Příklady použití datového štítu arduino. Vlastními rukama: "Arduino" - elektronický designér. Proč jsou potřeba štíty arduino?

Blikání LED a podobně je samozřejmě skvělé, ale chtěl jsem udělat něco opravdu víceméně užitečného, ​​co se dá aplikovat v běžném životě. Asi nejjednodušší je zapínat a vypínat výkonné proudové spotřebiče – žárovky, ve Ventilátory, pumpy, magnetofony atd. K tomu nám pomůže Relay-Shield. Na internetu jsou hotová řešení, spousta schémat. Ale je zábavnější to udělat sám.

Tady. Nyní můžete začít pájet součástky. Především propojky a drobné prvky (rezistory, sestava diod, tranzistory).

Nejobtížnější je utěsnění pinů konektoru.... Ale nějak jsem to zvládl :) Takže můžete taky. Hlavní je, že by tam nebyly žádné "šmejdy", "šortky" a "nepájivé" :)
Zde je několik fotografií hotového výrobku. Řekněme, že to není výstavní možnost, ale přesto ...
Mimochodem, SMD diody jsou viditelné zespodu, stojí paralelně k vinutí relé. Transformátor je upevněn dvěma dráty.

A nahrajte testovací náčrt:

/*
Test Home made relé Shield (Ghost D. 2012)
Pomocí digitálních pinů #7 a #8
*/

void setup()(
//
pinMode(7, OUTPUT);
pinMode(8, OUTPUT);
}

void loop() (
digitalWrite(7, VYSOKÝ); // Zapněte první relé
zpoždění (2000); // počkáme
digitalWrite(8, VYSOKÝ); // Zapněte druhé relé
zpoždění (2000);
digitalWrite(8, NÍZKÁ); // Vypněte druhé relé
zpoždění (2000);
digitalWrite(7, NÍZKÁ); // vypněte první relé
zpoždění (2000); //
}

Náš nový štít cvaká relé. Voila!!!

P.S. V mé verzi se při testování transformátor dost silně zahřívá. Buď byla informace nesprávně uvedena na PSU (odkud jsem je vybral) (například 300 mA), nebo s tím byly nějaké potíže ...

Štít je přídavná deska. Navrhuji rozdělit štíty na moduly plné velikosti a samostatné moduly. Plnohodnotné kopírují tvar desky Arduino, ať už jde o UNO, Nano nebo MEGA. Jednotlivé moduly jsou volně tvarované desky určené k provádění specifické sady funkcí. Oba mohou být jak univerzální, tak pro plnění úzce zaměřených úkolů.

V obchodech najdete velké množství štítů a s určitou kvalifikací si můžete sami vypěstovat desku s plošnými spoji, která tvarem a rozložením pinů opakuje Arduino a sestavit si svůj vlastní jedinečný. Obrázek ukazuje se sadou štítů.

Začněme štítem, který nenese žádné speciální funkce, ale byl vytvořen pro pohodlí při montáži vašich projektů. První v naší recenzi tedy usnadní instalaci projektů s deskou Arduino Nano, i když malá velikost „NANO“ je v tomto případě k ničemu.

Na desce je konektor pro připojení zástrčky z napájecího zdroje, stabilizátor napětí a také svorkovnice. Jsou podepsané a odpovídají závěrům Nanky. Kromě toho je zde tlačítko „reset“ a LED „Power“.

Druhý štít je pro desku Uno. Obsahuje nepájivé prkénko pro sestavení projektu a závěry, které duplikují ty na samotném arduinu – pohodlné řešení.

Jakýkoli analogový snímač potřebuje napájení a záporný kontakt, když je jich hodně - je tam tolik propojek, že bude velmi obtížné zjistit obvod. Proto konstruktéři přišli se štíty pro taková řešení. Jsou v nich zobrazeny všechny vstupy a výstupy a napájecí kontakty jsou zdvojeny a umístěny vedle sebe.

Zde je příklad takové desky pro verzi Arduino Mega.

Drátové i bezdrátové

Pomocí těchto desek můžete spravovat mikrokontrolér po síti například přes ethernetový kabel nebo bezdrátově přes GSM připojení vložením SIM karty.

