Arduino je v současnosti nejoblíbenější platformou, se kterou začínají prakticky všichni hobbyisté (a nejen oni) – je čas i na vás!
Objednejte si sadu prvků a začněte se učit v praxi! Kliknutím sem přejdete do obchodu >>
Je pro mě tento kurz Arduina vhodný?
Nemusíte ztrácet čas navrhováním vlastních desek, výběrem správného programovacího zařízení a pečlivou konfigurací prostředí. Vše funguje prakticky okamžitě! V následujících článcích budou také probírány základy programování, včetně funkcí, podmínek, smyček atd.
Kurz Arduino je zaměřen na programování. Pokud nemáte s elektronikou žádné zkušenosti, využijte náš kurz základů elektroniky!
První úroveň kurzu zahrnuje nejdůležitější základy, které může využít doslova každý, kdo chce začít své dobrodružství s mikrokontroléry v praxi. Tento kurz samozřejmě nepokrývá „celé Arduino“, toto téma je tak rozsáhlé, že by se o něm dalo napsat několik (desítek) knih. Cílem tohoto kurzu je vysvětlit základy v praxi a vzbudit zájem čtenáře o další zkoumání této platformy.
Co mohu s Arduinem dělat?
Jako začátečník si tuto otázku jistě kladete. Teprve po nějaké době si uvědomíte, že je velmi obtížné na ně odpovědět. Je obtížné uvést konkrétní příklady hotových zařízení. Pro inspiraci se můžete podívat, jak vypadají projekty jiných hobbyistů:
Kombinací výše uvedených informací budete schopni sestavit zařízení, které sbírá informace z okolí (senzory), následně je zpracovává, provádí určité činnosti (motory) a komunikuje s uživatelem (LED diody, displej, počítač).
Ukázkové projekty, které budete po našem kurzu schopni bez problémů naprogramovat:
- Jednoduché mobilní roboty (více o tom v kurzu stavby robotů)
- díly pro jednoduchou domácí automatizaci (automatické rolety, světelné senzory).
- Zařízení pro každodenní použití (jednoduchý budík, hodinky)
- vybavení dětského hřiště (jednoduché hry a svítící hračky)
- …a spoustu dalších projektů, které si dokážete představit!
Pozor! Výše uvedené projekty v průběhu kurzu nebudou realizovány. Znalosti, které zde získáte, vám však umožní programovat takové projekty samostatně.
Co je Arduino?
Pro začátečníky je Arduino hotová „startovací sada“ s oblíbeným mikrokontrolérem AVR. Vyvinutý podle příslušných zásad tak, aby:
- není nutné žádné externí programovací zařízení
- je možná bezproblémová interakce s vhodným programovacím prostředím.
- Můžete si koupit „nekonečný“ počet rozšiřujících desek (např. řídicí jednotky motorů, displeje, prováděcí moduly).
Informace o prvcích požadovaných pro kurz naleznete na konci tohoto článku!
Naštěstí s Arduino není k naprogramování obvodu nutná znalost registrů mikrokontroléru. Vše je založeno na uživatelsky přívětivých knihovnách, které umožňují vytvořit komplexní program i začátečníkům.
Stručně řečeno: Arduino jsou moduly s mikrokontroléry, které lze velmi snadno programovat v jazyce podobném C/C++ pomocí volně dostupných knihoven.
Výhody Arduino
Projekt vznikl v Itálii v roce 2005. Od té doby nasbíral miliony příznivců a nadšených uživatelů. Arduino bylo od samého počátku určeno lidem, kteří se s programováním mikrokontrolérů dosud příliš nesetkali. Díky vynikajícímu prostředí, uživatelsky přívětivé formě a atraktivní ceně se Arduino stalo populárním.
Komunita, která se kolem tohoto projektu vytvořila, je obrovská. To má mnoho výhod. Z pohledu začátečníka jsou tři z nich nejdůležitější:
- Velké množství hotových řešení. Existují nejrůznější projekty, které se vyvíjejí pomocí Arduina. Pokud přijdete s něčím „novým“ a zajímavým, v 90 % případů už to někdo s Arduino udělal a zveřejnil popis projektu na internetu.
- Obliba této platformy přiměla výrobce k vývoji nesčetných variant desek a rozšíření – o tom se více dozvíte později.
- Díky velkému počtu uživatelů je snadné najít pomoc, pokud se v důležitém bodě projektu zaseknete.
Arduino - volba hardwarové platformy
V každém obchodě s elektronikou lze alespoň zakoupit několik různých sad. Tento kurz používá zdaleka nejoblíbenější desku Arduino UNO R3, která vypadá jako na obrázku níže.
Arduino je projekt, který se neustále vyvíjí – jak z hlediska programování, tak z hlediska hardwaru. Časté změny hardwaru a softwaru mohou způsobit, že materiály v tomto kurzu budou vypadat trochu jinak než na hardwaru, který dostanete do rukou. Ale nebojte se, pokud jste si zakoupili naši sadu kurzů Arduino, pak máte určitě ty správné, originální komponenty. Jedním z příkladů tohoto rozdílu je barva původních desek s plošnými spoji – byly tyrkysováa ne modré.
