Обучающий набор электроники — умные цепи с ARDUINO

«Умные схемы с Arduino™» — это азбука Arduino для всех, начинающих и продвинутых. Arduino — это небольшой компьютер, который позволяет управлять различными электронными компонентами и устройствами. Благодаря ему вещи как бы оживают, выполняют заданные нами команды, реагируют на изменения в окружающей среды. Собрав и протестировав предоставленные умные схемы, мы сможем последовательно ознакомиться с возможностями использования микроконтроллера Arduino: GRND - 01 Начало – Мигающий светодиод Знакомство с Arduino мы начнем с выполнения очень простого эксперимента, который называется мигающим светодиодом. Во время этого эксперимента мы заставим Arduino мигать светодиодом, чтобы приветствовать нас. Да, да, вам не послышалось, он это сделает, потому что у нас есть все полномочия для этого маленького, но очень мощного компьютера. Самой простой программой будем управлять частотой мигания света. GRND - 02. Вращающиеся ручки — потенциометры. В этом эксперименте мы работаем с потенциометром. Потенциометры обычно используются для регулировки таких параметров, как громкость или яркость Вы узнаете, как с помощью потенциометра управлять яркостью светодиода с Arduino. Программа показывает работу аналогового входа. Меняя положения ручки потенциометра также измениться и частота мигания светодиода. GRND - 03. Цветной светодиод - светодиод RGB. Трехцветный светодиод может светиться всеми цветами радуги! Конечно, это гораздо интереснее мигающего светодиода. По сути, трехцветные светодиоды имеют три светодиода (красный, зеленый и синий) в одном корпусе. Когда мы устанавливаем цифровую яркость и интенсивность на цифровом выходе Arduino, получаем новые цвета. GRND - 04. Танцующие светодиоды - Больше светодиодов. Удивительно. Во время первого урока мы научили светодиод мигать, во время третьего - трехцветный светодиод начал светиться всеми цветами радуги! Пришло время немного усложнить схему и подключить к Arduino целых восемь светодиодов Также с помощью Arduino будет созданы различные световые эффекты. Прикажем восьми светодиодам танцевать. Цепь достаточно большая и интересная. В этом эксперименте вы начнете создавать свои приложения и поймете, как работает Arduino. GRND - 05 Нажимаем на кнопки – Кнопки. До сих пор мы все выполняли только с выходами. Теперь посмотрим с другой стороны, и «поиграем» с входами. В этом эксперименте мы будем использовать кнопки в качестве сенсора. Это самый простой и понятный способ показывающий, как Arduino может получать информацию. Наша задача -нажатии одной из кнопок светодиод должен загореться, но при нажатии обеих кнопок, светодиод не должен загореться. GRND - 06 Когда гаснет свет - Фоторезистор. Во время второго урока мы узнали, как работает потенциометр, сопротивление которого меняется в зависимости от ручки - поворота штока. Теперь вы научитесь использовать фоторезистор, полупроводниковое устройство, в качестве сенсора, который меняет свое сопротивление в зависимости от того, сколько света попадает на его поверхность. Используя фоторезистор в качестве сенсора света будем контролировать яркость светодиода. GRND - 07 Измерим температуру - сенсор TMP35. Мы научимся использовать сенсор температуры с Arduino. Мы настроим окно отладки Arduino IDE для отображения изменений температуры. С помощью «дисплей порта» (Serial Monitor), будем считывать показания сенсора температуры. TMP35 — это простой сенсор температуры, который изменяет свое выходное напряжение пропорционально температуре окружающей среды. Их можно использовать для всех типов задач автоматизации, где требуется изменение параметров в зависимости от температуры. Передача информации с Arduino на компьютер — еще более интересная тема, чем предыдущие эксперименты — мы начнем с последовательного порта Arduino. До сих пор мы ограничивались использованием простых диодов, чтобы показать любые изменения Убедимся, что Arduino может не только сигнализировать об изменениях в окружающей среде, но и при необходимости легко общаться с компьютером и отображать все типы текста и данных в любом терминале. GRND - 08 Поворачиваем под углом – Сервомеханизм. Сервомеханизм, сокращенно «сервопривод», представляет собой двигатель, состоящий из электронной схемы с обратной связью. Для Arduino была разработана библиотека «Servo.h», которая может работать с различными типами серводвигателей. Серводвигатели идеально подходят для электроники