Tato deska se nazývá w5100 - obsahuje ethernetový modul a modul čtečky SD karet. To znamená, že můžete ukládat data, jako je protokol měření senzorů na paměťovou kartu, a ovládat systém přes webové rozhraní. Chcete-li k němu připojit arduino, použijte knihovny:

Ethernetová knihovna;

Pozor navenek, opakuje koncept Arduina UNO R3, navíc se bude hodit na Mega.

Pokud se vám W5100 zdá příliš velký, pak ENC28J60 zabere méně místa. Bohužel už nemá SD modul.

Nevýhodou je, že se nedá namontovat na desku, ale vyrábí se jako samostatný modul.

W5500 je další možností stínění Ethernetu. V jádru se jedná o upravenou verzi W5100, optimalizovanou z hlediska rychlosti a energetické účinnosti.

Vezměte prosím na vědomí, že u stínění plné velikosti jsou všechny piny duplikovány svorkovnicí. Bohužel štíty používají porty. Tento konkrétní používá MOSI, MISO, SCK a pin 10 pro signál CS (Communication Destination Select).

Pokud potřebujete bezdrátové připojení, máte na výběr Wi-fi shieldy, pokud máte připojení k internetu a router, a pokud nemáte toto, pak GSM moduly nebo GPRS Shields.

Na obrázku je oficiální štít. Má slot pro paměťovou kartu Micro SD, s mikrokontrolérem komunikuje přes protokoly SPI, jeho software můžete aktualizovat přes Mini-USB. Podporuje 802.11b/g.

GPRS štít z Amperky můžete vidět výše. Anténu můžete vyměnit za výkonnější. Blíže k prohlížeči je slot pro SIM kartu, o něco dále slot pro baterii CR1225. Baterie na desce je potřebná pro horké hodiny reálného času a to je důležitý doplněk k možnostem štítu GPRS. Můžete posílat SMS do az něj.

S touto deskou můžete ovládat a dávat příkazy (nebo jakémukoli jinému projektu vaší implementace) z libovolné vzdálenosti. Je důležité, abyste se nacházeli v oblasti příjmu mobilní sítě.

Jak ukládat data na Arduino?

V projektech nejsou všechny informace umístěny do paměti mikrokontroléru. Někdy je potřeba uložit nějaké množství informací. První, co mě napadne, už bylo řečeno – jde o záznam informací ze senzorů za účelem dalšího zkoumání toho, jak se mění prostředí v průběhu hodin, dnů, let. Skvělým příkladem je domácí meteostanice. Je to užitečné nejen pro vědecké pracovníky, ale také pro amatéry pro všeobecné vzdělávání a rozvoj.

Není to štít, ale modul. Je miniaturní a snadno se opakuje, mimochodem zde je jeho schéma.

K dispozici je také štít pro ukládání dat v plné velikosti. Funguje s SD-paměťovými kartami, na desce je modul hodin reálného času, který je napájen 3V baterií CR1220, což je příjemný bonus.

Výkonnou zátěž řídíme z mikrokontroléru

První, co mě napadne, je relé. S jejich pomocí přepnete oba stejnosměrné obvody a s 220voltovou domácí elektrickou sítí si poradí s nádechem.

Konkrétně modul, který je zobrazen níže, může spínat zátěž 1 kW 220 V (nebo 5A) pro každý z kanálů, pro zvýšení výkonu můžete buď paralelně několik kanálů, nebo sepnout toto relé. V tomto případě budou relé ze štítu hrát roli mezilehlých zesilovačů.

Samozřejmě můžete relé spínat, jak jsem popsal v článku, přes tranzistor a musíte vybrat relé pro proud, ale použití hotové desky bude spolehlivější, pohodlnější a vypadá lépe.

Relé má jednu nevýhodu - omezený počet operací - to je důsledek vyhoření kontaktů. K tomu dochází v důsledku výskytu oblouku, když je otevřena výkonná zátěž (zejména indukční povahy - jedná se o motor atd.). Takový štít můžete vytvořit následovně:

A takhle to vypadá sestavené:

Tyristory a triaky lze proto použít k zapnutí střídavého zatížení. Jeden problém je, že je nelze připojit přímo k arduinu, pokud se porouchá pn-přechod řídící elektrody, může být na desce mikrokontroléru 220 V a spálit to. Cesta z této situace je použití optosimistoru.

Vzhledem k tomu, že tento úkol často stojí před vynálezci, bylo vyvinuto hotové řešení – triakový štít, jeho celý název je ICStation 8 Channel EL Escudo Dos Shield pro Arduino. Původně měl ovládat záři „flexibilního neonu“.

