Какую Arduino выбрать? Перечисление всех плюсов и минусов каждой платформы

Введение

Торжественно открываю новый блог на Хабре, посвящённый Arduino! Блог об универсальном opensource-микроконтроллере Arduino, который будет интересен всем любителям микроэлектроники, самодельных гаджетов и всем, кто не боится взять в руки паяльник.

1«Мозг» Arduino

«Мозг» Arduino – это микроконтроллер семейства Atmega. Микроконтроллер представляет из себя микропроцессор с памятью и различными периферийными устройствами, реализованный на одной микросхеме. Фактически это однокристальный микрокомпьютер, который способен выполнять относительно простые задачи. Разные модели из семейства Arduino оснащены разными микроконтроллерами.

На фото микроконтроллер Atmega328. Такие микроконтроллеры стоят на Arduino UNO и Arduino Nano (но в другом корпусе).

Применение

После короткого рассказа друзьям и знакомым про Arduino («это типа электронного конструктора, микро-ЭВМ, в который можно загрузить любую программу и получить любое другое устройство») самый часто задаваемый вопрос «А зачем это всё?» или «Какая мне от этого выгода?» Скучные люди, не правда ли? Неужели среди ваших знакомых нет ни одного радиолюбителя, а может вы и сами радиолюбитель? Применение Arduino очень простое — не забавы ради, а развития мозга для. Интересно же линуксоидам ковыряться в коде ядра? Какая от этого польза? Почему бы вам не заняться «железным» (в противовес «софтовому») творчеством? Вот прямо сейчас рядом со мной сидит коллега-дизайнер и разбирается… с нейронными сетями. В общем что говорить, забыт дух технического творчества, забыты радиокружки и авиамодельные клубы. Все только сидят у своих компьютеров и сделать ничего путного в железе, кроме как воткнуть вилку в розетку, не могут Соберите свой веб-сервер, цветомузыкальную установку или прикольного робота! Сообщество любителей Arduino уже знает об успешных примерах: GPS-трекер с записью на SD-карту, простой аудиоплеер, Twitter-дисплей, электронные игры с дисплеем и тачскрином… Попробуйте купить радиодеталей и сделать что-то своё! Есть даже готовый набор для создания четырёхъядерного Arduino-кластера…

ГОЛОСОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЧЕРЕЗ СМАРТФОН

Для четвертого пункта я воспользовался еще одним замечательным аппом — Utter! Voice Commands Beta, поскольку он интегрируется с Tasker и может выполнять его задачи по голосовой команде.
Но настройка требует просто ангельского терпения. Процедура простая: несмотря на требование Utter! устанавливаем русский язык голосового поиска Android. Потом открываем интерфейс Utter! (важно — не распознавание команд, а интерфейс программы) — Customisation — Create commands — Run Tasker Task — выбираем задачу и пытаемся два раза подряд одинаково произнести команду. Если получилось — не расслабляемся и говорим еще два слова: для успешного выполнения команды и ошибки.

Если Utter! совсем не понимает, то движок поиска можно оставить английским и найти любое слово/фразу, которое можете произнести два раза подряд одинаково. Это же касается сообщений для подтверждения и ошибки. Потом просто идем в пункт Edit commands и заменяем тексты на нужные. Только помним, что Utter! не умеет говорить по-русски, и поэтому сообщения о подтверждении и ошибке лучше записать по-английски или транслитом.

Да, не пугаемся, когда Utter! при повторении команды на русском не проговаривает ее. Это, опять же, следствие того, что апп не умеет пользоваться русским голосовым движком.

В общем, задача муторная, но решаемая.

Технические характеристики

Arduino Diecimila представляет собой небольшую электронную плату (далее просто плата) ядром которой является микроконтроллер ATmega168. На плате есть: 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут работать в режиме ШИМ (PWM) (а следовательно управлять аналоговыми устройствами вроде двигателей и передавать двоичные данные), 6 аналоговых входов (исходной информацией служат не логические 0/1, а значение напряжения), тактовый генератор на 16 МГц, разъёмы питания и USB, ICSP-порт (что-то вроде последовательного интерфейса для цифровых устройств), несколько контрольных светодиодов и кнопка сброса. Этого вполне достаточно, чтобы подключить плату к USB-порту компьютера, установить нужный софт и начать программировать.
Краткая спецификация

• Микроконтроллер: ATmega168
• Рабочее напряжение: 5 В
• Входное напряжение (рекомендуемое): 7-12 В
• Входное напряжение (пределы): 6-20 В
• Цифровые порты ввода/вывода: 14 портов (из них 6 с ШИМ-сигналом)
• Аналоговые порты ввода: 6 портов
• Ток для портов: 40 мА
• Ток для 3.3В источника: 50 мА
• ППЗУ (Flash Memory): 16 KB (из них 2 Кб используются загрузчиком)
• ОЗУ (SRAM): 1 Кб
• ПЗУ (EEPROM): 512 байт
• Тактовая частота: 16 МГц

Питание Питание платы осуществляется двумя способами: по кабелю USB (при этом никаких других ухищрений делать не нужно, используется в процессе отладки), либо по специальному разъёму вроде того, что у ноутбуков. В радиомагазине можно купить такой разъём и присоединить к нему аккумулятор или 9-тивольтовую батарейку типа «Крона». Источники питания можно менять перемычкой на плате.

2«Руки» Arduino

Но какой толк от мозга, если он не имеет рук? Руками в данном случае служат электрические выводы, размещённые по периметру платы Arduino. Есть платы с большим количеством выводов, есть с меньшим. Например, самая большая плата в семействе Ардуино – Arduino Mega – имеет более 70 независимых выводов, а самая маленькая – Arduino Pro Mini – всего 22 вывода.

