Ардуино идеально подходит для управления любыми устройствами. Микропроцессор ATmega с помощью программы-скетча манипулирует большим количеством дискретных выводов, аналогово-цифровых входов/выводов и ШИМ-контроллерами.
Благодаря гибкости кода микроконтроллер ATmega широко используется в модулях различной автоматики, в том числе на его основе возможно создать контроллер управления светодиодным освещением.
Плата Ардуино имеет два типа портов вывода: цифровой и аналоговый (ШИМ-контроллер). У цифрового порта возможно два состояния – логический ноль и логическая единица. Если подключить к нему светодиод он либо будет светиться, либо не будет.
Аналоговый выход представляет собой ШИМ-контроллер, на который подаётся сигнал частотой около 500Гц с регулируемой скважностью. Что такое ШИМ-контроллер и принцип его работы можно найти в интернете. Через аналоговый порт возможно не только включать и выключать нагрузку, а и изменять напряжение (ток) на ней.
Цифровой вывод:
pinMode(12, OUTPUT);
— задаём порт 12 портом вывода данных;
digitalWrite(12, HIGH);
— подаём на дискретный выход 12 логическую единицу, зажигая светодиод.
Аналоговый вывод:
analogOutPin = 3;
– задаём порт 3 для вывода аналогового значения;
analogWrite(3, значение);
– формируем на выходе сигнал с напряжением от 0 до 5В. Значение – скважность сигнала от 0 до 255. При значении 255 максимальное напряжение.
Напрямую через порт можно подключить лишь слабый светодиод, да и то лучше через ограничительный резистор. Попытка подключить более мощную нагрузку выведет его из строя.
Для более мощных нагрузок, в том числе светодиодных лент, используют электронный ключ – транзистор.
| Способы подключения нагрузки | ||
|---|---|---|
| Через биполярный транзистор | Через полевой транзистор | Через коммутатор напряжения |
 |  |  |
При подаче высокого логического уровня (digitalWrite(12, HIGH);) через порт вывода на базу транзистора через цепочку коллектор-эмиттер потечет опорное напряжение на нагрузку. Таким образом можно включать и отключать светодиод.
Аналогичным образом работает и полевой транзистор, но поскольку у него вместо «базы» сток, который управляется не током, а напряжением, ограничительный резистор в этой схеме необязателен.
Биполярный вид не позволяет регулировать мощные нагрузки. Ток через него ограничен на уровне 0,1-0,3А.
Полевые транзисторы работают с более мощными нагрузками с током до 2А. Для ещё более мощной нагрузки используют полевые транзисторы Mosfet с током до 9А и напряжением до 60В.
Вместо полевых можно использовать сборку Дарлингтона из биполярных транзисторов на микросхемах ULN2003, ULN2803.
Микросхема ULN2003 и принципиальная схема электронного коммутатора напряжения:
Транзистор работает как водопроводный кран, только для электронов. Чем выше напряжение, подаваемое на базу биполярного транзистора либо сток полевого, тем меньше сопротивление в цепочке эмиттер-коллектор, тем выше ток, проходящий через нагрузку.
Подключив транзистор к аналоговому порту Ардуино, присваиваем ему значение от 0 до 255, изменяем напряжение, подаваемое на коллектор либо сток от 0 до 5В. Через цепочку коллектор-эмиттер будет проходить от 0 до 100% опорного напряжения нагрузки.
Для управления светодиодной лентой arduino необходимо подобрать транзистор подходящей мощности. Рабочий ток для питания метра светодиодов 300-500мА, для этих целей подойдет силовой биполярный транзистор. Для большей длины потребуется полевой транзистор.
Схема подключения LED ленты к ардуино:
Кроме однокристальных светодиодов, Ардуино может работать и с цветными LED. Подключив выводы каждого цвета к аналоговым выходам Ардуино можно произвольно изменять яркость каждого кристалла, добиваясь необходимого цвета свечения.
Схема подключения к Arduino RGB светодиода:
Аналогично построено и управление RGB лентой Arduino:
Аrduino RGB контроллер лучше собирать на полевых транзисторах.
