Arduino: с чего начать

Как начать работу с Arduino Uno: полное руководство для начинающих

Название Arduino является в настоящее время этаким «модным» словом для большинства радиолюбителей и всех, кто мало-мальски знаком с электроникой, поскольку данная платформа позволяет создавать электронные устройства быстро и дешево. Наличие обширного онлайн сообщества данной платформы делает ее идеальным выбором для тех, кто только начал свое знакомство с электроникой и программированием. Даже людям, не имеющим технического образования (а именно для таких она и была первоначально создана), освоить Arduino будет достаточно просто.

Почему так актуальна эта платформа? Как начать работу с ней? Как она может улучшить ваш стиль жизни? Все эти вопросы будут рассмотрены в данной статье. Для этого мы познакомимся с установкой среды Arduino IDE на ваш компьютер и загрузим в нее небольшую программу, реализующую мигание светодиода, который мы подключим к Arduino с использованием макетной платы.

Что такое Arduino IDE?

Arduino IDE — это приложение, которое позволяет составлять программы в удобном текстовом редакторе, компилировать их в машинный код, и загружать на все версии Arduino. Приложение является полностью бесплатным, а скачать его можно на официальном сайте сообщества Arduino:

Arduino IDE можно установить на любую операционную систему: Windows, Linux, Mac OS X. Для скачивания нужной версии необходимо выбрать её в правой колонке, и на следующей форме нажать кнопку «JUST DOWNLOAD».

Новые возможности редактора кода

Отличный поиск по странице вместе с выделением одинаковых фрагментов текста:

Достаточно навести указатель мыши на что-нибудь и быстренько высветится искомое значение:

Также хорошо работает нахождение первичного определения ( Ctrl + ЛКМ), что невероятно важно для понимания происходящего ( чтобы работало нужно выбрать плату! ):

Подсказки при наборе также очень важны и нужны (если не высвечивает нажать Ctrl + Пробел, а для ввода найденного нажать Enter):

Как установить Arduino IDE на Windows?

Программное обеспечение Arduino IDE доступно для всех операционных систем, таких как MAC OS, Windows, Linux. Кроме того, он также может работать на платформе Java. Ниже рассмотрим последовательные действия для загрузки и установки Arduino IDE на компьютер под управлением Windows.

Загрузка Arduino IDE.

Arduino IDE можно скачать с официально сайта Arduino. Загружаем правильную и последнюю версию программного обеспечения Ардуино IDE в соответствии с ОС вашего ПК. В нашем случае мы скачиваем Arduino IDE для Windows. К сожалению, сайт не русифицирован, и надписи «Скачать ардуино ide» вы не увидите, поэтому для незнающих английского языка, ниже привожу скриншоты страниц сайта с описанием необходимых действий.

При переходе по ссылке выше открывается сайт как на скриншоте ниже.

Страница оф. сайта Ардуино

Спускаемся ниже и находим раздел «Download the Arduino IDE». В этом же разделе видим последнюю версию, на момент написания статьи это версия Arduino IDE 1.8.12. Кликаем по надписи «Windows Installer, for Windows XP and up».

Страница оф. сайта Ардуино

Дальше попадаем на страничку как в скриншоте ниже, и жмем кнопку «JUST DOWNLOAD».

Страница ссылки для скачивания IDE

Дожидаемся окончания скачивания и приступаем к установке программного обеспечения.

Установка Arduino IDE.

После загрузки программного обеспечения IDE, запустите скаченный файл. Далее жмем кнопку «I Agree».

Первое окно установки Ардуино IDE

Затем в следующем окне убеждаемся, что все галочки установлены. Галочки должны стоять по умолчанию, если их нет, установите и жмите кнопку «Next».

Второе окно установки Ардуино IDE

В следующем окошке видим адрес установки программы. Оставляем как есть и кликаем на «Instal».

Третье окно установки Ардуино IDE

В процессе установки, возможно будут запросы от Windows такие как на скриншотах ниже. Необходимо поставить галочку «Всегда доверять программному обеспечению «Adafruit Industries»» и нажать «Установить».

Окно запроса Окно запроса

Дожидаемся окончания установки, жмем «Close».

Окно окончания установки Ардуино IDE

Русификация Ардуино IDE.

Если все сделали правильно, на рабочем столе вашего ПК должен появиться ярлык . Кликаем по этому ярлыку и запускаем программу. По умолчанию программа должна запуститься на языке, который по умолчанию установлен на вашем компьютере. В нашем случае на русском. Но если этого не произошло, переходим во вкладку «File», во всплывающем меню находим «Preferences» и кликаем.