Vybavení Arduino UNO R3
Srdcem čipu je oblíbený 8bitový mikrokontrolér AVR ATmega328 od společnosti Atmel, který pracuje na frekvenci 16 MHz.
Při této frekvenci může mikrokontrolér provádět 16 milionů operací za sekundu, zjednodušeně řečeno. To je docela dost!
Speciální přípojky, které jsou charakteristicky umístěny po stranách desky, jsou přípojky pro nejdůležitější signály. K dispozici je 14 programovatelných digitálních vstupů a výstupů. Šest z nich lze použít jako výstupy PWM(např. pro řízení motoru) a dalších šest jako analogové vstupy. K dispozici je také resetovací signál a napájecí zdroj.
Arduino lze napájet různými způsoby. Nejběžnějšími metodami jsou
- Napájení přes kabel USB
- Napájení pomocí zásuvného zdroje (optimálně 7 V – 12 V) nebo baterií.
Nejdůležitější součásti jsou zvýrazněny v následujícím diagramu:
- Připojení USB – pro napájení, programování a komunikaci s počítačem
- Napájení (optimální 7V – 12V)
- Stabilizátor napětí – vstupní napětí přípojky 2 je tímto obvodem sníženo na 5 V.
- Tlačítko Reset – resetuje desku Arduino
- Mikrokontrolér zodpovědný za komunikaci s počítačem přes USB
- Programovací připojení pro mikrokontrolér z kroku 5.
- Připojení signálu*
- Připojení signálu*
- LED dioda pro indikaci připojení napětí k Arduino
- Programovací výstup pro mikrokontrolér z bodu 13.
- Připojení signálu*
- Připojení napájení*
- Srdce Arduino, hlavní mikrokontrolér AVR ATmega328
- LED diody pro indikaci přenosu do/z počítače
- LED k dispozici pro uživatele
- Keramický rezonátor, který taktuje mikrokontrolér (bod 13) na frekvenci 16 MHz.
- Jumper, jehož přestřižením se deaktivuje automatický reset Arduino.
- Pájecí pole se signály mikrokontroléru z bodu 5, které se používají jen velmi zřídka ve velmi specifických a nestandardizovaných situacích.
*Připojení jednotlivých signálů je podrobně popsáno v další části kurzu.
Klony nebo ("ne") originály Arduino
Klony můžeme rozdělit na dva typy:
- Úplné padělky napodobující originály
- Desky, které odpovídají standardu Arduino
Pokud například vyhledáte výše zmíněné Arduino UNO a najdete desku totožnou s tou na mých obrázcích, nabízenou za cenu < 20 €, jedná se o 100% padělek. Samozřejmě můžete riskovat a koupit si ho. Máte na výběr, zda podpoříte společnosti, které vydělávají peníze nepoctivě, nebo si vyberete společnost, která si dala na tvorbě své verze záležet.
Pozor! Nejlevnější desky s plošnými spoji, které napodobují originální desky s plošnými spoji, jsou často vyrobeny z nekvalitních součástek, které mohou poškodit celý obvod!
Kurz Arduino - potřebné komponenty
V dalších částech kurzu se budeme zabývat také řízením ovládacích prvků, jako jsou servopohony a motory. Užitečné budou také senzory. Použijeme světelné senzory (fotorezistory) a ultrazvukový senzor vzdálenosti.
Stejně jako v případě kurzu základů elektroniky jsme pro vás společně s obchodem Botland.cz připravili hotové sady součástek. K dispozici jsou sady s originální deskou Arduino.
Sadu potřebných komponentů si můžete prohlédnout na fotografii níže:
Vyplatí se tyto komponenty ze sady odstranit? Rozhodně ne! Součásti nejsou během kurzu poškozeny. Budete je moci použít v pozdějších projektech. Kurz je zaměřen na praxi a je těžké se učit o některých složkách, pokud je nemáte!
Kurz Arduino - Krátký úvod
V první části kurzu (tj. v té, kterou právě čtete) se budeme zabývat instalací prostředí. Předpokládám, že ještě nemáte potřebný hardware. Pro další výuku však bude Arduino nepostradatelné.
Hotové sady pro kurzy Forbot
U našich prodejců si nyní můžete zakoupit sadu více než 70 prvků potřebných pro cvičení v kurzu!
Populární sada: Arduino Master – Robotics Master
Ve druhé části se budeme zabývat obsluhou digitálních vstupů a výstupů. Po absolvování příslušných cvičení se naučíte vytvářet vlastní programy, které mohou ovládat světelnou diodu, a naučíte se také číst informace z tlačítek.
Instalace prostředí Arduino IDE
Před programováním je třeba nainstalovat vhodné prostředí (během cvičení v tomto kurzu nebudeme používat prostředí dostupné online). Ty jsou k dispozici ve dvou verzích. Starší, odlehčená verze, kterou stále používá mnoho amatérů, má číslo 1.8.19. Existuje také nové prostředí, jehož číslování začíná dvojkou, například: 2.2.1.
