Что можно сделать на Ардуино: самые необычные проекты

Содержание

Сегодня робототехника приобрела популярность, т.к. автоматизация стала фундаментом современной экономики. Интерес к проектированию различных типов роботов возрастает. Научиться создавать полезные устройства может каждый. Для этого нужны знания основ электроники и программирования. Быстро получить необходимые навыки можно, выполняя «Ардуино»-проекты.

Fрдуино проекты

Что такое «Ардуино» и что можно делать с ним

Arduino — небольшая печатная плата, имеющая собственные процессор и модуль памяти.

Концептуально это электронный конструктор, который позволяет создавать бесконечное число девайсов. Наличие контактов на контроллере дает возможность подключать различные компоненты: датчики, лампы, моторы и любые устройства, работающие от электричества.

Впервые проект Arduino был предложен в 2005 г. студентам итальянского Института интерактивного дизайна Ивреа. Перед разработчиками стояла задача обеспечить малобюджетный и простой способ создания устройств, способных взаимодействовать с окружающей средой. Сегодня на основе «Ардуино» создаются роботы, детекторы, термостаты и любые проекты, на которые способна фантазия программистов и инженеров. Разрабатывать устройства на базе «Ардуино» смогут даже новички.

Девайсом управляет программа, выполняемая процессором платы. Подобные программы пишутся на языке C++ в официальной среде программирования Arduino IDE, реализованной для Windows, MacOS и Linux. Даже в отсутствие навыков разработки и проектирования электронных схем человек способен за пару недель освоиться в программной среде и начать создавать простые девайсы.

Самые известные «Ардуино»-проекты

С помощью контроллера можно реализовать инновационные идеи, используемые крупнейшими производителями массовых технологий. При этом самоделки по продуктивности редко уступают профессиональным решениям.

Датчик Ambilight на жидкокристаллический дисплей

Популярный модуль Ambilight можно назвать визитной карточкой компании Philips. Это фоновая трехканальная подсветка ЖК-дисплеев, проекция которой направляется за экран и расширяет его границы. Технология молниеносно адаптируется к динамическому изображению дисплея и погружает зрителя в центр транслируемых событий.

С помощью «Ардуино» легко создается аналог Philips Ambilight, который интегрируется в любой подключаемый к компьютеру ЖК-дисплей.

Механизмом управляет специальная программа, взаимодействующая с адресной лентой на светодиодных чипах. Схема включает фоторезистор, который анализирует интенсивность освещения в комнате и адаптирует яркость ленты.

Универсальная плата позволяет изготовить недорогой аналог Ambilight с более высоким разрешением фоновой подсветки. При этом схема подключения проста и не требует широких технических познаний.

Датчик температуры «Ардуино»

Датчики температуры широко используются в бытовых приборах: водонагревателях, кипятильниках, домашних электрических термометрах, самодельных термостатах.

Элемент обладает понятным принципом работы: датчик принимает параметры внешней среды, затем выводит значения на ЖК-дисплей посредством платы и термистора.

Термистором называют тип переменного резистора, который преобразует сопротивление согласно зафиксированной температуре.

Датчик температуры "Ардуино"

Управление устройствами

Контроллеры реализуют 2 вида связи: проводную и беспроводную.

Проводное управление ведется с диспетчерского пульта. При этом управляющие цепи и исполнительные устройства объединены с помощью электропроводов.

Беспроводная схема включает 2 устройства: пульт дистанционного управления, являющийся передатчиком, и приемник. Передача осуществляется с помощью оптических либо радиосигналов.

Примером первого варианта служит работа бытовой техники. Второй случай реализуется через специализированные модули: Bluetooth HC, Wi-Fi, ZigBee и др.

Управление устройствами ардуино

Самые доступные и простые проекты для новичков

Проекты для новичков не претендуют на важное практическое использование, но позволяют разобраться в нюансах платформы.

В целях обучения часто разрабатываются следующие технические решения:

  • модули с мигающими светодиодами (маячки, светофоры и пр.);
  • устройства с датчиками, работающие через протоколы обмена данными;
  • аппаратные средства регистрации и отображения информации;
  • машины с интегрированными сервоприводами и шаговыми двигателями;
  • беспроводные устройства связи.