Для плавного управления яркостью можно использовать две кнопки. Одна будет увеличивать яркость свечения, другая уменьшать.
int led = 120; устанавливаем средний уровень яркости
void setup() {
pinMode(4, OUTPUT);
устанавливаем 4й аналоговый порт на вывод
pinMode(2, INPUT);
pinMode(4, INPUT);
устанавливаем 2й и 4й цифровой порт на ввод для опроса кнопок
}
void loop(){
button1 = digitalRead(2);
button2 = digitalRead(4);
if (button1 == HIGH)
нажатие на первую кнопку увеличит яркость
{
led = led + 5;
analogWrite(4, led);
}
if (button2 == HIGH)
нажатие на вторую кнопку уменьшит яркость
{
led = led — 5;
analogWrite(4, led);
}
При удержании первой или второй кнопки плавно изменяется напряжение, подаваемое на управляющий контакт электронного ключа. Тогда и произойдет плавное изменение яркости.
Для создания полноценного драйвера управления светодиодной лентой можно использовать модули-датчики.
ИК-управление
Модуль позволяет запрограммировать до 20 команд.
Радиус сигнала около 8м.
Цена комплекта 6 у.е.
По радиоканалу
Четырёхканальный блок с радиусом действия до 100м
Цена комплекта 8 у.е.
Позволяет включать освещение еще при приближении к квартире.
Бесконтактное
Датчик расстояния способен по движению руки увеличивать и уменьшать яркость освещения.
Радиус действия до 5м.
Цена модуля 0,3 у.е.
Когда-нибудь задумывались о том, чтобы управлять любыми электронными устройствами с помощью смартфона? Согласитесь, управлять роботом или любыми другими устройствами с вашего смартфона было бы очень круто. Предлагаем простой урок для начинающих и чайников о том как с помощью Arduino через Bluetooth управлять смартфоном. Если вам после этого урока захочется познакомиться с Arduino поближе - вы можете найти книги о нём .
Устройства
Модуль - Bluetooth Module HC 05/06
Плата - Arduino
Светодиод (LED)
Резистор - 220Ω
Android-устройство
Программное обеспечение
Arduino IDE
Android Studio (на самом деле не нужно, т.к. приложение для Андроида вы найдете ниже)
Обычно мы делаем этот шаг в конце, но, чтобы вы понимали к чему мы должны прийти - посмотрите на результат на этом промежуточном шаге. Также ниже мы опубликовали видео урока по шагам.
Цепь в нашем уроке настолько проста и мала, что нам нужно сделать всего несколько соединений:
Arduino Pins___________Bluetooth Module Pins
RX (Pin 0)___________________TX
TX (Pin 1)___________________RX
5V_________________________VCC
GND_______________________GND
Подключите минус светодиода к GND на Arduino, а плюс к контакту 13 через сопротивление 220 Ом - 1 кОм. В целом, на нашем рисунке ниже всё довольно наглядно.
Не подключайте RX к RX и TX к TX выходы Bluetooth к выходам Arduino, вы не получите никаких данных, здесь TX означает "передача", RX означает "прием".
Теперь нам нужно написать программу и загрузить её в наш Arduino. Если вы этого пока еще не умеете делать - скачайте книги . Код ниже именно то, что нам нужно загрузить в Ардуино.
/* Bluetooh Basic: LED ON OFF * Coder - Mayoogh Girish * Website - http://bit.do/Avishkar * Download the App: https://github.com/Mayoogh/Arduino-Bluetooth-Basic * This program lets you to control a LED on pin 13 of arduino using a bluetooth module */ char data = 0; //Variable for storing received data void setup() { Serial.begin(9600); //Sets the baud for serial data transmission pinMode(13, OUTPUT); //Sets digital pin 13 as output pin } void loop() { if(Serial.available() > 0) // Send data only when you receive data: { data = Serial.read(); //Read the incoming data and store it into variable data Serial.print(data); //Print Value inside data in Serial monitor Serial.print("\n"); //New line if(data == "1") // Checks whether value of data is equal to 1 digitalWrite(13, HIGH); //If value is 1 then LED turns ON else if(data == "0") // Checks whether value of data is equal to 0 digitalWrite(13, LOW); //If value is 0 then LED turns OFF } }
Модуль HC 05/06 работает по последовательному каналу связи. Андроид-приложение последовательно отправляет данные на модуль Bluetooth, когда вы нажимаете определенную клавишу. Bluetooth на другом конце получает данные и отправить на Arduino через TX-соединение модуля Bluetooth (RX-соединение Arduino) .
