bg2.jpg
electronicsafterhours.com

Arduino

Arduino – marka, o której słyszał chyba każdy elektronik. Amatorzy nowych technologii intensywnie wykorzystują te niewielkie moduły, tworząc projekty w niemal dowolnym obszarze zainteresowań, od niewielkich, przenośnych gadżetów, poprzez sterowanie własną instalacją inteligentnego domu, aż po… roboty mobilne, a nawet nietypowe urządzenia laboratoryjne, wzorowane na drogiej aparaturze używanej w profesjonalnych laboratoriach. Zawodowcy także chętnie korzystają z Arduino jako narzędzia do szybkiego prototypowania – nie ma bowiem na świecie platformy, która pozwalałaby szybciej i z większą łatwością sprawdzić w praktyce projektowane właśnie układy elektroniczne, przetestować komunikację z nowo zakupionymi układami scalonymi czy też naprędce złożyć potrzebny przyrząd, który pomoże w codziennej pracy.

Czym jest Arduino?

Arduino to platforma sprzętowa (i programistyczna), opracowana na jednej z włoskich uczelni jako pomoc dydaktyczna dla studentów. Podstawowym założeniem, jakie przyświecało twórcom Arduino, była prostota konstrukcji, połączona z maksymalną uniwersalnością i jednocześnie niskim kosztem produkcji. Założenia te udało się utrzymać po dziś dzień, stały się one zresztą wzorem dla setek firm, które właśnie dla Arduino produkują różnego typu nakładki (zwane Arduino Shield), rozszerzające możliwości tych niewielkich płytek. Każdy z nich bazuje na mikrokontrolerze, najczęściej z 8-bitowej rodziny AVR, rzadziej spotykane są wydajne, 32-bitowe procesory ARM. Oprócz procesora każdy moduł główny Arduino zawiera także niezbędne do pracy obwody elektroniczne (zasilanie, obwody zerujące – reset, diody LED) oraz złącza (GPIO, USB, zasilające). Zaletą płytek Arduino jest fakt, że najczęściej nie wymagają one żadnych sprzętowych programatorów czy konwerterów – wbudowany port USB w zupełności wystarczy do wgrywania programów, napisanych i skompilowanych na komputerze. Jest to możliwe dzięki wbudowanemu bootloaderowi – specjalnemu programowi „zaszytemu” niejako w pamięci Flash mikrokontrolera i odpowiadającemu za zapisywanie instrukcji w odpowiednich miejscach pamięci.

Najpopularniejsze moduły Arduino

Flagowym modułem z rodziny Arduino jest – już od wielu lat – płytka Arduino Uno (najnowsza, trzecia wersja oznaczona jest symbolem Rev3). Moduł bazuje na mikrokontrolerze ATmega328P, zawierającym 32 kB pamięci Flash, 2 kB RAM oraz 1 kB EEPROM i pracującym z częstotliwością taktowania równą 16 MHz. Do dyspozycji użytkownika jest czternaście linii wejść/wyjść cyfrowych (GPIO) oraz sześć wejść analogowych (które także mogą być przekonfigurowane do pracy w trybie GPIO). Znacznie bardziej rozbudowana pod względem możliwości (a także nieznacznie większa wymiarowo) jest płytka Arduino Mega 2560 Rev3. Jak sama nazwa wskazuje, moduł ten bazuje na procesorze ATmega2560 – tutaj do użytku jest już 256 kB pamięci Flash, 8 kB RAM oraz 4 kB EEPROM, a wolnych linii GPIO płytka ta oferuje aż 70: 54 cyfrowe (15 z nich może pracować w trybie wyjść PWM) i 16 analogowych. W rodzinie Arduino można także znaleźć przykłady naprawdę małych płytek – są one doskonałe do realizacji projektów o restrykcyjnych wymaganiach pod względem miniaturyzacji. Jedną z nich jest Arduino Nano – płytka oferuje możliwości zbliżone do Arduino Uno, ale jej wymiary to jedynie 18 x 45 mm – wielokrotnie mniej, niż w przypadku Uno.

Arduino Shield – tutaj kryje się moc platformy Arduino!

Choć płytki Arduino zostały opracowane z myślą o uniwersalności i łatwości programowania, mając do dyspozycji tylko moduł główny można zdziałać stosunkowo niewiele. O możliwościach tej platformy można się przekonać w pełni dopiero wtedy, gdy pod uwagę weźmiemy ogromną liczbę dostępnych płytek rozszerzających możliwości modułów głównych. Płytki te mają postać nakładek, określanych wspólnym mianem Arduino Shield – występują one najczęściej w formie modułów o rozmiarach PCB zbliżonych do Arduino Uno i wyposażonych w listwy goldpin, wmontowane w układzie odpowiadającym rozmieszczeniu złączy systemowych modułów Arduino. Dzięki temu płytki z rodziny Arduino Shield mogą być łatwo łączone z dowolnymi przedstawicielami linii produktowej Arduino, często nawet daje się połączyć w tym samym urządzeniu kilka modułów nakładki mają bowiem zazwyczaj dwustronne złącza, które umożliwiają wpięcie kolejnych modułów. Arduino Shield oferują przeróżne funkcje – możesz wybierać płytki wyposażone w sterowniki silników krokowych i DC, wyświetlacze, klawiatury, przetworniki ADC i DAC, układy audio, moduły radiowe, przekaźniki i wiele, wiele innych. Dzięki temu do zbudowania kompletnego, funkcjonalnego urządzenia często nie jest konieczne budowanie jakichkolwiek własnych układów elektronicznych – wystarczy jedynie odpowiednio zastosować gotowe nakładki.

Podsumowanie

Arduino jest dzisiaj ogromną platformą, ekosystemem składającym się z modułów głównych, nakładek rozszerzających Arduino Shield oraz dedykowanego środowiska programistycznego – Arduino IDE. Potężna elastyczność i łatwość programowania oraz rozbudowy sprawiła, że po rozwiązania z rodziny Arduino sięgają dziesiątki tysięcy elektroników na całym świecie, zarówno makerzy, jak i zawodowi inżynierowie poszukujący niezawodnych narzędzi do szybkiego prototypowania.