На сайтах и в литературе есть много понятных инструкций для новичка, чтобы он мог быстро разобраться в принципах работы механизмов и достичь результата.

Создание проекта

Работа с Arduino предполагает сочетание электронных схем, взаимосвязанных аппаратных и механических средств, системы электропитания.

Нужно разработать программу для управления. Поэтому придется разобраться в электронике и программировании.Освоив азы проектирования, любители начинают ставить коммерчески выгодные задачи.

Для этого потребуется ряд умений и личных характеристик:

  • аналитические способности и видение рыночных потребностей;
  • навыки сборки схем, правильного подключения модулей;
  • написание программы в специализированной IDE;
  • навыки тестирования готового продукта;
  • приведение устройства в пригодный для эксплуатации вид;
  • построение системы безопасности;
  • навыки развития бизнес-проектов.

Электронные схемы

Сборка электронных схем — важный этап разработки. Здесь необходимы базовые знания в области электроники. Понять правила выполнения схем поможет ГОСТ 2.701-84 «Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению».

Ардуино электронные схемы

Сборка осуществляется на макетных платах, позволяющих скреплять элементы без пайки и скрутки. Полезно осваивать навыки выполнения схем на учебных проектах, которые предоставляют готовые рабочие примеры.

Особенности программирования

Программы для «Ардуино» называются скетчами. Они создаются и прошиваются в специальной среде разработки. Наиболее популярная версия — Arduino IDE.

Языком программирования устройств на микроконтроллерах является C/C++, который легок в освоении.

Положить начало изучению C/C++ можно, поняв 3 основных раздела: об операторах, данных и функциях. Перечисленных знаний достаточно, чтобы создавать простые роботизированные системы.

Проекты на просторах интернета

Интернет — это гигантская информационная база, содержащая множество готовых «Ардуино»-проектов. Здесь есть материалы для разработчиков разного уровня. Даже дети смогут найти для себя полезные задачи.

Управление телевизором «Ардуино» и силой мысли

Управление "Ардуино"

Основой проекта является система электрофизиологического мониторинга ЭЭГ, используемая в медицине для регистрации электрической активности мозга.

Современная микроэлектроника предлагает чипы, способные фиксировать сигналы нейронного тока разных диапазонов. В частности, при закрытии глаз и релаксации возникают волны альфа-частот от 7 до 14 Гц.

Напротив, активная концентрация и напряженная умственная деятельность порождают волны из бета-диапазона от 15 до 30 Гц.

Микрочипы ЭЭГ интегрируются в гарнитуру специального шлема, подключаемую к Arduino Uno (ATmega328). Прибор собирает и преобразует исходные данные. Для трансляции сигнала требуются ИК-передатчик и ИК-приемник.

Шлем надевается на голову и посредством микрочипа считывает волновые сигналы мозга. Чтобы переключать телевизионные каналы, достаточно сосредоточиться. Правда, для этого следует немного потренироваться.

Механическая ручка, записывающая время на доске

Интеллектуальное перо способно захватывать рукописные сведения и преобразовывать аналоговую информацию в цифровые данные.

Прибор совместим с компьютером, устройствами графического вывода и приложениями.

Механизм состоит из корпуса, содержащего шариковый стержень, ИК-камеры, процессора, модуля памяти и батареи. Инфракрасная камера фиксирует движения пера по поверхности цифровой бумаги.

Механическая ручка, записывающая время на доске Ардуино

Векторные данные сохраняются во внутренней памяти, затем передаются на компьютер посредством Bluetooth или USB. При подключении интеллектуального пера к плате все записи могут быть переданы сразу на ноутбук или цифровую графическую доску. Например, если написать время на специальной бумаге, в тот же момент оно отобразится на доске.

Светодиодный куб

Светодиодный куб Адуино

LED-куб — популярный проект, который не так прост в реализации для начинающего пользователя. Потребуются знания основ электроники, навыки пайки и работы с платами Arduino.

Для построения куба необходимы диффузные светодиоды. Элементы объединяются в плоские квадратные матрицы в количестве, необходимом для создания кубической конструкции.