и автоматики — они обладают высокой скоростью и возможностью точного определения нужного положения, что невозможно с обычными двигателями. Ими достаточно легко управлять с помощью переменной длительности импульса. Во время этого эксперимента вы узнаете, как использовать ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) для управления серводвигателем. GRND - 09 Когда звучит музыка - Пьезо-сигнализатор. Мы попробуем снова преодолеть разрыв между цифровым и аналоговым миром. Мы будем использовать Пьезо-сигнализатор, который издает небольшой «щелчок» при кратковременном прикосновении ее контактов к источнику питания 5 вольт. Попробуйте это! Конечно, это не очень интересно, но если воткнуть питание и сразу выключить, и так по 100 раз в секунду, то сигнализатор начнет пищать. Собрав сотни строк тонов воедино - заиграет музыка! GRND - 10 Музыкальный синтезатор — Подключение потенциометра. Создадим Пьезо-синтезатор. Мы можем использовать Пьезо-сигнализатор для генерации звуков. Он преобразует электрические частоты в звуковые волны Различные звуковые волны создаются путем быстрого включения и выключения напряжения ( импульса). Текст программы обрабатывает два параметра, которые считываются с двух потенциометров. Один потенциометр определяет уровень высоты тона, другой определяет продолжительность повторяющегося цикла GRND - 11 Вращаем двигатель — Транзистор и двигатель. Встречали ли мы когда-нибудь серводвигатель, которым мы управляли с помощью Arduino? Теперь рассмотрим вращение двигателя постоянного тока Для этого потребуется транзистор, который может переключаться, т.е. переключать (транзистор действует как переключатель) гораздо более высокий ток, чем Arduino. При использовании транзистора убедитесь, что его параметры подходят для конкретного оборудования. Транзистор, который мы будем использовать в этой схеме, TIP120, может выдерживать 60 В и 200 мА, что идеально подходит для нашего двигателя! GRND - 12 Включим большую нагрузку – Реле. Теперь мы научимся управлять реле, давая Arduino больше мощности! Скорее научим Arduino управлять реле. Реле представляет собой механический переключатель с электрическим приводом Внутри пластикового корпуса находится мощный электромагнит При получении заряда энергии реле срабатывает - якорь притягивается электромагнитом и группа контактов замыкает или размыкает цепь питания нагрузки. GRND - 13 Больше танцующих светодиодов – Регистр толкателя 74HC595. Наконец-то мы добрались до интегральных схем (ИС). Теперь используя интегральную схему регистра толкателя мы будем управлять 8 выходами, используя только три контакта Arduino. Регистр толкателя 74HC595 представляет собой интегральную схему с восемью цифровыми выходами. Чтобы использовать их, мы будем использовать новый интерфейс, называемый SPI (последовательный периферийный интерфейс), т.е. согласованный периферийный интерфейс, который мы будем использовать для передачи данных в Arduino. Один регистр толкателя добавит к Arduino еще 8 выходов и займет всего три его контакта. Мы можем подключить много таких цепей. В итоге мы получим множество дополнительных выводов, занимающих те же три контакта Arduino. GRND - 14 Возрожденные формы – светодиодный модуль 8х8. В нашем следующем проекте мы будем использовать 64 светодиодный матричный модуль в качестве дисплея. Поскольку эти модули используют интегральную схему MAX7219 в качестве контроллера, мы сможем включать и выключать каждый из 64 светодиодов, используя только 3 контакта Arduino. Это простой и недорогой способ управления 64 светодиодами и создания разнообразных анимаций. Кроме того, можем объединить несколько модулей вместе, чтобы управлять еще большим количеством светодиодов. Наша программа будет использовать библиотеку LedControl. Скачайте и загрузите ее в Arduino IDE: C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries папку. Затем перезапустите программное обеспечение IDE Создайте больше анимаций с помощью генератора: http://www.pial.net/tools/ GRND - 15 Давайте посчитаем - 7-сегментный дисплей. Основное преимущество светодиодов заключается в том, что при небольшом размере некоторые из них могут быть объединены в один небольшой и компактный корпус, чтобы сформировать то, что обычно называют 7-сегментным дисплеем. 