แพลตฟอร์ม Arduino คืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร?

Arduino คืออะไร?

Arduino เป็นแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่มีอยู่ทั่วไป ซึ่งมีส่วนประกอบหลักคือบอร์ดควบคุม I/O ขนาดเล็ก และสภาพแวดล้อมการพัฒนาที่ใช้การประมวลผล/การเดินสาย

ต้นแบบแรกของคอนโทรลเลอร์เปิดตัวในปี 2548 เมื่อ Massimo Banzi ออกแบบสำหรับนักเรียนที่สถาบันการออกแบบปฏิสัมพันธ์ใน Ivrea ประเทศอิตาลี ชื่อของอุปกรณ์มาจากชื่อของ King Arduino ผู้ปกครองอิตาลีเพียงสองปีในช่วงต้นศตวรรษที่ 11 ซึ่งตามชื่อบาร์เบียร์ "di Re Arduino" ซึ่งเป็นของ Massimo Banzi และตั้งอยู่ตรงที่ ตามตำนาน King Arduin เกิด

เป้าหมายของ Arduino คือการสร้างสภาพแวดล้อมที่สามารถเข้าถึงได้สำหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์เพื่อให้พวกเขาเข้าสู่โลกของการเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ การเขียนโปรแกรมควบคุมของบริษัทนี้ทำได้ในสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมที่เรียบง่ายและเป็นธรรมชาติ — Arduino IDE สภาพแวดล้อมนี้สะดวกสำหรับผู้เริ่มต้นและผู้ใช้ที่มีประสบการณ์มีการใช้ภาษาโปรแกรม C ++ ซึ่งเสริมด้วยไลบรารี่จำนวนมากซึ่งทำให้ง่ายต่อการทำงานกับอุปกรณ์

Arduino ได้ทำการปฏิวัติอย่างแท้จริงในด้านการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ในระดับสากล ทั้งแผนผังและซอร์สโค้ดมีให้ใช้งานฟรี ซึ่งเป็นสาเหตุที่ Arduino ได้รับความนิยมอย่างมาก สามารถซื้อบอร์ดสำเร็จรูปได้ในราคาเพียงไม่กี่ดอลลาร์หรือจะประกอบเองก็ได้

บอร์ด Arduino มีโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำของตัวเอง มีอินพุตและเอาต์พุตจำนวนมากที่สามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ต่างๆ ได้ ตลอดจนแอคทูเอเตอร์และกลไกต่างๆ ขณะนี้มีตัวดัดแปลงบอร์ด Arduino ที่สำคัญมากกว่า 20 ตัว

ไมโครคอนโทรลเลอร์แพลตฟอร์ม Arduino

ลักษณะเฉพาะของ Arduino คือคุณไม่จำเป็นต้องเป็นโปรแกรมเมอร์เพื่อทำงานกับมัน คุณไม่จำเป็นต้องมีความรู้พิเศษเกี่ยวกับวิธีการทำงานของไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อสร้างโปรเจ็กต์อย่างง่าย ไลบรารี่มาตรฐานของ Arduino ช่วยให้เกิดความคิดสร้างสรรค์มากมายในแง่ของการทำงานอัตโนมัติ

การเขียนโปรแกรมที่นี่ทำผ่านสภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์พิเศษ (IDE) ซึ่งสามารถดาวน์โหลดได้ฟรีบนเว็บไซต์ Arduino เขียนด้วย Java เชลล์ที่เป็นมิตรนี้ทำงานบน Windows, Mac OS X และ Linux และมีโปรแกรมแก้ไขข้อความ ผู้จัดการโครงการ คอมไพเลอร์ตัวประมวลผลล่วงหน้า และเครื่องมือสำหรับการโหลดโปรแกรมลงในไมโครคอนโทรลเลอร์โดยตรง

ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ใน Arduino มี bootloader อยู่แล้ว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้โปรแกรมเมอร์ เพียงเชื่อมต่อบอร์ดกับคอมพิวเตอร์ผ่าน USB หรือผ่านอะแดปเตอร์ UART-USB แล้วดาวน์โหลดโปรแกรม

บอร์ดยังมีความสามารถในการแฟลช bootloader ในไมโครคอนโทรลเลอร์โดยใช้โปรแกรมเมอร์ Arduino IDE มีการสนับสนุนในตัวสำหรับโปรแกรมเมอร์ต้นทุนต่ำยอดนิยม มีขั้วต่อพินสำหรับการเขียนโปรแกรมในวงจร (ICSP สำหรับ AVR, JTAG สำหรับอาร์ม).