На фотографии показаны в сравнении Arduino Mega и Arduino Pro Mini. Представляете, что мог бы делать человек, имея столько рук, сколько Arduino Mega – выводов?

Преимущества и недостатки

• Цена. В Москве Arduino Diecimila можно купить меньше чем за 1000 руб. При этом вы покупаете законченное (ну почти) устройство, не требующее дополнительного оборудования, такого, как дорогостоящие программаторы и отладочные стенды, и не требует платного софта.
• Кроссплатформенность. Программное обеспечение Arduino работает на Windows, Macintosh OS X, Linux и других операционных системах, поскольку является открытым и работает на Java. Большинство микроконтроллерных систем ограничиваются Windows.
• Простая среда программирования. Программная оболочка является простой в использовании для новичков, но достаточно гибкой для продвинутых пользователей, чтобы быстро достичь нужного результата. Особенно это удобно в образовательной среде, где студенты могут с лёгкостью разобраться с платформой, а преподаватели — разработать учебный курс и задания.
• Открытый исходный код. Язык может быть расширен с помощью C++ библиотек, более продвинутые специалисты могут создать свой собственный инструментарий для Arduino на основе компилятора AVR C.
• Открытые спецификации и схемы оборудования. Arduino основан на микроконтроллерах Atmel ATMEGA8 и ATMEGA168. Схемы модулей опубликованы под лицензией Creative Commons, поэтому опытные схемотехники могут создать свою собственную версию модуля для своих нужд. Даже сравнительно неопытные пользователи могут сделать макетную версию модуля, чтобы понять, каким образом он работает и сэкономить деньги.

Из недостатков отмечу, пожалуй, довольно убогую программную оболочку, низкую частоту процессора (чего на самом деле достаточно выше крыши и, кроме того, снижает энергопотребление) и малое количество «дисковой» (флэш) памяти для программ. При такой тактовой частоте и объёме памяти вряд ли получится собрать простой mp3-плеер. Однако вряд ли кто будет пытаться сделать на основе Arduino, скажем, управляемую крылатую ракету Кроме того, мне не удалось найти вменяемых исходников для сборки avr-gcc. Ну и само собой, придётся знать (или изучить в процессе) основы электроники на уровне «плюс/минус, резистор/конденсатор» — без этого точно никак.

4Чем может управлять Arduino

В итоге такое количество «рук» у Arduino позволяет подключать к нему огромное количество различных периферийных устройств. Среди них, например:

• кнопки, герконы и джойстики,
• светодиоды и фотодиоды,
• микрофоны и динамики,
• электродвигатели и сервоприводы,
• ЖК дисплеи,
• считыватели радиометок (RFID и NFC),
• bluetooth, WiFi и Ethernet модули,
• считыватели SD карт,
• радиоприёмники и радиопередатчики,
• GPS и GSM модули…

А также десятки различных датчиков:

• освещённости,
• магнитного поля,
• ультразвуковые и лазерные дальномеры,
• гироскопы и акселерометры,
• датчики дыма и состава воздуха,
• датчики давления, температуры и влажности…

И ещё многое, многое другое

Всё это превращает Arduino в универсальное ядро системы, которое может быть сконфигурировано совершенно разнообразными способами. Хотите сделать радиоуправляемую кормушку для питомца? Пожалуйста! Хотите чтобы при начале дождя у вас на лоджии закрывалось окно? Пожалуйста! Хотите управлять яркостью освещения в комнате со смартфона? Запросто! Хотите получать уведомления на e-mail, если почва комнатных растений стала слишком сухой? И это можно!

На фотографии показана лишь крохотная часть периферийных устройств, которые можно подключить к Arduino. На самом деле их гораздо, гораздо больше.

Постскриптум

В дальнейшем я постараюсь публиковать и другие заметки, расскажу, как собрать простые устройства при помощи Arduino и радиодеталей, купленных в магазине, а также опубликую демо-ролики готовых устройств. Ещё мне очень хотелось бы услышать мнение хабралюдей о данном явлении, узнать, о чём вы хотели бы почитать в следующих постах, перевести для данного блога ряд статей и быть может собрать небольшое русскоязычное сообщество фанатов Arduino. Да, и в связи с отсутствием нормального интернета дома не смогу ответить всем желающим сразу… приношу извинения.

УПРАВЛЕНИЕ ЧЕРЕЗ АПП НА СМАРТФОНЕ

У меня смартфон с Android, для которого есть замечательный апп Tasker. Именно его я и хотел использовать для автоматизации.
Прелесть Tasker еще и в том, что сценарии и диалоги, созданные в нем можно экспортировать в самостоятельное приложение, которое устанавливается на девайсы с Android точно так же, как и любой другой апп. Иными словами, плюс в том, что не нужно покупать Tasker для каждого телефона и планшета: достаточно всего одной полнофункциональной версии, чтобы развернуть управление на всех гаджетах.

Процедура такова:

1) Методично создаем новые задачи Tasks в категории Net — GET request. В параметрах запроса нужно только одно: заполнить строчку адреса полной командой. В моем случае, к примеру, 192.168.1.1/?1-on.

2) Открываем редактор сцен Scenes, и там добавляем нужные кнопочки, не забыв назначить на короткое нажатие одну из ранее созданных задач.

3) Создаем служебные задачи: Show Scene и Destroy Scene, они потребуются, чтобы открывать и закрывать виртуальный пульт ДУ. В принципе, можно обойтись без Destroy, нужно только в Show Scene убедиться, что включена опция кнопки выхода.

Вот, в общем-то, и все. Таким образом реализуется третий пункт ТЗ: управление через апп на смартфоне.