Kako deluje Arduino?

Uvod

Arduino je odprtokodni računalniški “stroj”, ki ga je leta 2005 ustvaril Massimo Banzi in skupina razvijalcev v italijanskem mestu Ivrea. Lahko bi ga poimenovali tudi krmilnik. Ker je majhen mu radi rečemo tudi mikrokrmilnik. Uporablja se tudi izraz razvojna plošča, platforma.

Ne moremo ga imenovati mikroprocesor, ker je mikroprocesor le del celotnega elektronskega vezja (ploščice), ki ji rečemo Arduino. S svojo enostavnostjo in prilagodljivostjo se je hitro uveljavil kot ena izmed najbolj priljubljenih platform za ustvarjanje prototipov in izdelavo različnih naprav.

Ali lahko Arduino deluje brez računalnika?

Da. Arduino lahko deluje brez računalnika, saj ima vgrajen mikrokrmilnik na katerega naložimo program, ki se potem neprekinjeno izvaja. Za programiranje pa se običajno uporablja računalnik, ki ga povežemo preko USB priključka.

Kdo uporablja Arduino?

Arduino je priljubljen med številnimi skupinami ljudi, vključno s šolarji (osnovnošolci, srednješolci, študenti), inženirji, umetniki in ljubitelji DIY projektov. Njegova prilagodljivost omogoča, da ga uporabljajo tako začetniki kot tudi izkušeni programerji. Uporabljajo ga tudi nekatera resna podjetja za hitro dizajniranje novih rešitev. Ko ugotovijo, da bo šel izdelek v izdelavo, se nahknadno naredi pravo specifično elektronsko vezje.

Komponente na večini Arduinov krmilnikih:

Večina Arduinov ima skupne sestavne dele, čeprav so nekatere plošče lahko nekoliko drugačne od spodaj opisane:

– Napajanje (USB / Barrel Jack)

Vsaka Arduino plošča potrebuje napajanje. Arduino UNO lahko napajate prek kabla USB, ki prihaja iz vašega računalnika, ali prek napajalnika za stensko vtičnico (kot je ta), ki se konča s priključkom za Barrel Jack.

• USB priključek: označen z (1)
• Priključek za Barrel Jack: označen z (2)

USB povezava je hkrati tudi način, kako boste naložili kodo na vašo Arduino ploščo. Več o programiranju s Arduino lahko najdete v našem vodiču za namestitev in programiranje Arduina.

OPOMBA: Ne uporabljajte napajalnika z napetostjo večjo od 20 voltov, saj boste s tem preobremenili (in s tem uničili) svoj Arduino. Priporočena napetost za večino modelov Arduino je med 6 in 12 volti.

– I/O Pini (5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF)

Pini na vašem Arduinu so mesta, kjer priključite žice za sestavljanje vezja. Običajno imajo črne plastične ‘glave’, ki vam omogočajo, da žico neposredno vstavite v ploščo. Arduino ima več različnih vrst pinov, vsaka je na plošči označena in uporabljena za različne funkcije.

• GND (3): Kratica za ‘Ground’. Na Arduinu je več GND pinov, katerikoli od njih lahko uporabite za zemljenje vašega vezja.
• 5V (4) in 3.3V (5): Kot lahko sklepate, 5V pin zagotavlja 5 voltov moči, 3.3V pin pa zagotavlja 3.3 voltno moč. Večina preprostih komponent, ki se uporabljajo z Arduinom, deluje srečno pri 5 ali 3,3 volti.
• Analog (6): Področje pinov pod oznako ‘Analog In’ (A0 do A5 na UNO) so Analog In pini. Ti pinovi lahko preberejo signal iz analognega senzorja (kot je senzor temperature) in ga pretvorijo v digitalno vrednost.
• Digital (7): Nasproti analog pinov so digital pinov (0 do 13 na UNO). Ti pinovi se lahko uporabljajo za digitalni vhod (na primer, če je gumb pritisnjen) in digitalni izhod (na primer, če napajajo LED).
• PWM (8): Opazili boste, da nekateri digitalni pinovi (3, 5, 6, 9, 10 in 11 na UNO) imajo tilde (~) simbol ob sebi. Ti pinovi delujejo kot običajni digitalni pinovi, vendar jih lahko uporabite tudi za nekaj, kar se imenuje Pulse-Width Modulation (PWM). To je način, kako lahko simulirate analogno izhodno napetost (kot na primer zatemnjevanje LED).
• AREF (9): Stoji za Analog Reference. Večino časa lahko pustite ta pin nepovezan. Včasih pa se uporablja za nastavitev zunanje referenčne napetosti (med 0 in 5 volti) kot zgornjo mejo za analogni vhodne pine.
• Reset gumb: Kot originalni Nintendo ima tudi Arduino reset gumb (10). Ko ga pritisnete, se resetira koda, ki je naložena na Arduino. To je lahko zelo koristno, če se koda ne ponavlja, ampak jo želite testirati večkrat.
• Power LED indikator: Pod besedo “UNO” na vaši plošči se nahaja majhna LED lučka, ki označuje, da je vaš Arduino priključen na napajanje. Če ta lučka ne zasveti, je nekaj verjetno narobe.
• TX RX LED: TX označuje prenos, RX pa sprejem. Ti označevalci se pojavljajo precej pogosto v elektroniki in označujejo pine, odgovorne za serijsko komunikacijo. V našem primeru se TX in RX pojavita na dveh mestih na Arduino UNO – enkrat ob digitalnih pinih 0 in 1 ter drugič ob indikatorju LED diod TX in RX (12). Te lučke nam bodo dale nekaj lepih vizualnih indikacij, kadar naš Arduino sprejema ali pošilja podatke (na primer, ko naložimo novo programsko opremo na ploščo).

