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無線電子工学および電気工学の百科事典 アルドゥイーノ。 知り合い。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / アマチュア無線デザイナー おそらく、初心者のアマチュア無線家の人生には、最も単純な電子機器では満足できなくなる瞬間が来るでしょう。 実用的なものをデザインしたいという欲求があります。 しかし、一対のトランジスタに基づくデバイスでは、多かれ少なかれ複雑な問題を解決できるとはほとんど期待できません。 一方、初心者プログラマは、ある種の自律型ロボットまたは他の同様のデバイスを制御するために作成したプログラムを必要とする場合があります。 プログラムが単にコンピューターのメモリ内の情報を操作する場合と、ロボットが書かれたプログラムに従って部屋中を「旅」する場合や、プログラムされたマイクロコントローラーが何らかの便利なデバイスの一部になる場合は、まったく別のことです。 同時に、初心者のアマチュア無線家もプログラマーも、マイクロコントローラーデバイスを再設計することはおろか、繰り返し行うのに十分な知識とスキルをまだ持っていません。 結局のところ、実際には、マイクロコントローラーは非常に小さくてシンプルですが、それでもコンピューターです。 特定のマイクロコントローラーのアーキテクチャを詳細に知り、そのマイクロコントローラーに固有のアセンブラー言語を学習する必要があります。 この問題を解決する最も簡単な方法は、子供向けのあらゆる種類のデザイナーの有名なメーカーであるレゴのようなロボットを作成するための既製のキットを使用することです。 このようなキットには、マイクロコントローラーユニット、電気モーター、センサーなど、ロボットの製造に必要なすべてのコンポーネントが含まれています。 このようなセットの疑いのない利点は、それに基づいてロボットを非常に簡単かつ迅速に設計できることです。 必要なソフトウェアはすべてキットに含まれており、直感的なインターフェイスを備えています。 技術文書は、テクノロジーを愛する若い人向けに設計されています。 しかし、著者によれば、それほど大規模ではないセンサーとアクチュエーターのセット、および標準的なプラスチック部品のセットには、不当に高額な金額を支払わなければならないということです。 しかし、これは、そのようなデザイナーが若い年齢層に最も適しているという事実を否定するものではありません。 特殊なコンストラクターのコストは高いにもかかわらず、比較的少数の標準機能ユニットを使用して複雑なデバイスを作成するというアイデア自体は、非常に合理的であるように見えます。 これは、AVR シリーズ マイクロコントローラーを搭載した Arduino ボードとそのための多くの拡張ボードの開発者がたどる道です。 現在、このボードの最も一般的なバージョンは Arduino UNO です。 カスタム プログラムを作成するには、専用の開発環境 Arduino IDE があり、広く使用されている C++ 言語をベースにした言語でプログラミングが実行されます。 Arduino の大きな利点は、ほぼ完全にオープンであることです。 開発者の公式 Web サイトでは、開発環境を無料でダウンロードできます [1,2]。 起動すると図のような状態になります。 プログラムを入力し、マシンコードに変換し、Arduino ボードのマイクロコントローラーにロードして実行できる 1 つのウィンドウ。
なお、Arduino 開発会社は Arduino LLC と Arduino SRL という 3 つの独立した会社に分割され、同じブランド名で製品を生産し続けているため、混乱が生じています。 それにもかかわらず、ソフトウェアは定期的に更新されており、Windows、Linux、MacOS 用のバージョンがあります。 ボード開発者が提供するソフトウェアに加えて、たとえば [XNUMX] など、他にも多くの開発環境があります。 ソフトウェアを含むフォルダーは、ドライブ C のルート フォルダーに配置するのが最適です。プログラム テキスト エディターとコンパイラーとともに、典型的なプログラムの例を含むサブフォルダーと、標準タスクを解決するためのライブラリのセットが含まれており、ソフトウェアの使用期間が大幅に簡素化されます。初心者プログラマー。 初めて Arduino ボードをコンピュータに接続すると、オペレーティング システムが新しいデバイスを検出し、そのドライバのインストールを要求します。このドライバもソフトウェア フォルダにあります。 ドライバーをインストールした後、コンピューターを再起動する必要があります。 インストールが成功すると、Windows デバイス マネージャーに追加の COM ポートが表示されます。 高級言語を使用すると開発が簡素化され、プログラマの資格要件が大幅に軽減されますが、その一方で、生成されるプログラムは占有メモリと実行速度の点で最適ではありません。 