Má 8 kanálů, ke kterým je připojena AC síť a zátěž.

Kryty pro motory

Řízení elektromotoru není vždy snadný proces. V některých situacích nemusíte mít dostatek kolíků k dokončení úkolu nebo je řídicí algoritmus poměrně komplikovaný. S takovými deskami překonáte svůj robotický projekt mnohem rychleji.

Motor-SHIELD pro arduino může ovládat stejnosměrné motory (4 kusy) nebo dva krokové motory.

Je postaven na základě dvou L293. Tento mikroobvod je sestavou dvou H můstků, to umožňuje ovládat s možností reverzace dva stejnosměrné motory, nebo 1 krokový bipolární motor. Schémata zapojení resp.

A v levém horním rohu desky jsou dvě plošky pro serva (plus, mínus a řídící signál). Červený kruh označuje místo, kde je propojka instalována. Pokud ano, pak je tato deska napájena ze základní desky arduino, a pokud ne, z externího 5V zdroje.

Pomocí tohoto modulu od tuzemského výrobce můžete ovládat dva stejnosměrné motory, má i propojku, která propojí napájecí vedení mikrokontroléru nebo je odpojí - pro napájení ze samostatného zdroje.

Můžete ovládat motory, které jsou navrženy pro rozsah napětí od 5 do 24 voltů. Místo 2 stejnosměrných motorů můžete použít 1 jednofázový krokový motor nebo paralelně kanály a připojit 1 výkonný stejnosměrný motor s proudem až 4A, a to není málo - 48W při napájecím napětí 24V.

K připojení serva potřebujete tři vodiče – plus, mínus a signál, ale co když máte serv hodně? Vaše deska se promění ve změť jumperů. Aby se tomu zabránilo, je zde Multiservo štít.

I zde je možnost oddělení silových obvodů, jako tomu bylo u předchozí verze. Celkem lze připojit 18 serv (očíslovaných od 0 do 17 na desce).

Všude má svá specifika, štíty pro neobvyklé úkoly...

Atmega328, srdce naší desky, má ADC. Hlavním problémem je, že na desce arduino uno vidíme pouze 6 analogových vstupů. Co když máme více analogových senzorů?

Můžete spojit dvě arduina do jedné sítě. Jeden použijte jako hlavní a druhý jako pomocný pro změny a z prvního posílejte signály měření na server nebo je zobrazujte na obrazovce ... Ale to je obtížné: musíte plýtvat pamětí na dalších řádcích programového kódu k implementaci takového systému.

Co když každý vstup vynásobíme 16? Celkem můžeme mít až 16*6=96 analogových vstupů. To je skutečné s multiplexerem. Jednoduše přepne 16 analogových kanálů střídavě na jeden analogový výstup, který připojíte ke stejnému vstupu libovolného worldcontrolleru.

Pomocí mikrokontroléru Atmega je velmi obtížné uvolnit funkci rozpoznávání hlasu, ale arduinisté nemusí zoufat, existuje speciální řešení - EasyVR Shield 3.0.

Jedná se o hotové, ale drahé řešení, v době psaní článku stojí v Rusku téměř 100 dolarů. Nejprve štít zapíše váš příkaz, poté jej porovná s tím, co je zapsáno v paměti, určí číslo - provede jej.

Můžete si domluvit „dialog s počítačem“, dokáže reprodukovat to, co je v něm zaznamenáno. Bez dalších zesilovačů se doporučuje „komunikovat“ s touto deskou ze vzdálenosti maximálně 60 cm.

Zobrazení obrázku

Štít LCD klávesnice je skutečný ovládací panel. Obsahuje displej LCD1602 (16 znaků ve dvou řádcích) a sadu tlačítek. Kvůli nim je zapojeno poměrně hodně portů, například A0 a D4 až D7 pro klávesnici a port D10 je ovládání jasu PWM podsvícení. D8 a D9 - reset a povolení.

Ve skutečnosti existuje mnoho displejů kompatibilních s arduino. Nebo spíše ty, o kterých bylo napsáno nejvíce informací a můžete je snadno spustit na svém systému. Displej od NOKIA 5110 je v kutilských kruzích docela populární, existují OLED i TFT obrazovky, které fungují přes I2C. Nejsou ale ve verzi „štít“.

