Was ist die Arduino-Plattform und wozu dient sie?
Was ist Arduino?
Arduino ist eine handelsübliche Hardware- und Softwareplattform, deren Hauptkomponenten eine kleine I/O-Steuerplatine und eine auf Verarbeitung/Verkabelung basierende Entwicklungsumgebung sind.
Der erste Prototyp des Controllers wurde 2005 veröffentlicht, als Massimo Banzi ihn für Studenten am Institut für Interaktionsdesign in Ivrea, Italien, entwarf. Der Name des Geräts geht auf den Namen von König Arduino zurück, der im frühen 11. Jahrhundert nur zwei Jahre lang Italien regierte, nach dem auch die Bierbar „di Re Arduino“ von Massimo Banzi benannt ist und sich genau an dieser Stelle befindet Der Legende nach wird König Arduin geboren.
Ziel von Arduino ist es, eine zugängliche Umgebung für Softwareentwickler zu schaffen, die ihnen den Einstieg in die Welt der Mikrocontroller-Programmierung ermöglicht. Die Programmierung der Controller dieses Unternehmens erfolgt in einer einfachen und intuitiven Programmierumgebung – Arduino IDE. Diese Umgebung ist sowohl für Anfänger als auch für erfahrene Benutzer geeignet.Zum Einsatz kommt die Programmiersprache C++, die durch viele Bibliotheken ergänzt wird, was die Arbeit mit dem Gerät erleichtert.
Arduino hat im Bereich des elektronischen Designs auf internationaler Ebene eine echte Revolution vollzogen. Sowohl die Schaltpläne als auch die Quellcodes sind kostenlos verfügbar, weshalb Arduino so große Popularität erlangt hat. Ein fertiges Board kann für nur wenige Dollar gekauft oder selbst zusammengebaut werden.
Das Arduino-Board verfügt über einen eigenen Prozessor und Speicher, es ist mit vielen Ein- und Ausgängen ausgestattet, an die verschiedene Sensoren sowie Aktoren und Mechanismen angeschlossen werden können. Derzeit sind mehr als 20 große Arduino-Board-Mods verfügbar.
Mikrocontroller der Arduino-Plattform
Die Besonderheit von Arduino besteht darin, dass Sie kein Programmierer sein müssen, um damit zu arbeiten. Sie benötigen keine besonderen Kenntnisse über die Funktionsweise eines Mikrocontrollers, um ein einfaches Projekt zu erstellen. Die Standardbibliotheken von Arduino eröffnen viel Kreativität bei der Automatisierung.
Die Programmierung erfolgt hier über eine spezielle Softwareumgebung (IDE), die kostenlos auf der Arduino-Website heruntergeladen werden kann. Diese in Java geschriebene benutzerfreundliche Shell läuft unter Windows, Mac OS X und Linux und enthält einen Texteditor, einen Projektmanager, einen Präprozessor-Compiler und Tools zum direkten Laden des Programms in den Mikrocontroller.
Die in Arduino verwendeten Mikrocontroller verfügen bereits über einen Bootloader, sodass kein Programmierer erforderlich ist. Schließen Sie das Board einfach über USB oder einen UART-USB-Adapter an einen Computer an und laden Sie das Programm herunter.
Das Board verfügt außerdem über die Möglichkeit, den Bootloader im Mikrocontroller mithilfe eines Programmiergeräts zu flashen. Die Arduino IDE bietet integrierte Unterstützung für die gängigsten kostengünstigen Programmiergeräte. Es gibt einen Pin-Anschluss für In-Circuit-Programmierung (ICSP für AVR, JTAG). für ARM).
Die meisten Arduino-Geräte verwenden Atmel AVR ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4, ATTiny85 Mikrocontroller mit einer Taktfrequenz von 16 oder 8 MHz. Es gibt auch ARM Cortex M-basierte Boards.
Arduino-Ports
Arduino UNO R3-Board
Über die I/O-Ports werden beliebige elektronische Komponenten (LEDs, Motoren, Sensoren usw.) an die Controllerplatine angeschlossen. Sie werden auch Pins genannt. Hierbei handelt es sich um digitale, analoge oder Digital-Analog-Schnittstellen, die eine eigene Funktion haben.
Wie der Name schon sagt, haben wir an den digitalen Pins ein digitales Signal. Sie können nur zwei Werte erzeugen: eine logische Null (0, LOW) und eine logische Eins (1, HIGH).
Analog – ähnlich wie digital, mit dem Unterschied, dass ihr Hauptzweck darin besteht, analoge Sensoren anzuschließen.
Um diese Ports zu verwenden (ein Signal durchzuleiten), müssen wir sie in unserem Programm mit der Funktion pinMode (<Pin-Nummer>, <Modus: INPUT / OUTPUT>) initialisieren, wobei die Pin-Nummer die auf der Platine angegebene Anschlussnummer ist Arduino … INPUT wird zum Lesen von Daten benötigt, OUTPUT zum Senden. Falls wir solche Pins verwenden, ohne vorher pinMode anzugeben, können die erhaltenen Werte falsch sein.