– Glavni integrirani vezje

Največji čip s kovinskimi nogicami je integrirano vezje (13). Načeloma so to “možgani” našega Arduina. Glavno IC na Arduino je nekoliko drugačen glede na vrsto plošče, vendar je običajno iz linije IC-jev ATmega podjetja ATMEL. To je lahko pomembno, saj boste morda morali poznati tip IC-ja (skupaj z vrsto plošče), preden naložite novo programsko opremo iz programske opreme Arduino. Te informacije lahko obično najdete v pisni obliki na vrhu IC-ja. Če želite izvedeti več o različnih tipih IC-jev, je branje tehničnih dokumentov pogosto dobra ideja.

– Napetostni regulator

Napetostni regulator (14) ni nekaj, s čimer bi se (ali bi ga morali) ukvarjati na Arduinu. Vendar pa je potencialno koristno vedeti, da obstaja in kaj je namenjen. Napetostni regulator deluje natanko tako, kot pravi njegovo ime – nadzira količino napetosti, ki jo spusti v Arduino ploščo. Lahko si predstavljate, da je vrsta “čuvaj vrat”, ki bo odbila odvečno napetost, ki bi lahko poškodovala vezje. Seveda pa ima svoje meje, zato ne priključite Arduina na karkoli več kot 20 voltov.

Kako deluje Arduino?

Zakaj ima Arduino UNO na isti plošči dva mikrokrmilnika?

Marsikdo na začetku to dejstvo čisto spregleda. Arduino UNO ima na isti plošči dva mikrokrmilnika, saj to omogoča večjo prilagodljivost in funkcionalnost. En mikrokrmilnik (ATmega328P) se uporablja za programiranje in nadzor, drugi mikrokrmilnik (ATmega16U2) pa za upravljanje USB povezave z računalnikom.

Kaj je ICSP?

ICSP (In-Circuit Serial Programming) priključek na Arduino UNO je šest-pinski priključek, ki se uporablja za programiranje in odpravljanje napak mikrokrmilnika na plošči z uporabo programatorja, kot je AVRISP mkII ali USBtinyISP. To je alternativni način za programiranje mikrokrmilnika namesto uporabe USB priključka, ki je namenjen predvsem za nalaganje programov na Arduino ploščo.

ICSP priključek vključuje pine za SPI komunikacijo (MOSI, MISO in SCK), Reset, VCC in GND. Ti pini so povezani z ustrezno pini na mikrokrmilniku, kar omogoča programatorju, da komunicira z mikrokrmilnikom in naloži nove programe nanj.

ICSP priključek se nahaja poleg digitalnih pinov na plošči Arduino UNO in se lahko uporablja za napredne naloge programiranja in odpravljanja napak, ki zahtevajo neposreden dostop do mikrokrmilnika. Vendar pa je za večino osnovnih projektov Arduino USB priključek zadosten za programiranje in nalaganje programov na ploščo.

Kaj je ICSP konektor?

Kakšna je razlika med THT in SMD?

THT (Through-Hole Technology) in SMD (Surface Mount Device) sta dve različni tehnologiji, ki se uporabljata pri izdelavi elektronskih vezij. THT tehnologija uporablja komponente, ki imajo kovinske nogice, ki se skozi luknje v tiskanem vezju spajkajo na drugo stran, SMD tehnologija pa uporablja komponente, ki se namestijo neposredno na tiskano vezje.

Glede na velikost komponent je SMD tehnologija manjša in zato primernejša za izdelavo manjših in bolj kompaktnih vezij. THT tehnologija pa je bolj primerna za večje komponente in za vezja, ki zahtevajo višjo trdnost spajkanih stikov.

Zaključek

THT in SMD tehnologiji imata vsaka svoje prednosti in slabosti ter se uporabljata v različnih scenarijih. Arduino UNO R3 je priljubljena plošča, ki jo uporabljajo številni razvijalci pri izdelavi elektronskih projektov. CH340 je zanesljiv USB-serialni pretvornik, ki omogoča, da se Arduino UNO R3 lahko poveže z računalnikom prek USB priključka. V kombinaciji z drugimi komponentami in senzorji lahko Arduino UNO R3 in CH340 omogočita številne zanimive in uporabne rešitve, ki nas ne bodo stale celo premoženje. Ne smemo pozabiti na zelo koristno uporabo v šolskem sistemu, kjer se učenci prvič srečajo s programiranjem in jim za to ni potrebno znati narediti elektronske ploščite. 

Ključne besede: Arduino IDE, Arduino UNO, Arduino projekti, Arduino download, Arduino Mega, Arduino kit, Arduino vs Raspberry Pi, Arduino board, Arduino koda, Arduino UNO R3, Arduino programska oprema, THT, SMD, CH340.