Код загруженный в Arduino проверяет полученные данные и сравнивает их. Если получена "1" - светодиод включается и выключается при получении "0". Откройте монитор последовательного порта и наблюдайте полученные данные.
В этом уроке мы не будем касаться создания приложений для устройств на основе Андроида. Вы можете скачать приложение на GitHub.
Как использовать приложение?
После того как мы подключились через Bluetooth - нам нужно скачать и установить приложение, которое при помощи смартфона 🙂 будет управлять нашим светодиодом на расстоянии. Скачать приложение вы можете бесплатно на сайте Амазон.ком. Подсоединяем смартфон к модулю Bluetooth HC 05/06:
После этого мы устанавливаем приложение на наш смартфон. Открываем его. Выбираем устройство - выбираем модуль Bluetooth из списка (HC 05/06). После успешного подключения нажмите кнопку ON для включения светодиода и кнопку OFF, чтобы выключить светодиод. Потом уже можно нажать кнопку "Отключить", чтобы отключиться от модуля Bluetooth.
Это было руководство для чайников и начинающих по подключению модуля Bluetooth с Arduino. Этот проект можно улучшить и поднять на более высокий уровень для, например, автоматизация дома через управление смартфоном, управляемый робот и многое другое.
В статье рассмотрено как передавать команды Arduino для удаленного управления периферийными устройствами.
Рассмотрен простейший пример: управление двигателем постоянного тока. Уверен, многим этот пример будет интересен, так это основа автоматизации вашего умного дома. Использовать приведенный ниже материал можно для управления жалюзи или ролетами, в которых тоже используются двигатели постоянного тока, но большей мощности. Для реализации проекта вам понадобятся Arduino и некоторые навыки работы с Node.js и JavaScript.
Кроме Arduino Uno и монтажной платы, вам понадобятся:
Полный список необходимых компонентов для проекта:
Кроме того, вам понадобится Node.js. В нем мы реализуем пользовательский интерфейс. Скачать Node.js
Нам необходимо правильно подключить двигатель и драйвер. Сначала установите на монтажную плату драйвер L293D. Рекомендуем устанавливать драйвер по центру монтажной платы, как это показано на рисунке ниже. Драйвер начинается с дорожки 3 и заканчивается на дорожке 10. Теперь подключите дорожки 8 и 9 к 5 В Arduino . Контакт 5 - к контакту GND на Arduino. Осталось 3 контакта, которые работают на вход и 2 - на выход.
Цепь, которая работает на выход, простая: два контакта output подключаем к контактам двигателя постоянного тока. Контакты output - это 3 и 6. Первый контакт для подключения - это пин 1. Так называемый Enable контакт. Это контакт, который мы используем для включения/выключения двигателя и изменения его скорости вращения. Подключите этот контакт к 6 пину на Arduino. В конце концов, мы хотим подключить контакты 2 и 7 от L293D к пинам 4 и 5 на Arduino. Эти контакты будут использоваться для изменения направления движения ротора двигателя постоянного тока. Полная схема подключения приведена на рисунке ниже:
Перед реализацией удаленного управления, надо убедиться, что электросхема с драйвером L293D составлена и подключена корректно. Для проверки реализуем простенький скетч, благодаря которому двигатель разгонится и будет вращаться без остановки. Для этого используем следующий скетч:
// Инициализируем контакты мотора
int motorPinPlus = 4;
int motorPinMinus = 5;
int motorPinEnable = 6;
Serial.begin(9600);
// Объявляем переменную для хранения значений скорости
int motor_speed;
setMotor(true, motor_speed);
// функция для управления двигателем
void setMotor(boolean forward, int motor_speed)
Основа данного скетча - функция setMotor. Эту же функцию мы будем использовать в остальной части нашего проекта. Давайте разберем ее более детально:
// Функция для управления мотором
void setMotor(boolean forward, int motor_speed){
digitalWrite(motorPinPlus, forward);
digitalWrite(motorPinMinus, !forward);
analogWrite(motorPinEnable, motor_speed);
Задействовано два входа: направление и скорость. Первый шаг заключается в том, чтобы реализовать две операции digitalWrite() для установки направления вращения ротора двигателя. Один контакт на микросхеме L293D получает сигнал 5В, а второй - 0 вольт. После этого мы используем команду analogWrite(), чтобы изменять скорость вращения ротора мотора с использованием широтно-импульсной (ШИМ) модуляции. С помощью этой функции можно изменять направление вращения двигателя. Например, для ускорения мы используем:
// Вращаем ротор двигателя в заданном направлении
for (motor_speed = 0; motor_speed
setMotor(true, motor_speed);
Загрузите приведенный скетч на Arduino и мотор должен начать разгоняться до максимального значения. После этого скорость упадет до нуля и разгон начнется заново. Если все отработало как указано выше, можно переходить к следующей части нашего проекта.