7-сегментный дисплей состоит из семи светодиодов, расположенных в прямоугольнике в соответствующем порядке ( см. ниже). Каждый из семи светодиодов называется сегментом Различные комбинации выключенных и включенных семи сегментов позволяют отображать числовые значения от 0 до 9. Расположение и выходы (PIN) каждого сегмента отмечены буквами от A до G (см. ниже). Существует два типа 7-сегментных светодиодных индикаторов: с общим анодом и с общим катодом. Индикатор с напечатанным сбоку номером 5101AS является индикатором обычного катодного типа. GRND - 16 Привет, мир — ЖК-экран. Во время этого урока мы узнаем, как подключить ЖК-дисплей к Arduino и отобразить на нем все данные. Жидкокристаллический дисплей (LCD) Liquid Crystal Display) — это сложный электронный модуль, который мы можем использовать для отображения текста или числовых данных. Экран крепится на монтажной плате, печатной плате. Он имеет две строки по 16 символов и подсветку для использования в темноте. Мы использовали экран последовательного монитора (Serial Monitor). Увидите его сходство с ЖК-дисплеем и убедитесь, что большой компьютер не нужен. GRND - 17 Играем — Игра на реакцию. Теперь, когда мы выполнили все проекты и изучили все основные условия управления компонентами с помощью Arduino, пришло время создать что-то интересное. Эта цепь покажет вам, как создать свою собственную игру «Саймон говорит». С Arduino UNO, используя светодиоды, кнопки, сигналы тревоги, несколько резисторов, вы можете создавать эту и другие забавные игры. Как это будет работать? Когда мы загрузим код, сигнализатор несколько раз издаст сигнал, и все четыре светодиода начнут мигать. Игра начнется, когда мы нажмем любую из четырех кнопок Затем начнет мигать случайный светодиод. Вам нужно будет быстро нажать кнопку, связанную с этим цветным светодиодом, таким образом повторяя модель. Если вы успешно угадаете, модель будет повторяться снова, только на этот раз к нему будет добавлен еще один случайный светодиод. Игрок должен следовать модели как можно дольше. После успешного угадывания каждой модели в базовую модель будет вноситься дополнительный уровень сложности. Проекты набора: НАЧАЛО — это введение в то, как все работает. ПОВОРАЧИВАЕМ РУЧКИ - как с помощью потенциометра управлять яркостью светодиода с помощью Arduino. ЦВЕТНОЙ СВЕТ - Трехцветные диоды для получения новых цветов. ТАНЦУЮЩИЕ СВЕТОДИОДЫ — добавим больше светодиодов и с их помощью заставим Arduino танцевать. НАЖИМАЕМ НА КНОПКИ - будем передавать информацию на Arduino простейшим сенсором. КОГДА ГАСНЕТ СВЕТ - используя фоторезистор в качестве датчика освещенности, мы будем контролировать яркость светодиода. ИЗМЕРИМ ТЕМПЕРАТУРУ — будем использовать сенсор температуры с Arduino. ПОВОРАЧИВАЕМ ПОД УГОЛ – поворот сервопривода с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции). КОГДА ЗВУЧИТ МУЗЫКА - с помощью Arduino мы будем создавать мелодии и воспроизводить их. МУЗЫКАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ - подключим к сигнализатору потенциометр и создадим космические звуки. ВРАЩАЕМ ДВИГАТЕЛЬ - будем вращать двигатель с помощью транзистора. ВКЛЮЧИМ БОЛЬШУЮ НАГРУЗКУ - будем управлять реле БОЛЬШЕ ТАНЦУЮЩИХ СВЕТОДИОДОВ – используя интегральную цепь регистра нажима, мы будем управлять 8 выходами, используя всего три контакта Arduino. ВОЗВРАЩЕНИЕ ФИГУР - мы будем создавать различные фигуры, используя светодиодный модуль 8x8. ДАВАЙТЕ ПОСЧИТАЕМ -когда нужно вывести числа. ЗДРАВСТВУЙ МИР – мы подключим ЖК-дисплей к вашему Arduino и отобразим на нем все данные. ИГРАЕМ – игра на реакцию, в которой мы объединяем все в одно целое. Технические характеристики: В комплект входит микроконтроллер Arduino, макетная плата, соединительные кабели, USB-кабель для подключения микроконтроллера, кабель для подключения блока питания и более 70 электронных компонентов и устройств. Состав набора: резистор 10x 220R; резистор 10x 1K; резистор 10x 10K; 1x потенциометр 10k; 2x потенциометр 50k; 5 красных светодиодов; 5 желтых светодиодов; 5 зеленых светодиодов; 5 синих светодиодов; 1х RGB-диод; 2х диода 1N4004; 1 транзистор типа TIP120 NPN; 1x сенсор температуры LM35; 3x фоторезистор; 4 кнопки; 1x мини-серводвигатель; 1x звуковой сигнализатор; 1 электродвигатель постоянного тока; 1x реле DPDT 5В-12A / 125VAC; 1x цепь регистра шифра 74HC59; 2x 1-разрядный 7-сегментный модуль; 1 матричный модуль MAX7219 8x8; 1x 16x2 LCD экран; 1x Goldpin 1x40pin 2,54 мм; 1x микроконтроллер Arduino; 1x макетная плата Макси (750 гл.); 1x Кабели для макетной платы (70 шт.); 1x USB-кабель 1,8 м; 1x коробка; 1x специальная книга набора.