低レベル言語 (アセンブラー言語) で書かれたプログラムは、メモリ占有スペースが大幅に少なくなり、実行速度が速くなります。 しかし、アマチュアの開発では、これは無視できます。 当然のことですが、重大な場合には、細心の注意を払って Arduino を使用する必要があります。 ただし、最も単純なサーモスタットから無人航空機に至るまで、さまざまなデバイスで Arduino を使用することは基本的に可能です。 たとえば、超軽量打ち上げロケットの設計に携わるロシアの航空宇宙会社「Lin Industry al」[4]は、実験用ロケット（図2）用にArduinoベースの飛行パラメータ記録ユニット（図3）を作成しました。 また、インド研究科学教育研究所 (Trivandrum) の科学者たちは、訓練用電波望遠鏡で Arduino を使用しました [5]。
Arduino ボードにインストールされているマイクロコントローラーには、特別なブートローダー プログラムがあらかじめ書き込まれています。 その助けを借りて、コンピュータ上で開発されたアプリケーションプログラムがマイクロコントローラのプログラムメモリに書き込まれます。 ブートローダー自体はこのメモリの一部 (バージョンに応じて XNUMX ～ XNUMX キロバイト) を占有しますが、コンピューターとの対話のこの構成のおかげで、ユーザーが間違ったコマンドを使用してマイクロコントローラーを動作不能状態にすることは困難です。 。 ATmega4P マイクロコントローラは、328 KB の RAM と 2 KB のプログラム メモリを備えた Arduino UNO ボード (図 32) にインストールされています。 16 MHz のマイクロコントローラーのクロック周波数は、水晶振動子によって設定されます。 Arduino UNO は別個のプログラマを必要とせず、ボードはコンピュータの USB コネクタに直接接続できます。このボードには USB-BF コネクタとマイクロコントローラ上の USB-シリアル インターフェイス コンバータが備えられています。 Arduino ボードの他のバリエーションでは、micro-USB コネクタを使用してコンピュータに接続できます。 古いボードや自作のボードには、通常の COM ポートもあります。
コンピュータに接続された Arduino UNO ボードは、USB コネクタから電力を供給されます。 また、コンピュータなしで動作するには、ボードに特別なコネクタが付いている外部電源から7 ... 12 Vの電圧を供給する必要があります。 内蔵の電圧レギュレータのおかげで、Arduino UNO は供給電圧の品質に特別な要件を課しません。 したがって、その電源は、出力電圧が必要な範囲内にあるほぼすべての小型電源、さらには 9 V ガルバニック バッテリー、たとえば Krona (6F22) や 3336 つの直列接続された 3 バッテリー (12RXNUMX) などでも使用できます。 D14 ～ D0 と呼ばれる 13 本のデジタル入出力ラインがあり、外部アクチュエータとの通信やセンサーからの情報の取得に使用されます。 そのうちの 0 つでは、マイクロコントローラーはソフトウェア制御のデューティ サイクル (PWM) でパルスを出力できます。 ボード上には「~」のマークが付いています。 さらに、5 本のアナログ入力ライン A14 ～ A19 があります。 アナログ入力は、マイクロコントローラーに組み込まれた XNUMX ビットのアナログ - デジタル コンバーターに接続されますが、必要に応じて、追加のデジタル入出力ライン DXNUMX ～ DXNUMX として使用することもできます。 ボードのバージョンごとに、アナログ入力ラインと PWM モードで動作できるラインの数が変わることに注意してください。 たとえば、Arduino Leonardo ボードと国内の同等品 Iskra Neo には、12 本のアナログ ラインと XNUMX 本の PWM ラインがあります。 原則として、ボード上のすべての I/O ラインにはマークが付けられているため、理解しやすいです。 Arduino UNO ボードには 13 つの LED があります: 電源インジケーター (ON)、DXNUMX ラインに常時接続されている LED (L)、およびシリアル ポート (TXi RX) を介した外部デバイスとの情報交換を示す XNUMX つの LED 、およびマイクロコントローラーを初期状態にするボタンもあります。 Arduino の利点の XNUMX つは、幅広い追加ボード、いわゆる「シールド」(英語のシールド - シールド) です。 これらを使用すると、電気モーターやその他の強力な負荷を Arduino に接続したり、イーサネットや WiFi プロトコルを使用してコンピューター ネットワークで作業を提供したり、GSM 携帯電話ネットワークを介して情報を送信したり、サウンドを操作したりすることができます。公式および公式の両方の多くの既製のソフトウェア ライブラリ、シールドを使用した作業、およびサードパーティによって作成されたもの。 Arduino UNO ボードは、開発段階でのプログラムのデバッグや設計の確立に最適です。 