На данном этапе мы уже реализовали управление двигателем постоянного тока через Arduino. Теперь давайте соберем все вместе и разработаем веб-интерфейс для нашего проекта.
Во-первых, нам надо изменить скетч Arduino, чтобы он мог он мог получать данные с хоста. После этого мы используем Node.js, чтобы обеспечить красивый интерфейс пользовательский интерфейс. Если вы никогда не занимались веб-приложениями, не волнуйтесь, в гайде детально рассмотрен каждый шаг.
Давайте начнем со скетча Arduino. Это скетч, который мы используем в этой части:
// библиотеки
#include
// создаем aREST
aREST rest = aREST();
// Инициализируем пины мотора
int motorPinPlus = 4;
int motorPinMinus = 5;
int motorPinEnable = 6;
void setup(void)
// запускаем обмен данных по серийному протоколу связи и объявляем пины мотора
pinMode(motorPinPlus, OUTPUT);
pinMode(motorPinMinus, OUTPUT);
pinMode(motorPinEnable, OUTPUT);
Serial.begin(115200);
// даем имя и ID нашему устройству
rest.set_id("001");
rest.set_name("motor_control");
// Handle REST calls
rest.handle(Serial);
При изучении скетча вы увидите, что он отличается от предыдущего. В нем тот же блок для инициализации контактов двигателя, но есть еще aREST для получения команд. Например, чтобы установить заданную скорость мотора, мы реализуем запрос с компьютера вида:
Похожие запросы мы будем делать с нашего ПУ для управления другими пинами. Например, пинами, которые отвечают за направление.
Последний блок состоит в разработке веб-интерфейса для удаленного управления скоростью мотора. Для этого мы будем использовать Node.js, который позволяет разрабатывать приложения, работающие на стороне сервера в Javascript. Этот туториал не про Node.js или Javascript, но основные моменты надо рассмотреть. Конечно же, все файлы прилагаются на GitHub .
Нам надо создать три файла: главный файл Node.js, сам интерфейс и кусок Javascript для обработки кликов в нашем пользовательском интерфейсе. Давайте начнем с файла Node.js. Код начинается с подгружения и настройки модуля Express, который представляет из себя фреймворк для простого создания сервера с Node.js:
var express = require("express");
var app = express();
// Объявляем порт
var port = 3000;
// Отображаем движок
app.set("view engine", "jade");
// Настраиваем общедоступную папку
app.use(express.static(__dirname + "/public"));
// Интерфейс
app.get("/", function(req, res){
res.render("dashboard");
После этого мы импортируем модуль Node-aREST, который обеспечивает связь между нашим сервером и платой Arduino:
var rest = require("arest")(app);
В этом файле мы также должны определить, к какому серийному порту подключена плата Arduino:
rest.addDevice("serial","/dev/tty.usbmodem1a12121",115200);
Конечно же, вам надо изменить это значение в соответствии с вашим серийным портом. Найти ваш серийный порт можно в Arduino IDE в меню Tools>Port.