Окно русификации Arduino IDE

Далее находим раздел «Editor Language», жмем рядом в окошко, выбираем русский язык, кликаем «OK».

Окно русификации Arduino IDE

Закрываем Ардуино IDE и запускаем снова.

Что такое симулятор Arduino и для чего он нужен?

Симулятор Arduino-это программное обеспечение, которое позволит вам разрабатывать электронные схемы на цифровых платформах, где у вас будет возможность изучить все основные принципы и проектирование этих цепей без воздействия реального оборудования.

Платформа, которая научит новичков в мире электроники начать ремонт устройства, не затрагивая его в реальной жизни.

Это очень полное программное обеспечение, которое в настоящее время имеет большое количество инструментов, доступных для его пользователей, таких как компоненты, соединительные платы, дисплеи, двигатели, и многие другие.

Среди других возможностей, предлагаемых этой программой,-реализация электрических схем , а также возможность изменять цвета кабелей или окончательный дизайн PBC . Таким образом, являясь одним из наиболее полных инструментов сегодняшнего дня и идеальным для тех людей, которые начинают в этой области и еще не готовы выйти в физический мир.

Особенности программирования на платформе Arduino

Программный код для Arduino принято называть скетчами (англ. sketches). У скетчей есть два основных метода: setup() и loop() . Первый метод автоматически вызывается после включения/сброса микроконтроллера. В нём происходит инициализация портов и различных модулей, систем. Метод loop() вызывается в бесконечном цикле на протяжении всей работы микроконтроллера.

Порты — неотъемлемая часть любого микроконтроллера. Через них происходит взаимодействие микроконтроллера с внешними устройствами. С программной стороны порты называются пинами. Любой пин может работать в режиме входа (для дальнейшего считывания напряжения с него) или в режиме выхода (для дальнейшей установки напряжения на нём).

Любой пин работает с двумя логическими состояниями: LOW и HIGH , что эквивалентно логическому нулю и единице соответственно. У некоторых портов есть встроенный АЦП, что позволяет считывать аналоговый сигнал со входа (например, значение переменного резистора). Также некоторые пины могут работать в режиме ШИМ (англ. PWM), что позволяет устанавливать аналоговое напряжение на выходе. Обычно функциональные возможности пина указываются на маркировке самой платы.

FLProg — система визуального программирования для Arduino

Начав статью с обзора существующих средств разработки программ для нашедших широкое применение в профессиональ­ных и любительских разработках микроконтроллерных модулей Arduino, автор подробно рассказывает об одной из них — FLProg, предназначенной для пользователей, специализирующихся в электротехнике и электронике, но не владеющих языками про­граммирования. Все предписанные программе действия изоб­ражают в этой системе наглядными и привычными для таких спе­циалистов условными графическими обозначениями.

Официальную среду разработки про­грамм для модулей Arduino предла­гают пользователям под названием Arduino IDE (рис. 1).

Программирова­ние в ней происходит на языке ProcesSing/Wiring — диалекте языка С (скорее, C++). Среда представляет собой, по сути, обычный текстовый редактор с возможностью трансляции текста про­граммы в машинные коды и их загрузки в микроконтроллер модуля. Альтерна­тива Arduino IDE — предназначенная для микроконтроллеров семейства AVR ин­тегрированная среда AVR Studio (рис. 2). Она служит для разработки и отладки программ на языке ассемблера, но к ней можно подключить и компилятор языка С. В 2006 г. она сменила название на Atmel Studio.

С появлением визуальных языков программирования на них охотно пере­ключились не только радиолюбители, но и многие профессионалы. Сущест­вующие средства разработки этого типа условно можно разделить на три вида:

1. Средства расширенного Формати­рования обычного исходного текста раз­рабатываемой программы. Её по-преж­нему пишут на языке С, но в более на­глядном формате. Сейчас таких средств очень много. Самые яркие примеры: Scratch, S4A, Ardublock. Они хороши для начального обучения программирова­нию на языке С, поскольку отлично по­казывают структуру и синтаксис этого языка. Но большие серьезные програм­мы получаются громоздкими. На рис. 3. показан пример программы на языке Scratch.

Рассматриваемая далее программа FLProg основана на языках программи­рования FBD и LAD.

FBD (Function Block Diagram) — гра­фический язык программирования стандарта МЭК 61131-3. Программа представляет собой список цепей, за­полняемый последовательно сверху вниз. Цепи образуют из библиотечных блоков. Блок (элемент) — это подпро­грамма, функция или функциональный блок (И, ИЛИ, НЕ, триггер, таймер, счёт­чик, блок обработки аналогового сигна­ла, математическая операция и т. д).