Autonomní napájení

Docela neobvyklý štít v této kolekci, který plní běžný úkol. Napájecí štít - ten je se všemi potřebnými ochranami a nabíjecím konektorem. Nezní to moc, ale vašemu projektu to dodá hotový vzhled a napájecí obvody nebudou muset být umístěny vedle hlavních desek.

Závěr

Používáním štítů pro všechny projektové úlohy se vyhnete zbytečným propojkám a spojením a tím se sníží počet chyb a zbytečných propojek. Po sestavení obdržíte vícepatrový prefabrikovaný deskový sendvič. Tento přístup je někdy označován jako „modulární design“. Mimo jiné to usnadní údržbu, opravy a seřizování zařízení.

Nadšenci cvičí navrhování, zapojování a montáž jedinečných modulů. To je jeden z důvodů vysoké popularity Arduina nejen jako platformy pro kutily, layouty a prototypy, ale také jako platformy pro hotová řešení.

A programování. Je navržen tak, aby nahradil objemná analogová zařízení nebo mikroobvody a je ideální jako dárek pro všechny radioamatéry.

Arduino: high-tech konstruktor

"Arduino" je deska mikrokontroléru s mnoha piny a vlastním procesorem. Deska je základem, ke kterému lze připojit poměrně velké množství tzv. shieldů (z anglického shield – štít), rozšiřujících funkčnost desky. Používá se v systémech automatizace procesů, ale lze jej snadno použít i v robotice. Existuje mnoho oblastí činnosti pro desku Arduino. Ale mezi radioamatéry si získala oblibu právě jako levná, ale jednoduchá a velmi multifunkční designérka.

Pomocí programování můžete Arduino zajistit, aby fungovalo tak, jak má. Tento proces je snadný a zvládne ho i začátečník. A pokud má uživatel dovednosti jazyka C ++, pak programování desky dopadne velmi jednoduše a rychle.

Hlavní výhodou desky je možnost k ní připojit neomezený počet periferních zařízení, čímž je dosaženo maximální automatizace práce. Navíc, když něco nevyjde začátečníkovi, nevadí. Na síti existuje obrovské množství komunit se spoustou informací a návodů na programování a připojení. radioamatéři je skvělá volba.

Je třeba poznamenat, že konstruktor pracuje na svobodném softwaru (například speciální distribuci Linuxu), takže nebudete muset platit za OS a software navíc.

Práce se štítovými deskami (štíty)

Jak bylo uvedeno výše, funkčnost zařízení je vylepšena pomocí speciálních desek - štítů. Jedná se o hotové desky pro řízení konkrétního procesu. Stínění se připojuje pomocí konektorů - pinů. Rozsah procesů, které lze řídit pomocí štítů, je velmi velký: od přenosu dat přes Ethernet až po řízení elektromotorů. Systém řízení procesu můžete sestavit pomocí štítů vlastníma rukama. "Arduino" pouze distribuuje roli jednoho nebo druhého externího zařízení předepsaného v programu a samotné rozšiřující desky fungují přímo.

Jsou chvíle, kdy potřebujete zapsat některá data do paměti (například body GPS). Samotné Arduino to neumí, protože nemá paměťovou jednotku. Zde přichází vhod štít, který přidává možnost používat micro-SD karty až do velikosti 64 GB.

Kupodivu si štíty můžete vytvořit i sami. Například jednoduchý LCD štít. Vezměte obrazovku z kalkulačky nebo starého pageru a připevněte ji na kolíky desky. Samozřejmě musíte ještě napsat program, aby Arduino zobrazilo obraz na obrazovce. A je to, domácí štít je hotový.

Programování "Arduino"

Programy pro Arduino jsou napsány v jazyce Wired. Tento jazyk je v mnoha ohledech podobný C++. Nicméně, i když nemáte programátorské dovednosti, stále není těžké se s Wired vypořádat. Na fórech věnovaných „Arduinu“ se programy pro něj nazývají „náčrty“. I když jste příliš líní nebo neumíte sami programovat, můžete najít obrovské množství hotových skic.

Každá skica vyžaduje vlastní sadu knihoven. Lze je také vyhledat na fórech Arduino. Pro začátečníky je k dispozici velmi dobrá referenční příručka s podrobnými pokyny pro psaní náčrtů pro konkrétní proces.