Digital-Analog-Ports (oder PWM – I/O mit Pulsweitenmodulation) – eine intelligentere Schnittstelle. Sie sind jederzeit zum Empfangen/Senden von Daten bereit und erfordern keine vorherige Initialisierung.Ihr Hauptvorteil ist die Möglichkeit, Werte im Bereich von 0 bis 255 zu übertragen, was viel mehr ermöglicht
den Betrieb der angeschlossenen Elemente gezielt beeinträchtigen. Diese Ports sind auf der Platine (und in der Dokumentation) als PWM oder mit «~» (Tilde) gekennzeichnet.
Digitale und analoge Pins – Ports schalten (verbinden). PWM – Steueranschlüsse. Wenn die Betriebsparameter des Funkelements geändert werden müssen, muss es an PWM angeschlossen werden. Wenn es ausreicht, nur ein Schaltkreiselement ein-/auszuschalten, können Sie einen beliebigen Anschluss am Arduino verwenden.
Ein weiteres und letztes wichtiges Kriterium für Arduino-Board-Ports ist ihre physikalische Beschaffenheit. Denken Sie daran, dass jeder Pin einen 5-V-Ausgang hat. Es kann einen maximalen Strom von 0,02 A liefern
Dies sind kleine Kriterien, die es zu beachten gilt, um viel Zeit zu sparen.
Programmierung
Um die Programmierbasis für Arduino zu beherrschen, benötigt ein Anfänger nur wenige Stunden, da das Netzwerk bereits über eine Vielzahl von Video-Tutorials, thematischen Veröffentlichungen, Notizen und Artikeln zur Arduino-Entwicklung verfügt. Die Basis ist C++, ergänzt durch einfache I/O-Steuerungsfunktionen auf dem Board, und anspruchsvollere Benutzer können sogar in Visual Studio, zumindest in Eclipse, oder sogar über die Kommandozeile arbeiten.
Externe Laufwerke und Erweiterungskarten
Tatsächlich bietet Arduino enorme Möglichkeiten zum Erstellen aller Arten von Geräten. Sie können Sensoren, Schlösser, Motoren, Displays, Router und sogar Wasserkocher anschließen. Sie können das Produkt mit zusätzlichen Platinen erweitern – Schildern, zum Beispiel für die Arbeit mit GPS, für die Verbindung über ein lokales Netzwerk oder das Internet, für Bluetooth, Wi-Fi usw. Besonders beliebt ist Arduino in der Robotik.
Praktischerweise benötigt man zum Anschließen von Verlängerungen keinen Lötkolben, sondern es werden einfache Stiftverbindungen verwendet, was die Gestaltung von Layouts vereinfacht und so kompliziert gestaltet, wie man möchte. Generell sind der Kreativität keine Grenzen gesetzt.
Mittlerweile werden Erweiterungskarten (Shields) für viele verschiedene Funktionen verkauft, sie können dank der praktischen Lage der Anschlüsse als Sandwich angeschlossen werden. Dies können drahtlose Kommunikationskarten oder Steuerkarten sein Schrittmotorund alle anderen Controller mit unterschiedlichen Zwecken.
Warum die Verwendung von Arduino so beliebt ist
Die Arduino-Plattform genießt bei Entwicklern neuer elektronischer Geräte, Lehrern und Studenten der Ingenieurwissenschaften sowie Studenten mit Hintergrund technischer Kreativität große Anerkennung.
Die Verwendung von Arduino vereinfacht die Arbeit mit Mikrocontrollern. Von der technischen Ausstattung her ist es ideal für den Ausbildungsprozess zum Gestalten verschiedener mechatronische Systeme und Roboter, dank einer verständlichen Programmierumgebung und der Möglichkeit, physikalische Prozesse in Echtzeit zu überwachen, sowie dank einer verständlichen Programmierumgebung und einer Reihe weiterer Vorteile.
Es kann als Lehr- und Forschungswerkzeug in den Bereichen digitale Signalverarbeitung, Elektronik, Schaltkreise, Robotik, Automatisierung usw. verwendet werden. Leistungsstärkere Arduino-Boards eignen sich zur Lösung komplexer technischer Probleme im Zusammenhang mit der Entwicklung großer Projekte und deren komplexer Automatisierung.
Arduino ist der beliebteste Trend, der Mikrocontroller für eine große Anzahl von Menschen verständlich und nutzbar macht, sogar für Branchenexperten. Mit Hilfe dieser beliebten Plattform können Sie eine Vielzahl interessanter und nützlicher Projekte realisieren.
Wir können sagen, dass Arduino ein universell erweiterbarer programmierbarer Controller-Konstrukteur ist, der zu einem unverzichtbaren Helfer bei der Lösung aller kreativen Aufgaben im Zusammenhang mit der Elektronik jeglicher Art werden kann, sogar ein Wecker, sogar ein komplexer Roboter, sogar ein Schrittmotor – all das und Darüber hinaus kann es mit Arduino nach dem gewünschten Algorithmus steuern.
Für die Arbeit mit Arduino steht eine Vielzahl von Peripheriegeräten aller Art zur Verfügung: Tasten, Sensoren, LEDs, LCD-Anzeigen und andere Organe zur Interaktion mit der Außenwelt.
Mittlerweile sind im Internet Hunderte von Arduino-Programmen verfügbar, die sowohl Einsteigern als auch Fortgeschrittenen bei der Umsetzung ihrer Projekte helfen können.