Каждую цепь составляют из отдель­ных блоков, подключая на экране ком­пьютера к выходу каждого блока вход следующего. Внутри цепи программа выполняет блоки строго в порядке их соединения. Результат, полученный на выходе последнего блока цепи, про­грамма записывает во внутреннюю пе­ременную или подаёт на выход контрол­лера. Пример визуального представле­ния программы на языке FBD показан на рис. 7.

LAD (Ladder Diagram) — язык релей­ной (лестничной) логики, известный также под названиями LD и РКС.

Синтаксис этого языка удобен для опи­сания логических узлов, выполненных на релейной технике. Язык ориентиро­ван на специалистов по автоматике, ра­ботающих на промышленных предприя­тиях. Он обеспечивает наглядное ото­бражение логики работы контроллера, облегчающее не только собственно про­граммирование и ввод системы в эксплуатацию, но и быстрый поиск неполадок в подключаемом к конт­роллеру оборудовании. Программа на языке ре­лейной логики имеет на­глядный и интуитивно по­нятный инженеру-электрику вид, представляя логические операции в виде электрических цепей с замкнутыми и разомкнутыми контактами. Протекание или отсутствие тока в такой цепи соответствует результату логи­ческой операции (ток течёт — истина, ток не течёт — ложь). Пример схемы на языке LAD представлен на рис. 8.

Основные элементы языка LAD — контакты, которые можно уподобить контактным парам реле или кнопок. Контактная пара отождествляется с логиче­ской переменной, а состояние этой пары — со значением пе­ременной. Различают нормаль­но замкнутые и нормально ра­зомкнутые контактные элемен­ты. Их можно сопоставить с нормально замкнутыми и нор­мально разомкнутыми кнопка­ми в электрических цепях.

Такой подход оказался очень удобным для лёгко­го вхождения инженеров-электриков в разработку систем автомати­ки. Разрабатывая проекты установок, они могут легко привязать их функ­ционирование к ал­горитмам работы контроллера. При обслуживании уста­новок на объекте очень важно, чтобы обслуживающий персонал мог легко проверить работу системы, найти и устранить проблему, не вызывая при этом по каждому пустяку программиста из «центра». Сегодня с помощью подобных средств разработки создают почти все системы промышленной автоматики.

Построенная на этих представлениях система разработки программ FLProg работает с микроконтроллерными модулями Arduino. Эти модули очень удобны для быстрой разработки и от­ладки устройств, что важно не только радиолюбителям, но и весьма полезно, например, в школьных кружках и в учеб­ных лабораториях. Одно из преиму­ществ — не требуется программатор. Достаточно подключить модуль Arduino к компьютеру и загрузить подготовлен­ную программу непосредственно из среды разработки.

В настоящее время существует бога­тый выбор как различных вариантов микроконтроллерных модулей Arduino (рис. 9), так и дополняющих их моду­лей, например, датчиков и исполнитель­ных устройств. Кроме того, в Интернете (например, на сайте https://robocraft.ru/) можно найти огромное число готовых проектов на основе этих модулей и адаптировать их под свои нужды.

В настоящее время система FLProg работает со следующими версиями мо­дулей: Arduino Diecimila, Arduino Duemila-nove, Arduino Leonardo, Arduino Lilypad, Arduino Mega 2560, Arduino Micro, Arduino Mini, Arduino Nano (ATmega168), Arduino Nano (ATmega328), Arduino Pro Mini, Arduino Pro (ATmega168), Arduino Pro (ATmega328), Arduino UNO. Недавно в списке появилась и плата Intel Galileo gen2. В дальнейшем предполагается пополнение и этого списка, возможно, и добавление модулей, основанных на микроконтроллерах STM.

Для создания FLProg был использован опыт программистов фирм Siemens, ABB, Schneider Electric и наработки в их средах программирования. При этом был не­сколько расширен классический функ­ционал языков для работы с промыш­ленными контроллерами путём добавле­ния функциональных блоков, отвечающих за работу с внешними устройствами. Программа работает на компьютерах под управлением ОС Windows и Linux.

Пользовательский интерфейс FLProg устроен так, что проект представляет собой набор виртуальных плат, на каж­дой из которых собран законченный модуль разрабатываемой системы. Каждая плата имеет наименование и снабжена комментариями. Для эконо­мии места в рабочей зоне её можно свернуть, если работа над ней законче­на, а при необходимости вновь развер­нуть и внести коррективы.