Vytváření štítů pro Arduino vlastníma rukama

Kupování štítů pro Arduino není vůbec nutné. Řekněme, že nemáte 30 dolarů navíc, ale je tam spousta zbytečných detailů a velká chuť něco automatizovat. Žádný problém. Hlavní je, že už máte základní desku s flashovaným OS a možností psát skici.

Z improvizovaných dílů lze získat obvod Arduino. Vlastními rukama zbývá pouze pájet součásti. I když, pokud se předpokládá, že konstrukce je nehybná, pak není třeba nic pájet. Jednoduše propojte komponenty pomocí vodičů. Je třeba poznamenat, že takový domácí štít pro Arduino za cenu se ukáže být mnohonásobně levnější než tovární. Například sada Arduino pro automatizaci provozu elektromotorů bude stát 80–90 dolarů. Pokud však montáž provedete sami, můžete snížit náklady na 30 USD.

Existuje také mnoho dalších stavebnic vytvořených pro určité oblasti a obsahují kromě základní desky všechny potřebné díly. Například sada pro vytvoření chytré domácnosti, video dohled, klimatizace nebo stereo systémy.

Přirozeně ne všechny štíty lze vyrobit sami. V některých případech prostě nemůžete najít správné detaily. Bude třeba dokoupit například štít s nástavcem pro paměťovou kartu.

K čemu můžete Arduino používat?

Aplikací pro toto zařízení je celá řada, zvážíme jen některé příklady použití.

Máte například auto. A potřebujete zobrazit informace o rychlosti na LCD obrazovce rádia. Jak vyrobit rychloměr z Arduina? Velmi jednoduché. Kupujeme poplatky. Například Arduino Mega 2560, GPS modul Ublox NEO 6m. Poté hledáme v síti hotové náčrty pro ovládání, to vše si naordinujeme v Arduinu, přiložíme k sobě a je hotovo.

Stejně snadno si můžete vytvořit celý řídicí systém vlastníma rukama. Arduino to umožňuje. Hlavní věcí je zásobit se potřebnými náčrty a detaily.

Použití "Arduina" v robotice

Arduino je široce používáno v robotice. Vzhledem k tomu, že k desce je připojeno velké množství serv, motorů, senzorů, můžete si nechat vyrobit celého robota sami. "Arduino" vám také umožňuje naprogramovat jej, jak chcete. Pokud se zajímáte o plazení, jízdu a skákání kusů železa, pak je "Arduino" určitě pro vás.

Pokud navíc zařízení připojíte spolu s některými senzory na kvadrokoptéru, můžete získat dobrého pozorovatelského robota. A to už je docela užitečný vývoj.

Právě v robotice lze ukázat pozoruhodnou představivost a s pomocí „Arduina“ ji uvést do praxe. Někteří řemeslníci dokonce vyrábějí prototypy z Futuramy pouze s tímto konstruktérem.

Místo závěru

Řídicí desky Arduino jsou ideální pro automatizaci jakéhokoli procesu díky své flexibilitě v přizpůsobení. Navíc nikdo nebude mít problémy s programováním desky díky bohatému referenčnímu manuálu na toto téma. Pokud se něco v procesu práce rozbije, nebude těžké to opravit sami. "Arduino" umožňuje člověku ukázat bezmeznou představivost. S touto deskou můžete vytvořit téměř cokoliv, od systému ovládání podlahového vytápění přes chytrý telefon až po robota.

Protože se zabýváme robotikou, dříve nebo později budeme muset přemýšlet o sestavení desky pro ovládání motorů. V případě, že potřebujete pevné otáčky motorů, bez ztráty výkonu, je lepší sestavit stínící relé. V případě, že potřebujete plynulé nastavení rychlosti otáčení motorů a jste připraveni omezit maximální odebíraný proud motoru na 600mA, pak si přečteme tento článek a sestavíme řídicí desku na známý čip L293D. Setkat Štít motoru L293D.

Při pohledu na datový list na poslední mikruhu můžete pochopit, že obsahuje 4 logické prvky AND-NOT. Je možné nahradit 74HC00 sovětskými analogy K155LAZ K155LA8. Princip jeho činnosti lze pochopit při pohledu na obrázek níže (v závislosti na signálech přivedených na vstupy a & b získáme hodnotu na výstupu c). Obrázek také ukazuje "pravdivostní tabulku" pro tento prvek.