อุปกรณ์ Arduino ส่วนใหญ่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Atmel AVR ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4, ATTiny85 ที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกา 16 หรือ 8 MHz นอกจากนี้ยังมีบอร์ดที่ใช้ ARM Cortex M

พอร์ต Arduino

บอร์ด Arduino UNO R3

พอร์ต I/O ใช้เพื่อเชื่อมต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ใดๆ (ไฟ LED, มอเตอร์, เซ็นเซอร์ ฯลฯ) เข้ากับบอร์ดควบคุม พวกเขาเรียกอีกอย่างว่าพิน เหล่านี้คืออินเทอร์เฟซแบบดิจิตอล อะนาล็อก หรือดิจิทัล-ทู-อะนาล็อกที่มีฟังก์ชันของตัวเอง

ตามชื่อที่แนะนำ เรามีสัญญาณดิจิทัลบนพินดิจิทัล พวกเขาสามารถสร้างค่าได้เพียงสองค่าเท่านั้น: ศูนย์โลจิคัล (0, ต่ำ) และค่าโลจิคัล (1, สูง)

แอนะล็อก — คล้ายกับดิจิทัลโดยมีความแตกต่างที่จุดประสงค์หลักคือการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อะนาล็อก

ในการใช้ (ส่งสัญญาณ) ผ่านพอร์ตเหล่านี้ เราจำเป็นต้องเริ่มต้นพอร์ตเหล่านี้ในโปรแกรมของเราโดยใช้ฟังก์ชัน pinMode (<หมายเลขพิน>, <โหมด: INPUT / OUTPUT>) โดยที่หมายเลขพินคือหมายเลขตัวเชื่อมต่อที่ระบุบนบอร์ด Arduino … INPUT จำเป็นสำหรับการอ่านข้อมูล OUTPUT เพื่อส่งข้อมูล ในกรณีที่เราใช้พินดังกล่าวโดยไม่ได้ระบุ pinMode ไว้ก่อน ค่าที่ได้อาจผิดพลาดได้

พอร์ตดิจิตอล-อะนาล็อก (หรือ PWM — I / O พร้อมการมอดูเลตความกว้างพัลส์) — อินเทอร์เฟซที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น พร้อมเสมอที่จะรับ / ส่งข้อมูลและไม่ต้องการการเริ่มต้นล่วงหน้าข้อได้เปรียบหลักของพวกเขาคือความสามารถในการถ่ายโอนค่าในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 255 ซึ่งช่วยให้ได้มากขึ้น
รบกวนการทำงานขององค์ประกอบที่เชื่อมต่ออย่างแม่นยำ พอร์ตเหล่านี้ระบุไว้บนกระดาน (และในเอกสารประกอบ) เป็น PWM หรือด้วย «~» (เครื่องหมายตัวหนอน)

พินดิจิตอลและอะนาล็อก — พอร์ตสวิตชิ่ง (เชื่อมต่อ) PWM — พอร์ตควบคุม หากจำเป็นต้องเปลี่ยนพารามิเตอร์การทำงานขององค์ประกอบวิทยุ จะต้องเชื่อมต่อกับ PWM หากเพียงแค่เปิด / ปิดองค์ประกอบวงจรก็เพียงพอแล้ว คุณสามารถใช้พอร์ตใดก็ได้บน Arduino

เกณฑ์สำคัญประการสุดท้ายสำหรับพอร์ตบอร์ด Arduino คือองค์ประกอบทางกายภาพ โปรดจำไว้ว่าแต่ละพิน: มีเอาต์พุต 5V ให้กระแสสูงสุด 0.02A

นี่เป็นเกณฑ์เล็กๆ น้อยๆ ที่มีความสำคัญที่ต้องคำนึงถึงเพื่อประหยัดเวลาได้มาก

การเขียนโปรแกรม

ในการเรียนรู้พื้นฐานการเขียนโปรแกรมสำหรับ Arduino ผู้เริ่มต้นต้องการเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง เนื่องจากเครือข่ายมีวิดีโอบทช่วยสอน สื่อสิ่งพิมพ์เฉพาะเรื่อง บันทึกย่อ และบทความเกี่ยวกับการพัฒนา Arduino จำนวนมากอยู่แล้ว พื้นฐานคือ C ++ เสริมด้วยฟังก์ชั่นการควบคุม I / O อย่างง่ายบนบอร์ดและผู้ใช้ที่มีความต้องการมากขึ้นจะสามารถทำงานได้แม้ใน Visual Studio อย่างน้อยใน Eclipse หรือแม้กระทั่งผ่านบรรทัดคำสั่ง