Давайте заглянем в файл интерфейса, который расположен в dashboard.jade. Jade - язык, который по сути упрощает написание HTML - разметки. В Jade содержится описание интерфейса, который потом обрабатывается с помощью Node.js & Express. Ниже приведен Jade файл для нашего проекта. В нем создаются две кнопки (для направлений) и один слайдер (для изменения скорости двигателя):
h1 Motor Control
button.btn.btn-block.btn-lg.btn-primary#1 Forward
button.btn.btn-block.btn-lg.btn-danger#2 Reverse
input(type="range",min="0",max="255",value="0",id="motorspeed")
В конце мы должны добавить Javascript для обработки кликов пользователя по кнопкам и слайдеру. Это код для кнопки ‘Forward’ ("Вперед"):
$("#1").click(function() {
$.get("/motor_control/digital/4/1", function() {
$.get("/motor_control/digital/5/0");
Как мы видим, пин 4 установлен в HIGH, а пин 5 в LOW. Другие кнопки отрабатывают с точностью до наоборот. То есть, при их нажатии, мотор будет двигаться в противоположном направлении.
Для того, чтобы установить скорость мотора, мы определяем, когда пользователь отпустил слайдер. Реализуется это с помощью mouseup():
$("#motorspeed").mouseup(function(){
// Получаем значение скорости
speed = $("#motorspeed").val();
// Отсылаем команду
$.get("/motor_control/analog/6/" + speed);
Теперь можем перейти к тестированию проекта удаленного управления двигателем через веб-сайт. Не забывайте, что все исходники кода для программ, вы можете найти на GitHub . Сначала загрузите скетч remote_motor на Arduino. После этого убедитесь, что вы загрузили все файлы интерфейса и настроили ваш серийный порт в главном файле app.js.
Перейдите в эту папку через терминал и пропишите следующее:
sudo npm install express jade arest
После этого запустите приложение с помощью:
После этого вы можете перейти в ваш браузер и набрать в строке адреса следующее:
http://localhost:3000
В результате отобразится следующий интерфейс:
Дальше можно тестить и играться. Например, устанавливая направление вращения или используя слайдер для изменения скорости вращения. Мотор должен реагировать на ваши нажатия. Можно использовать ваш смартфон или планшет. Для этого достаточно использовать IP вашего компьютера и благополучно менять скорость двигателя с вашего мобильного устройства.
Приведенный выше туториал очень важен для понимания основ удаленного управления вашими устройствами с помощью Arduino. За основу взят миинималистичный проект с простенькими задачами - удаленное изменение скорости и направления вращения ротора двигателя постоянного тока через веб-сервер. Рекомендуем детально ознакомиться со всеми раскрытыми в статье пояснениями. Это станет для вас хорошей базой для дальнейших более сложных проектов. Допиливайте код, обогащайте его. Например, можно добавить выбор задержки между сменой направления вращения ротора двигателя и т.п. Ограничение - лишь ваш кругозор и энтузиазм.
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!
Как управлять Ардуино с компьютера через USB. Расскажем, как произвести включение светодиода и управлять сервомотором на Arduino с компьютерной клавиатуры через функцию Serial.available() и Serial.read() . Данные функции проверяют, поступают ли какие-то команды на микроконтроллер по последовательному порту, а затем считывают поступающие команды, вводимые в Serial monitor с компьютера.
Функция Serial.available() получает количество байт доступных для чтения из последовательного порта. Это те байты которые отправлены с компьютера и записаны в буфер последовательного порта. Буфер Serial monitor Arduino может хранить максимум до 64 байт. Функция используется также при подключении Bluetooth модуля к Ардуино и полезна при отладке устройства на проектирования.
При тестировании и настройке различных устройств, управляемых через Bluetooth, например, роботом или Лодкой на Ардуино вам пригодится знание, как управлять светодиодом и сервомотором через компьютер. Поэтому рассмотрим сейчас простое управление сервоприводом через компьютер по USB кабелю. При этом через монитор можно отправлять не только цифры, но и буквы латинского алфавита.
Для занятия нам понадобятся следующие детали:
Остальные исполнительные устройства для Arduino UNO вы можете взять на свое усмотрение и самостоятельно попробовать управлять ими через компьютер с помощью USB кабеля. Соберите на макетной плате схему с одним светодиодом из первого занятия Что такое Ардуино и как им пользоваться, а после сборки схемы со светодиодом загрузите следующий скетч в микроконтроллер.
После сборки схемы загрузите следующий скетч в плату
Инфракрасный пульт дистанционного управления — один из самых простых способов взаимодействия с электронными приборами. Так, практически в каждом доме есть несколько таких устройств: телевизор, музыкальный центр, видеоплеер, кондиционер. Но самое интересное применение инфракрасного пульта — дистанционное правление роботом. Собственно, на этом уроке мы попытаемся реализовать такой способ управления с помощью популярного контроллера Ардуино Уно.