Účelem použití čipu 74HC00 v našem zařízení je schopnost prohodit jedničku a nulu na pinech Output1 a Output2 čipu L292D, čímž se obrátí směr otáčení motoru, přičemž k tomu použijeme pouze jeden výstup ovladače.

Nastavíme směr otáčení motorů, ale bez napájení pinu Enable1 se motor neotáčí. Přivedením PWM signálu na tento pin budeme řídit rychlost otáčení motoru. O principu fungování L293D si můžete přečíst více.

Ovládání 1. motoru (pin 4 - nastavení směru otáčení, pin 3 (PWM ATmega 168.328) povolení otáčení a regulace otáček)

Ovládání 2. motoru (pin 7 - nastavení směru otáčení, pin 5 (PWM ATmega 168.328) povolení otáčení a rychlosti)

Na závěr výše uvedeného přikládám schematický diagram (klikací).

Pro ovládání otáček motorů se volí zbývající PWM piny (3, 5), které jsou však dostupné pouze na ATmega168, 328.

Podle mého názoru je při použití Mega8 lepší ztratit možnost ovládat rychlost pohybu, ale budete mít k dispozici 3 volné výstupy (PWM na ATMEGA8 (9, 10, 11)) pro ovládání serv a 8. lze kdykoli vyměnit za 328. po získání tohoto přístupu k ovládání rychlosti.

Provoz serva

Deska má čtyři konektory pro připojení serv (6, 9, 10, 11).

Deska Arduino má již regulátor napětí řady 7800, konkrétně 7805, který musí zajistit stabilní napětí, aby řadič fungoval. Aby nedocházelo k poklesu napětí v napájecím obvodu regulátoru při prudkém startu výkonných serv, bylo rozhodnuto napájet výkonovou servo část ze samostatného stabilizátoru.

KR142EN5A je lineární stabilizátor, což znamená, že veškerá přeměněná energie se přemění na teplo a po připojení zátěže se stabilizátor začne zahřívat přímo úměrně s množstvím odebíraného proudu. Vzhledem k tomu se doporučuje nasadit stabilizátor na chladič.

Při použití nízkopříkonových serv typu doporučuji použít pětivoltový stabilizátor s označením 7805 aka KR142EN5A. Pět voltů pro napájení serv této velikosti bude stačit s hlavou.

Archiv obsahuje dvě složky a seznam dílů

. Složka MSV1DIY1 obsahuje šablonu PCB kompatibilní POUZE s Arduino DIY (USB, COM), mající přídavný VTG INPUT výstup, na kterém je napětí odebíráno ještě před ochrannou diodou. S takovou kompatibilitou je možné napájet jak Arduino ze shieldu, tak i napájecí část shieldu z Arduina a stabilizátor pro napájení serv z Arduina.

. Složka MSV1DIY2 obsahuje šablonu kompatibilní s originálním Arduino.

Otevřít fotku => Tisk => Celá stránka

Rozdíl je v tom, že možné připojení napájení je na pinu Vin Arduina. Napětí na tomto výstupu se rovná vstupu mínus ztráta napětí na ochranné diodě (například do napájecího konektoru Arduino napájíme 8 V, na výstupu Vin dostaneme přibližně 7,4 V, a následně pro napájení napájení část stínícího relé), stejně jako maximální proud diodou je omezen na 1000 mA. Ztráta 0,7 voltu za nic není vždy přípustná. Cesta z této situace je jednoduchá: nenapájejte štít z Arduina, ale Arduino ze štítu, čímž obejdete ochrannou diodu.

Tuto možnost lze stejným způsobem použít také s domácími verzemi Arduina.

Pro usnadnění odpájení smd součástek na zadní straně desky, kde není označení, dám obrázek.

MSV1DIY1

MSV1DIY2

Jednou z klíčových výhod platformy Arduino je její popularita. Populární platforma je aktivně podporována výrobci elektronických zařízení a uvolňují speciální verze různých desek, které rozšiřují základní funkčnost ovladače. Takové desky, celkem logicky nazývané rozšiřující desky (jiný název: arduino shield, shield), slouží k plnění nejrůznějších úkolů a mohou arduinistovi značně zjednodušit život. V tomto článku se dozvíme, co je to rozšiřující deska Arduino a jak ji lze použít pro práci s různými zařízeními Arduino: motory (štíty ovladače motoru), obrazovky LCD (štíty LCD), karty SD (zapisovač dat), senzory (štít senzoru) a mnoho dalších.