ไดรฟ์ภายนอกและการ์ดเอ็กซ์แพนชัน

ในความเป็นจริง Arduino มอบความเป็นไปได้มากมายในการสร้างอุปกรณ์ทุกประเภท คุณสามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ ล็อค มอเตอร์ จอแสดงผล เราเตอร์ และแม้แต่กาต้มน้ำ คุณสามารถขยายผลิตภัณฑ์ด้วยบอร์ดเพิ่มเติม เช่น แผงป้องกัน เช่น สำหรับการทำงานกับ GPS สำหรับการเชื่อมต่อผ่านเครือข่ายท้องถิ่นหรืออินเทอร์เน็ต สำหรับบลูทูธ Wi-Fi เป็นต้น Arduino เป็นที่นิยมโดยเฉพาะในด้านวิทยาการหุ่นยนต์

สะดวก คุณไม่จำเป็นต้องใช้หัวแร้งเพื่อเชื่อมต่อส่วนต่อขยาย ใช้การเชื่อมต่อพินแบบธรรมดา ซึ่งทำให้ง่ายต่อการออกแบบเลย์เอาต์ ทำให้มันซับซ้อนเท่าที่คุณต้องการ โดยทั่วไปแล้วขอบเขตของความคิดสร้างสรรค์นั้นไม่มีที่สิ้นสุด

ปัจจุบันการ์ดเอ็กซ์แพนชัน (ชีลด์) มีจำหน่ายสำหรับฟังก์ชันต่างๆ มากมาย พวกเขาสามารถเชื่อมต่อเป็นแซนวิชได้ด้วยตำแหน่งที่สะดวกของตัวเชื่อมต่อ สิ่งเหล่านี้อาจเป็นการ์ดสื่อสารไร้สาย การ์ดควบคุม สเต็ปเปอร์มอเตอร์และผู้ควบคุมอื่น ๆ ที่มีวัตถุประสงค์ต่างกัน

เหตุใดการใช้ Arduino จึงเป็นที่นิยม

แพลตฟอร์ม Arduino ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากผู้พัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใหม่ๆ อาจารย์และนักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์ ตลอดจนนักศึกษาจากพื้นฐานความคิดสร้างสรรค์ทางเทคนิค

การใช้ Arduino ช่วยให้กระบวนการทำงานกับไมโครคอนโทรลเลอร์ง่ายขึ้น ในแง่ของอุปกรณ์ทางเทคนิคนั้นเหมาะสำหรับกระบวนการศึกษาการออกแบบต่างๆ ระบบเมคคาทรอนิกส์และหุ่นยนต์ต้องขอบคุณสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมที่เข้าใจได้และความสามารถในการตรวจสอบกระบวนการทางกายภาพแบบเรียลไทม์ รวมถึงต้องขอบคุณสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมที่เข้าใจได้และข้อดีอื่นๆ อีกหลายประการ

สามารถใช้เป็นเครื่องมือในการสอนและการวิจัยในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล อิเล็กทรอนิกส์ วงจร หุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัติ ฯลฯ บอร์ด Arduino ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นใช้สำหรับการแก้ปัญหาทางเทคนิคที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาโครงการขนาดใหญ่และระบบอัตโนมัติที่ซับซ้อน

Arduino เป็นเทรนด์ที่ได้รับความนิยมสูงสุดที่ทำให้ผู้คนจำนวนมากเข้าถึงไมโครคอนโทรลเลอร์ได้เพื่อทำความเข้าใจและใช้งาน แม้แต่ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม ด้วยความช่วยเหลือของแพลตฟอร์มยอดนิยมนี้ คุณสามารถสร้างโครงการที่น่าสนใจและมีประโยชน์จำนวนมากได้

เราสามารถพูดได้ว่า Arduino เป็นตัวควบคุม-คอนสตรัคเตอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้แบบขยายได้สากลที่สามารถกลายเป็นผู้ช่วยที่ขาดไม่ได้ในการแก้ปัญหางานสร้างสรรค์ใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในทุกวัตถุประสงค์ แม้กระทั่งนาฬิกาปลุก แม้กระทั่งหุ่นยนต์ที่ซับซ้อน แม้กระทั่งสเต็ปเปอร์มอเตอร์ — ทั้งหมดนี้และ ไม่เพียงเท่านั้นยังสามารถควบคุมตามอัลกอริทึมที่ต้องการโดยใช้ Arduino

Arduino มีอุปกรณ์ต่อพ่วงทุกชนิดจำนวนมาก: ปุ่ม เซ็นเซอร์ ไฟ LED ไฟแสดงสถานะ LCD และอวัยวะอื่นๆ สำหรับการโต้ตอบกับโลกภายนอก

ขณะนี้มีโปรแกรม Arduino หลายร้อยรายการบนอินเทอร์เน็ตที่สามารถช่วยทั้งผู้เริ่มต้นและผู้ใช้ขั้นสูงในการตระหนักถึงโครงการของพวกเขา