Jedná se o dvě podobné aplikace, ale novější verze představuje zcela nové prostředí, které nabízí mnoho možností pro začátečníky. Pokud právě začínáte, měli byste si vybrat nejnovější verzi!
Pokud kliknete na tento odkaz, budete přesměrováni na stránku, kde můžete poskytnout dobrovolný příspěvek. Pokud nechcete přispět, můžete si prostředí stáhnout zdarma kliknutím na tlačítko „Just download“.
Bez ohledu na to, zda projekt finančně podpoříte či nikoli, získáte naprosto stejné vývojové prostředí se všemi potřebnými ovladači a příklady. Software by se měl nainstalovat obvyklým způsobem a po spuštění by se mělo zobrazit podobné zobrazení jako na obrázku níže.
Mějte však na paměti, že prostředí se neustále vyvíjí. Vaše okno Arduino IDE může vypadat trochu jinak – ale nebojte se. Všechny funkce pracují stejným způsobem nebo jsou umístěny na jiném místě.
Pokud chcete, můžete změnit jazyk prostředí v nastavení programu: Soubor > Preference > Jazyk. Na kódy programů to samozřejmě nemá žádný vliv, jedná se pouze o jazyk používaný v nastavení tohoto vývojového prostředí.
Pokud již máte Arduino...
Již jsem napsal, že v této sekci nebudeme programovat. Pokud však již Arduino máte, můžete si velmi jednoduše ověřit, zda vše funguje. Nejprve spusťte editor Arduino IDE. Poté vyberte z nabídky:
Soubor > Příklady > 01. Základy > Blink
Otevře se samostatné okno s kódem programu (jehož strukturou se nyní nebudeme zabývat). Mělo by to vypadat jako na obrázku níže.
Když je hardware připraven k použití, zkontrolujte, který port COM byl desce přiřazen. Za tímto účelem otevřete Správce zařízení – stačí stisknout tlačítko Start a do vyhledávače systému Windows zadat „Správce zařízení“.
V mém případě to byl COM21, ale ve vašem případě to může být úplně jinak. Nyní se vraťte do prostředí Arduino IDE a zadejte příslušné informace. Nejprve musíme zadat číslo portu COM desky, aby bylo jasné, kam se má program odeslat. To se provádí zde: Nástroje > Port.
Prostředí Arduino IDE zobrazuje pouze dostupné porty COM. V mém případě to byly COM1 a COM21, ve vašem případě jich může být více. Nejdůležitější je vybrat si ten správný!
Dále musíme kompilátoru sdělit, kterou desku máme. To je nutné k tomu, aby mohl být náš programový kód správně zpracován a odeslán do našeho Arduino. Za tímto účelem přejdeme na: Tools > Board > Arduino AVR Boards a tam vybereme Arduino UNO.
Deska je připojena a nastavena. Nyní můžeme pokračovat v nahrávání programu. Program musí být nejprve zkompilován pomocí volby „Ověřit“. Kód je zkontrolován z hlediska správnosti a zkompilován, tj. převeden do jazyka, kterému mikrokontrolér rozumí. Program pak můžete nahrát do Arduina pomocí možnosti „Transfer“.
Nezapomeňte, že:
- Možnost „Zkontrolovat“ – kontroluje a kompiluje pouze program, který jste napsali.
- Volba „Přenést“ – zkontroluje a zkompiluje program a ihned jej nahraje do Arduino UNO.
Nyní klikněte na tlačítko „Přenést“. Po kliknutí na tlačítko by měly na desce blikat LED diody označené TX a RX. To znamená, že se data přenášejí z počítače nebo do počítače. Pokud proces kompilace a nahrávání proběhne v pořádku, zobrazí se v dolní části prostředí Arduino IDE odpovídající zpráva (v případě chyby se zde objeví popis problému – např. informace, že deska nebyla nalezena; v tomto případě je vhodné zkontrolovat, zda je zvolen správný port COM.
Na Arduino samozřejmě také vidíte, že program byl nahrán správně. Jak již bylo zmíněno, na desce máme LED diodu, která by po nahrání programu měla blikat. Jako zde:
Efekt není opojný, ale víme, že vše funguje. Od příštího článku začneme psát programy sami. Mezitím můžete zkusit upravit kód, který jsme nyní nahráli, a vyzkoušet, jak se obvod chová.
Shrnutí
To by mělo stačit jako „podrobný úvod“ do kurzu. Doufám, že jsem vám objasnil základní informace a motivoval vás k přečtení následujících článků. Těším se na vaše připomínky a komentáře.
Rád bych vám připomněl, že nejdůležitější je praxe. Všechny potřebné prvky najdete v hotových sadách, které jsou k dispozici v Botlandu!
Objednejte si sadu prvků a začněte se učit v praxi! Kliknutím sem přejdete do obchodu >>