Nejprve si ujasněme pojmy. Rozšiřující deska Arduino je kompletní zařízení určené k provádění určitých funkcí a je připojeno k hlavnímu ovladači pomocí standardních konektorů. Dalším oblíbeným názvem pro rozšiřující desku je anglicky psaný štít Arduino nebo jednoduše štít. Všechny potřebné elektronické komponenty jsou instalovány na rozšiřující desce a interakce s mikrokontrolérem a dalšími prvky hlavní desky probíhá prostřednictvím standardních arduino pinů. Nejčastěji je shield napájen také z hlavní arduino desky, i když v mnoha případech je možné jej napájet z jiných zdrojů. V každém štítu je několik volných pinů, které můžete použít podle svého uvážení tím, že k nim připojíte jakékoli další komponenty.

Anglické slovo Shield se překládá jako štít, zástěna, zástěna. V našem kontextu by to mělo být chápáno jako něco, co zakrývá desku ovladače, která vytváří další vrstvu zařízení, obrazovku, za kterou se skrývají různé prvky.

Proč jsou potřeba štíty arduino?

Vše je velmi jednoduché: 1) abychom ušetřili čas a 2) někdo by na tom mohl vydělat. Proč ztrácet čas navrhováním, umístěním, pájením a laděním něčeho, co si můžete vzít již smontované a začít hned používat? Dobře navržené a sestavené na kvalitním hardwaru, rozšiřující desky jsou obvykle spolehlivější a zabírají méně místa ve finálním zařízení. To neznamená, že musíte zcela opustit vlastní montáž a nemusíte rozumět principu fungování určitých prvků. Skutečný inženýr se totiž vždy snaží pochopit, jak to, co používá, funguje. Ale budeme schopni vyrábět složitější zařízení, pokud nebudeme pokaždé znovu vynalézat kolo, ale zaměříme svou pozornost na to, co před námi vyřešil málokdo.

Samozřejmě musíte za příležitosti zaplatit. Téměř vždy budou náklady na finální štít vyšší než cena jednotlivých komponent, vždy můžete podobnou variantu zlevnit. Zde je však na vás, abyste se rozhodli, jak kritický je pro vás vynaložený čas nebo peníze. S ohledem na veškerou možnou pomoc ze strany čínského průmyslu se náklady na desky neustále snižují, takže se nejčastěji volí ve prospěch použití hotových zařízení.

Nejoblíbenějšími příklady stínění jsou rozšiřující desky pro práci se senzory, motory, LCD obrazovky, SD karty, síťové a GPS štíty, štíty s vestavěnými relé pro připojení k zátěži.

Připojení Arduino Shields

Pro připojení shieldu jej stačí opatrně „nasadit“ na základní desku. Obvykle se piny hřebenového štítu (samec) snadno zasunou do konektorů desky Arduino. V některých případech je nutné pečlivě vyladit kolíky, pokud samotná deska není úhledně připájena. Hlavní věcí je zde jednat opatrně a nepoužívat nadměrnou sílu.

Štít je zpravidla určen pro velmi specifickou verzi ovladače, i když například mnoho štítů Arduino Uno funguje s deskami Arduino Mega docela dobře. Pinout na mega je vyrobeno tak, že prvních 14 digitálních kontaktů a kontakty na opačné straně desky se shodují s umístěním kontaktů na UNO, takže se jím snadno stane štít z arduina.

Programování Arduino Shield

Programování obvodu s rozšiřující deskou se nijak neliší od běžného programování arduina, protože z pohledu ovladače jsme naše zařízení jednoduše připojili na jeho obvyklé piny. V náčrtu je třeba určit ty piny, které jsou připojeny ve stínění k odpovídajícím pinům na desce. Výrobce zpravidla uvádí shodu pinů na samotném štítu nebo v samostatném návodu k připojení. Pokud si stáhnete náčrty doporučené výrobcem desky, ani to nebudete muset dělat.

Čtení nebo zápis signálů štítu se také provádí obvyklým způsobem: pomocí funkcí a dalších příkazů známých každému arduinistovi. V některých případech jsou možné kolize, když jste zvyklí na toto schéma připojení a výrobce zvolil jiné (například jste vytáhli tlačítko k zemi a na štítu - k napájení). Zde je jen potřeba být opatrný.