しかし、多くの実際のアプリケーションでは、Arduino UNO の機能は冗長であり、そのサイズは完成品に取り付けるには大きすぎる可能性があります。 Arduino Nano および Arduino Mini ボードは、既製の設計での使用を目的としています。 パラメータの点では、Arduino UNOとほぼ同じですが、設計が簡素化され、寸法が小さく、やや安価です。 Arduino UNO の機能が十分でない場合は、より多くのメモリと I/O ラインを備えた Arduino Mega ボードを使用できます。 Arduino ボードのオプションのリストはこれに限定されませんが、初期検討のための他のオプションはあまり適切ではありません。 Arduino という名前だけが著作権で保護されているため、多くのメーカーが Free-duino、Craft Duino、Funduino、Diavolino などの名前で独自のバージョンをリリースしています。この多様性の中には、元のデザインを完全に再現したデザインだけでなく、オリジナルのデザインを完全に再現したデザインもあります。独自のデザインがあり、オリジナルとの互換性が疑わしい場合があります。 ただし、原則として、さまざまなメーカーのデバイスは標準化されているため、ボードが Arduino UNO のコピーであると宣言されている場合、Arduino UNO について述べられているすべてがそれに当てはまりますが、もちろん、各メーカーを保証することはできません。 アマチュアにとって許容できるレベルの品質は、オリジナルのデバイスのメーカーだけでなく、同様のデザインをはるかに低価格で提供するあまり知られていない企業によっても提供されます。 Arduino ボードはそれほど複雑ではなく、自作するのに非常に手頃な価格です。これに関するドキュメントはメーカーの公式 Web サイトにあります [6]。 Arduino ファミリーの一部である自家製ボードの説明は、Radio 誌にも掲載されました [7]。 これらの利点のおかげで、電子機器愛好家の間では、Arduino は一種の標準になっています。 完全な機能ブロックとプログラム ライブラリを使用すると、開発が大幅に簡素化され、開発速度が向上します。 実際、Arduino シールドは「ブラック ボックス」です。 このブロックまたはそのブロックが特定の信号や影響にどのように反応するかは重要ですが、その内部構造は基本的なものではありません。 Arduino の説明に特化したロシア語の印刷出版物は存在しますが、率直に言って、すべての書店や図書館の棚に置いてあるわけではありません。 例として、本 [8] を引用することができます。定期刊行物の中には、雑誌「Levsha」(雑誌「Young Technician」の付録) の一連の記事に注目することができます。 そこで、から始めます 6 年の第 2012 号は、Arduino の使用に関する記事を毎月掲載しています [9]。 ただし、インターネット上では、完全に Arduino に特化したリソース [10-12] と、対応するセクションがあるより広範な科学的および技術的方向性のサイト [13-16] の両方を見つけることができます。 結論として、Arduino での作業を容易にするために、いくつかの簡単なデバイスを作成できることがわかります。 たとえば、電線の剥がした端をコネクタのソケットに差し込むのはあまり便利ではありません。 これについては、図に示されています。 ピンとソケットの両方を備えたラグ付きの 5 本の特別な接続ワイヤ。 コネクタの接点を使用して、同様のワイヤを自分で簡単に作成できます。 また、外部機器を素早く接続するには、図に示すような接続線を使用することをお勧めします。 6、その一端にはワニコネクタがはんだ付けされており、もう一端にはピンコンタクトが付いています。
多くの場合、たとえば、複数のセンサーに電力を供給するために、ボードの XNUMX つの出力に複数のワイヤを接続する必要があります。 ここでは、PBS ソケットなどを使用できます。そのすべてのリード線を一緒に接続し、接続線にはんだ付けする必要があります。接続線の反対側の端にはピン接点があります。 はんだごてを使用せずに簡単なデバイスを迅速に組み立てるには、特別なプロトタイピング ボードが適しています。 そのうちの 7 つの外観を図に示します。 図は図 8 にあります。 XNUMX.
部品のハードリードはそのようなボードのスプリングソケットに挿入され、それらの間の失われた接続はワイヤージャンパーまたは上記のワイヤーで行われます。 したがって、Arduino の主な利点は、一方では、かなり複雑な設計の基礎となるために十分に開発された柔軟な機能が存在することですが、他方では、開始するために必要な初期知識の量はそれほど多くありません。実際には、物理学やコンピューターサイエンスの学校のコースを超えています。 文学
著者：D。Lekomtsev
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