Казалось бы, угодить гику просто – купил фигурку Дарта Вейдера или магнитик с Бэтменом – и дело в шляпе. Однако на практике выходит как с шахматистами, которым только и дарят шахматные доски. Зачем? Так и с гиками – удивить и действительно захватить воображение настоящего гика сложно. Подарок должен быть необычным, интригующим, способным подарить новые ощущения. Как насчет программируемого микроконтроллера?
“Чего-чего?” – спросят одни. “Гики – не обязательно программисты”, – ответят другие. Верно, но многие гики так или иначе разбираются в технике: кто-то паял переходники для подключения джойстиков от PlayStation к ПК, некоторые увлекались физикой и информатикой в школе, а кто-то просто разбирается в компьютерах. Что важнее, хобби многих гиков требуют усидчивости и сосредоточенности – отличные качества для нашего сегодняшнего эксперимента.
Полный набор конструктора “Матрешка Z”
О мистических микроконтроллерах слышали многие, но понимают их сущность единицы. По сути, это – миниатюрные компьютеры, способные выполнять простейшие действия. Нужны они для управления различными агрегатами: от гирлянды на елку до какой-нибудь турбины на электростанции – спектр применения широк. Микроконтроллеры отличаются крайне низким энергопотреблением и возможностью выполнять одни и те же операции постоянно на очень низком уровне – в них нет ни операционной системы вроде Windows, ни драйверов. Все предельно упрощено. Пожалуй, самыми известными представителями этих устройств для любителей и энтузиастов сегодня являются платы Arduino, состоящие из микроконтроллера фирмы Atmel и соответствующей “обвязки” – удобно выведенного питания, разъемов, защиты от замыкания и т.п. Уже хорошо, но как познакомить нового в этой области человека с основами и интересными возможностями подобных устройств без прочтения зубодробительного 450-страничного руководства?
Проблему пытается решить российская фирма «Амперка», предлагающая новичкам готовые наборы-конструкторы не только с платой Arduino, но и со всеми необходимыми для первого знакомства компонентами. А главное – с написанными простым понятным языком инструкциями по основам электротехники, различным электродеталям и схемам. К нам на обзор попала старшая версия конструктора “Матрешка Z” с платой Arduino Uno и ворохом электроники, рассчитанной на 20 предложенных авторами экспериментов.
В картонной коробке с изображением матрешки находятся 2 коробочки поменьше, наполненные аккуратно рассортированными компонентами, беспаечная макетная плата, Arduino, наклеечки и набор проводов для прототипирования. Полный список содержимого коробки можно прочитать на официальной страничке конструктора. Главный компонент – плата Arduino. Она оригинальная, произведенная в Италии. Отсюда и стоимость комплекта: одна только плата имеет ценник более 20 евро (без стоимости доставки).
После того, как конструктор распечатан, а содержимое пакетиков тщательно покручено в руках, приходит время начать экспериментировать. Сначала следует ознакомиться с теорией, чему посвящена первая половина “Конспекта хакера”, местного руководства по изучению платформы. Здесь рассказывается подробно и доходчиво обо всех азах электротехники: напряжении, силе тока, мощности, сопротивлении, ШИМ, принципах работы транзисторов, светодиодов, сервоприводов, конденсаторов и т.д. Особое внимание уделено тому, чтобы читатель не засыпал от обилия формул.
Вот так выглядит сама плата
Эксперименты описаны в порядке усложнения. Так, в начале нам предлагают попробовать простейшую программу – наш микроконтроллер должен зажечь 1 светодиод. В последующих экспериментах сцена усложняется, добавляются переменные сопротивления, кнопки, транзисторы и целые диодные сборки, а чуть дальше к ним добавляются двигатели и микросхемы. Апогей опытной работы – подключение LCD-дисплея с выводом информации, например, для создания тестера батареек своими руками. Для удобства конспект продублирован на официальном сайте «Амперки», где информации даже больше, а исходные коды программ можно скачать.
Каждый эксперимент проходит в 2 этапа. Сначала нужно изучить схему и собрать ее на макетной плате. Благо беспаечная макетка позволяет легко вставлять электронные компоненты и кабеля в разъемы и исправлять свои ошибки без необходимости разогревать паяльник. Второй шаг – написать программу, в которой определить, какие выводы микроконтроллера какую функцию будут выполнять.
Практическое применение
Как я уже говорил ранее, Arduino – это мини-компьютер. Однако для серьезных вычислений он не подойдет. У используемого в Uno микроконтроллера Atmel ATmega328P всего 2 КБ оперативной памяти и тактовая частота 16 МГц. Зато – крайне низкое энергопотребление. Питание, кстати, подается через USB или специальный вход: от батареек либо блока питания. В общем, биткоины майнить не получится.
Зато Arduino прекрасно справляется с задачами, на которые он рассчитан. Микроконтроллер, принимая и выдавая электрический сигнал, способен снимать показания датчиков: температуры, давления, движения, положения в пространстве, а так же управлять различной периферией – светодиодами, двигателями, сервоприводами, реле и т.п. Поэтому платы Arduino сегодня крайне популярны как для прототипирования различных конструкций, так и для готовых решений. Основная область их применения – сбор информации и управление более мощными установками. Наиболее часто встречающиеся применения среди энтузиастов – контроль и управление отоплением в доме, создание радиоуправляемых автоматизированных ворот для гаража, автоматическое отключение электропитания в доме, а так же множество проектов, связанных с робототехникой и системами “умный дом”.
Пройдя базовый курс обучения от «Амперки», начинаешь разбираться в простых электрических схемах и понимать, как электроника функционирует на низком уровне. Значение конденсаторов, транзисторов, диодов обретает смысл.
-
- На Arduino можно собрать робота
-
- Или перчатку дополненной реальности
-
- Есть даже специальные платы для джойстиков и портативных консолей
Дальнейшее изучение
Впечатлившись простыми опытами из стартового набора, можно с головой окунуться в этот захватывающий мир. Например, я ринулся изучать вопрос дальше и глубже, смотреть, какие проекты реализуют другие энтузиасты, какие бывают датчики и что я могу собрать своими руками. Я купил самый простой датчик HC-SR04 (ультразвуковой дальномер) в ближайшем магазине радиодеталей, немного поизучал примеры и вскоре получил работающий измеритель расстояний.
Теперь, если я решу сделать робота на Arduino, он точно не врежется в стену.
На сайте самой «Амперки» имеется большое число полезных материалов по теме и для дальнейшего развития:
Помимо этого, в интернете можно найти огромное число проектов со схемами и исходными кодами как на русском, так и на английском языке.
-
- Относительно простой эксперимент
-
- Гораздо более сложный эксперимент
Заключение
Как бы странно это ни звучало в начале статьи, теперь можно с легкостью признать: такой конструктор на базе платы Arduino – отличный подарок для гика. Вдвойне, если этот гик увлекается или хотя бы знаком с программированием. После современных языков, оперирующих на высоком уровне абстракции, покопаться со светодиодами, высчитывая сопротивление для цепи, оказывается бесценным опытом. Наши отцы увлекались радиотехникой и собирали радиоконструкторы, а в наших руках – гораздо более мощные и гибкие технологии, которые позволяют самому создать что-то полезное и нужное, получив при этом массу удовольствия.
Редакция благодарит компанию «Амперка» за предоставленный на обзор конструктор “Матрешка Z”.