Zpravidla se tato rozšiřující deska dodává v arduino kitech a proto se s ní lidé arduino setkávají nejčastěji. Štít je poměrně jednoduchý - jeho hlavním úkolem je poskytnout pohodlnější možnosti připojení k desce Arduino. To se provádí pomocí přídavných napájecích a zemních konektorů, přivedených na desku ke každému z analogových a digitálních pinů. Dále na desce najdeme konektory pro připojení externího zdroje (pro přepínání je potřeba osadit jumpery), LED diodu a tlačítko restartu. Možnosti štítu a příklady použití naleznete na obrázcích.

Existuje několik verzí rozšiřující desky senzoru. Všechny se liší počtem a typem konektorů. Nejoblíbenější verze jsou dnes Sensor Shield v4 a v5.

Tento arduino štít je velmi důležitý v robotických projektech. Umožňuje připojit běžné a servomotory k desce Arduino najednou. Hlavním úkolem štítu je zajistit ovládání zařízení, která spotřebovávají proud dostatečně vysoký pro běžnou desku arduino. Dalšími vlastnostmi desky jsou funkce řízení výkonu motoru (pomocí PWM) a změny směru otáčení. Existuje mnoho druhů desek štítu motoru. Společná pro všechny je přítomnost výkonného tranzistoru v obvodu, přes který je připojena externí zátěž, prvky chladiče (obvykle radiátor), obvody pro připojení externího napájení, konektory pro připojení motorů a kolíky pro připojení k arduinu.

Organizace práce se sítí je jedním z nejdůležitějších úkolů moderních projektů. Pro připojení k místní síti přes Ethernet je k dispozici odpovídající rozšiřující deska.

Prototypování rozšiřujících desek

Tyto desky jsou vcelku jednoduché - mají kontaktní plošky pro montáž prvků, zobrazí se tlačítko reset a je možné připojit externí napájení. Účelem těchto štítů je zvýšit kompaktnost zařízení, kdy jsou všechny potřebné komponenty umístěny bezprostředně nad základní deskou.

Arduino LCD štít a tft štít

Tento typ štítu se používá pro práci s LCD obrazovkami v arduinu. Jak víte, připojení i té nejjednodušší 2řádkové textové obrazovky není zdaleka triviální úkol: musíte správně připojit 6 kontaktů obrazovky najednou, nepočítaje napájení. Mnohem jednodušší je vložit hotový modul do arduino desky a jednoduše nahrát příslušnou skicu. V oblíbeném LCD Keypad Shield je k desce okamžitě připojeno 4 až 8 tlačítek, což umožňuje okamžitě organizovat externí rozhraní pro uživatele zařízení. TFT Shield také pomáhá

Arduino Data Logger Shield

Dalším úkolem, který je poměrně obtížné samostatně implementovat do vašich produktů, je ukládání dat přijatých ze senzorů s časovou referencí. Hotový štít umožňuje nejen ukládat data a přijímat čas z vestavěných hodin, ale také pohodlně připojit senzory pájením nebo na desce plošných spojů.

Stručné shrnutí

V tomto článku jsme se zabývali jen malou částí z obrovské škály různých zařízení, která rozšiřují funkčnost arduina. Rozšiřující desky vám umožní soustředit se na to nejdůležitější – na logiku vašeho programu. Tvůrci štítů zajistili správnou a spolehlivou instalaci, potřebné napájení. Vše, co zbývá, je najít desku, kterou potřebujete, pomocí oblíbeného anglického slova shield, připojit ji k arduinu a nahrát skicu. Obvykle jakékoli programování štítu spočívá v provádění jednoduchých akcí pro přejmenování vnitřních proměnných již hotového programu. Díky tomu získáme snadnost použití a připojení, stejně jako rychlost montáže hotových zařízení nebo prototypů.

Nevýhodou použití rozšiřujících desek je jejich cena a možná ztráta účinnosti vzhledem k univerzálnosti štítů, která spočívá v jejich povaze. Pro vaši konkrétní aplikaci nebo koncové zařízení nemusí být všechny funkce štítu potřeba. V tomto případě byste měli štít používat pouze ve fázi prototypování a testování a při vytváření finální verze vašeho zařízení přemýšlejte o jeho nahrazení designem s vlastním schématem a typem rozložení. Je to na vás, máte všechny možnosti pro správnou volbu.