Если каждая сторона квадрата включает 10 светодиодов, то матриц должно быть 10.

По завершении первого этапа начинаются построение цепи и настройка микросхемы для управления LED-элементами. Внешнее управление кубом осуществляется с помощью платы Arduino типа Uno, Nano через интерфейс SPI.

Робот-пылесос

Автоматизация пылесоса осуществляется с помощью микроконтроллера, комплекта датчиков, модуля ориентирования в пространстве и элемента питания. Для корпуса робота-уборщика подойдут подручные средства (например, пластиковые контейнеры для корпуса и пылесборника, банки для колес).

Также потребуются двигатели с коробками передач и турбина-кулер системы охлаждения компьютера.

«Мозгом» устройства является плата «Ардуино», для которой разрабатывается свой программный код. Затем детали монтируются в общий блок.

Робот-пылесос ардуино

Распознавание лиц и слежка за ними на «Ардуино»

Спрос на камеры высокого разрешения стимулирует инженеров и программистов к созданию приложений на основе компьютерного зрения. Подобные программы позволяют отслеживать положение объекта в пространстве, его динамику и визуальные характеристики.

Реализация проекта проста: с помощью датчиков считывается информация об объекте через Wi-Fi-модуль, а специальное приложение отправляет необходимые данные в микроконтроллер. Изменения в динамике объекта фиксируются, на их основе производятся вычисления и передаются команды на сервоприводы.

Технологию можно адаптировать для идентификации людей по биометрическим данным или с использованием бесконтактных RFID-карт.

Эту функцию выполняют специальные модули — контроллеры-считыватели.

Система для аквариума в автоматическом режиме

С использованием контроллера Arduino можно автоматизировать различные функции аквариума:

  • включение и отключение освещения по расписанию;
  • включение и выключение компрессора в заданное время;
  • мониторинг температуры воды;
  • охлаждение.

3 первых пункта легко реализуются интеграцией стандартных модулей — часов, датчика температуры воды и комплекта реле.

Более сложным является механизм охлаждения. Самый дешевый и продуктивный вариант его воплощения — установка, действующая по принципу обдува. Для изготовления потребуется кулер, к которому подсоединяется провод с USB-разъемом для подключения к компьютеру.

Чтобы установка включалась и выключалась автоматически, создается дополнительный модуль на основе платы Arduino и датчика температуры воды. Настраивается он таким образом, чтобы при перегреве воды вентилятор запускался, а по достижении нужной степени охлаждения останавливался.

Теплица для растений

Теплица для растений ардуино

Умная теплица обеспечивает оптимальный микроклимат, необходимый для активного роста и развития растений. Для решения задачи собирается электроустановка, которая отслеживает параметры среды и управляет микроклиматом.

Параметры считывает модуль на базе Arduino Uno, который включает несколько элементов: фоторезистор для измерения интенсивности освещения, аналоговые датчики температуры и влажности. Для преобразования получаемых показателей на плату загружается соответствующая программа.

Для вывода показаний к контроллеру подключается ЖК-дисплей, для сигнализации изменений встраиваются светодиоды.

На последнем этапе добавляются функции управления: обдув, освещение и полив.

К контроллеру подключаются вентилятор для снижения температуры, различные типы ламп для освещения, насос для направления воды в почву. Для управления разрабатывается собственный скетч, при этом можно запрограммировать включение устройства умного дома по будильнику.

Создание аудиоплеера

Сборка аудиоплеера — прекрасный учебный проект для начинающих пользователей. «Мозгом» системы является контроллер «Ардуино».

Сначала подключается SD-карта в качестве носителя информации, затем реализуется воспроизведение звука с помощью готовых библиотек. При необходимости устанавливаются шилды с декодерами для дешифрования форматов файлов. Звук должен подаваться на динамики напрямую или через резистор. Для управления системой программа контроллера использует дистанционный пульт.

Управление квадрокоптером

Чтобы сделать устройство, потребуются плата типа Nano или Mega и небольшой комплект дополнительных элементов.

Для обеспечения радиосвязи используется простой дискретный модуль, подключаемый к пульту через интерфейс SPI.