Красный индикатор у наименования платы на рис. 10 указывает на то, что в её схеме обнаружены ошибки. После ис­правления ошибок индикатор станет зелёным. Стрелка рядом с комментарием предназначена для свёртки изображения.

Правое окно рабочей области (рис. 11) отведено для библиотеки элементов. Добавить компонент в проект можно простым перетаскиванием, а двойной щелчок покажет информацию об эле­менте программы. Перечень блоков, предусмотренных в программе, их опи­сание и помощь по работе с програм­мой можно найти на интернет-странице [1]. На интернет-странице [2] имеется перечень периферийного оборудова­ния, поддерживаемого программой. Эти списки постоянно пополняются.

По мере развития программы плани­руется организация обмена информа­цией по Bluetooth, радиоканалу и интерфейсу RS-485, работа с трехосе­вым гироскопом, люксметром и други­ми датчиками. В дальнейших планах есть разработка SCADA-системы для доступа к системам, разработанным с помощью среды FLProg, с персональ­ного компьютера или мобильного уст­ройства.

Разработанную «принципиальную схему» FLProg переводит на язык Processing/Wiring. По завершении компи­ляции автоматически открывается про­грамма Arduino IDE с загруженным скет­чем проекта. В Arduino IDE необходимо указать COM-порт компьютера, к кото­рому подключён микроконтроллерный модуль, выбрать тип модуля и загрузить программу в его микроконтроллер.

Среду программирования FLProg можно адаптировать к программируе­мым логическим контроллерам, отли­чающимся от модулей Arduino, что поз­волит применять для работы с ними российское программное обеспечение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Создание Help-а для программы FLProg. — URL https://flprogwiki.ru/wiki/index.php?title=%D0%A1%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5Help-%DO%BO%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%8F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D1%8BFLProg (23.06 15).
2. Применяемое в проекте оборудование. — URL https://flprog.ru/FLProg/pid218088913/vdi194000369 (23.06 15).

Автор: С. ГЛУШЕНКО, г. Москва

Что такое Arduino IDE?

Arduino IDE — программный продукт компании Arduino, занимающейся разработкой и производством одноименных плат разнообразных моделей. Все выпускающиеся компанией платы в основном служат для обучения программированию микроконтроллеров, но могут использоваться и для создания всевозможных электронных приборов. Чтобы плата могла выполнять те или иные функции, она должна быть сначала запрограммирована. Именно для этого и предназначена программа Arduino IDE.

Работа с Arduino IDE практически ничем не отличается от работы в любой другой среде разработки программного обеспечения за исключением того, что создаваемые программы выполняются не на компьютере, а на специальной плате:

• Создаваемый пользователем код программы компилируется в двоичный файл-прошивку (скетч).
• Путем вызова соответствующей функции компилятора прошивка переносится (записывается) на плату, подключенную к компьютеру через USB-интерфейс (или другой — зависит от платы).
• Загруженная на плату микропрограмма сразу же начинает работать — процесс программирования на этом заканчивается.

Программа Arduino IDE самостоятельно инсталлирует на компьютер все необходимые драйверы, определяет модель подключенной к компьютеру платы, устанавливает с ней соединение для передачи/чтения информации, т.е. пользователю ничего не нужно настраивать для начала программирования и последующего переноса микропрограммы.

Основные проблемы в Windows 10

• Arduino IDE (Windows 10) вылетает или перестает работать при запуске программы

Бывает ситуация, когда Arduino IDE (версия 1.8.12) вылетает при запуске. При запуске arduino_debug.exe получаем это сообщение об ошибке.

C:Program Files (x86)Arduino>arduino_debug.exe Set log4j store directory C:UsersvolkeAppDataLocalArduino15 Loading configuration… Initializing packages… java.lang.NullPointerException at cc.arduino.contributions.packages.ContributionsIndexer.parseIndex(ContributionsIndexer.java:134) at processing.app.BaseNoGui.initPackages(BaseNoGui.java:483) at processing.app.Base.(Base.java:273) at processing.app.Base.main(Base.java:150) C:Program Files (x86)Arduino>

Удаление файлов конфигурации package_index.json и package_esp32_index.json ничего не дает.

Из вариантов решения можно попробовать следующее.

После установки бета-версии (arduino beta1.9-BUILD-119) у многих не возникает никаких проблем.

Также многим помогает Сборка Nightly (ссылка).

Таким образом мы приходим к выводу, что в случае вылета программы в Windows 10 помогает использование последней бета-версии Arduino IDE. Даже для плат ESP8266 она работает нормально.

Еще одной причиной проблемы может быть блокировка со стороны антивируса. Это тоже хорошо бы проверить.