Что нужно для того, чтобы научить робота слушаться инфракрасного (ИК) пульта? Во-первых, нам потребуется сам пульт. Можно использовать обычный пульт от телевизора, а можно приобрести миниатюрный пульт от автомагнитолы. Именно такие пульты часто используются для управления роботами.
На таком пульте есть 10 цифровых кнопок и 11 кнопок для манипуляции с музыкой: громкость, перемотка, play, stop, и т.д. Для наших целей более чем достаточно.
Во-вторых, для приема сигнала с пульта нам потребуется специальный ИК-датчик. Вообще, мы можем детектировать инфракрасное излучение обычным фотодиодом/фототранзистором, но в отличие от него, наш ИК-датчик воспринимает инфракрасный сигнал только на частоте 38 кГц (иногда 40кГц). Именно такое свойство позволяет датчику игнорировать много посторонних световых шумов от ламп освещения и солнца.
Для этого урока воспользуемся популярным ИК-датчиком VS1838B , который обладает следующими характеристиками:
Можно использовать и другие датчики, например: TSOP4838, TSOP1736, SFH506.
Датчик имеет три вывода (три ноги). Если посмотреть на датчик со стороны приёмника ИК сигнала, как показано на рисунке,
Принципиальная схема подключения
Внешний вид макета
Подключив ИК-датчик будем писать программу для Ардуино Уно. Для этого воспользуемся стандартной библиотекой IRremote , которая предназначена как раз для упрощения работы с приёмом и передачей ИК сигналов. С помощью этой библиотеки будем принимать команды с пульта, и для начала, просто выводить их в окно монитора последовательного порта. Эта программа нам пригодится для того, чтобы понять какой код дает каждая кнопка.
#include "IRremote.h" IRrecv irrecv(2); // указываем вывод, к которому подключен приемник decode_results results; void setup() { Serial.begin(9600); // выставляем скорость COM порта irrecv.enableIRIn(); // запускаем прием } void loop() { if (irrecv.decode(&results)) { // если данные пришли Serial.println(results.value, HEX); // печатаем данные irrecv.resume(); // принимаем следующую команду } }
Загружаем программу на Ардуино. После этого, пробуем получать команды с пульта. Открываем монитор последовательного порта (Ctrl+Shift+M), берём в руки пульт, и направляем его на датчик. Нажимая разные кнопочки, наблюдаем в окне монитора соответствующие этим кнопкам коды.
Проблема с загрузкой программы
В некоторых случаях, при попытке загрузить программу в контроллер, может появиться ошибка:
TDK2 was not declared In his scope
Чтобы ее исправить, достаточно удалить два файла из папки библиотеки. Заходим в проводник. Переходим в папку, где установлено приложение Arduino IDE (скорее всего это «C:\Program Files (x86)\Arduino»). Затем в папку с библиотекой:
…\Arduino\libraries\RobotIRremote
И удаляем файлы: IRremoteTools.cpp и IRremoteTools.h. Затем, перезапускаем Arduino IDE, и снова пробуем загрузить программу на контроллер.
Теперь, когда мы знаем, какие коды соответствуют кнопкам пульта, пробуем запрограммировать контроллер на зажигание и гашение светодиода при нажатии на кнопки громкости. Для этого нам потребуется коды (могут отличаться, в зависимости от пульта):
В качестве светодиода, используем встроенный светодиод на выводе №13, так что схема подключения останется прежней. Итак, программа:
#include "IRremote.h" IRrecv irrecv(2); // указываем вывод, к которому подключен приемник decode_results results; void setup() { irrecv.enableIRIn(); // запускаем прием } void loop() { if (irrecv.decode(&results)) { // если данные пришли switch (results.value) { case 0xFFA857: digitalWrite(13, HIGH); break; case 0xFFE01F: digitalWrite(13, LOW); break; } irrecv.resume(); // принимаем следующую команду } }
Загружаем на Ардуино и тестируем. Жмем vol+ — светодиод зажигается. Жмем vol- — гаснет. Теперь, зная как это все работает, можно вместо светодиода управлять двигателями робота, или другими самодельными микроэлектронными устройствами!