Прибор настраивается в следующей последовательности:

  1. Индивидуальный сетевой адрес передается квадрокоптеру.
  2. Объект принимает сигнал, подтверждает его и начинает прослушивать транслируемые данные.
  3. Пульт после подтверждения передает цифровую информацию каждые 20 миллисекунд.

Управление квадрокоптером Ардулино

Создание вольтметра

Вольтметр часто рассматривается начинающими в качестве устройства для отработки навыков проектирования электронной техники.

Прибор измеряет напряжение на выбранном участке цепи. Хорошей реализацией учебной задачи является девайс с бесконечным сопротивлением без дополнительных воздействий на цепь.

К плате подключается комплект простых элементов: винтовые клеммы, силовой резистор и несколько добавочных, потенциометр, тактильные переключатели. Для вывода показателей подсоединяется ЖК-дисплей, для подачи сигналов — зуммер.

Для запуска проекта необходимы источник питания, кварцевый генератор и связанные выводы микроконтроллера со всеми портами.

Звуковая сигнализация

Сигнализация — простое устройство, с которого многие начинают свой путь в микроэлектронику. Сначала в схему включается инфракрасный датчик для определения присутствия живого объекта, затем информация пересылается по беспроводному каналу с помощью механизма приемопередатчика.

Чаще передающая часть включает плату модели Nano, инфракрасный датчик, радиочастотный передатчик и индикатор светодиода. Приемная часть содержит «Ардуино Уно», пьезозуммер, РЧ-приемник и светодиод. Далее разрабатывается простой скетч.

Разблокировка ПК с помощью «Ардуино»

При необходимости часто вводить логин и пароль для разблокировки ПК возникает желание автоматизировать эти действия.

Задача решается созданием девайса с применением Arduino Leonardo и шилда NFC.

Контроллер считывает ID карты NFC и в случае получения верного номера вводит пароль с помощью эмулятора клавиатуры.

Самые особенные проекты

Существуют разработки, которые решают важные социальные или образовательные задачи.

3D-сканер

Одним из последних технологических достижений стал 3D-сканер для создания точной копии модели объекта. Лучшим вариантом реализации устройства для любителей Arduino является проект Open Source, который называется FabScan. Пользуясь открытой информацией, любой новичок способен изготовить сканер дома, потратив не более 100 долларов. Проект несложный, но необходимы знание основ микроэлектроники и навыки работы с платой.

Игрушка Easy Robot Toy PipeBot

Easy Robot Toy PipeBot — это интеллектуальная игрушка, изготовить которую можно с детьми. Робот имеет форму трубки с 2 колесами и управляется с помощью пульта или смартфона.

К нему можно добавлять различные устройства: камеру, акселерометр и др.

Создавая поделку, ребенок освоит логику электронных схем и программирования.

Easy Robot Toy PipeBot

Приспособление для людей с ограниченными возможностями

Платформа «Ардуино» позволяет проектировать устройства, полезные людям с ограниченными возможностями здоровья. Например, сегодня востребована роботизированная рука, которая выполняет функцию захвата.

Для управления манипулятором собирается высокочувствительный пульт, который позволяет посредством минимальных движений руководить механизмом.

Роботизированная рука ардуино

Сегодня предлагается много различных приборов, сделанных для компенсации физических недостатков: ассистент общения, робот-поводырь, инерционный трекер и др.

Советы по работе с проектами «Ардуино»

Разработка «конструкторов» на базе Arduino требует прохождения стандартных этапов, характерных для любых проектов:

  1. Поиск идеи. Важно четко определить задачи системы.
  2. Обеспечение условий реализации. Нужно заранее подготовить ресурсную базу.
  3. Выбор элементной базы.
  4. Моделирование схемы. До создания робота сначала разрабатывается виртуальный прототип, продумываются его конструкция и возможные ошибки.
  5. Создание программы для контроллера.
  6. Окончательная сборка. Данная стадия предполагает тестирование и завершающую настройку.
Для освоения базовых навыков сборки и программирования полезной будет книга «25 крутых проектов с Arduino» Марка Геддеса.

Благодаря этому изданию путь в мир «Ардуино» станет приятным и увлекательным.

Ссылка на основную публикацию