komentarze. Podzielcie się swoimi uwagami o Arduino, chętnie odpowiem również na wszelkie pytania związane z całym kursem.

Jeśli jesteście zainteresowani Arduino i chcecie być informowani o kolejnych publikacjach, to skorzystajcie z poniższego formularza i zapiszcie się na powiadomienia o nowych artykułach!

Nawigacja kursu

Czy wpis był pomocny? Oceń go:

Średnia ocena 4.8 / 5. Głosów łącznie: 885

Nikt jeszcze nie głosował, bądź pierwszy!

Artykuł nie był pomocny? Jak możemy go poprawić? Wpisz swoje sugestie poniżej. Jeśli masz pytanie to zadaj je w komentarzu - ten formularz jest anonimowy, nie będziemy mogli Ci odpowiedzieć!

arduino, Arduino UNO, kurs, kursArduino, programowanie

Trwa ładowanie komentarzy...