Открытая платформа Arduino высвобождает творческий потенциал. Часть 2 - Arduino Shields - расширение возможностей аппаратной платформы

Начало читайте здесь:

Часть 1

Arduino – это не специализированный продукт или технология, это экосистема аппаратного и программного обеспечения, инструментов и человеческих ресурсов, и в центре всего 8-разрядные микроконтроллеры семейства megaAVR, а с не давнего времени и 32-разрядный ARM микркоконтроллер на базе ядра Cortex-M3

Наряду с основной аппаратной платформой – процессорной платой, немаловажную роль играют платы расширения Arduino Shields. Благодаря этим платам и модулям значительно расширяется область применения Arduino, а также открываются новые возможности для простых радиолюбителей и коммерческих разработчиков.

Практически все процессорные платы Arduino благодаря универсальному форм-фактору поддерживают подключение модулей расширения, мезонинных модулей и дополнительных плат, которые присоединяются к шине микроконтроллера и линиям ввода/вывода посредством специальных штыревых разъемов с шагом 2.54 мм. Универсальная система подключения значительно упрощает процесс внедрения в проекты схем расширения с использованием либо промышленных, предварительно собранных плат от различных производителей, либо одного из представленных на рынке наборов для самостоятельной сборки совместимых по выводам плат расширения.

Открытая платформа Arduino увлекает как любителей, так и коммерческих разработчиков встраиваемых систем, в результате чего появилось множество специализированных плат расширения, включая платы реле, платы АЦП и ЦАП высокого разрешения, платы контроля электрической сети, источников питания и преобразователей, платы драйверов электродвигателей. Arduino легко подключается к проводным сетям, благодаря наличию официальной платы Ethernet Shield, нескольких коммерческих вариантов плат Ethernet и соотвтетствющих программных библиотек.

Официальная плата Arduino Ethernet Shield

С помощью платы Arduino Ethernet Shield подключить платформу Arduino к сети Интернет можно за считанные минуты. Просто соедините модуль с процессорной платой, подключите сетевой кабель с разъемом RJ45 и следуйте несложным инструкциям. В итоге вы получите возможность контролировать свое устройство через Интернет. Каждый элемент платформы (аппаратная часть, программная часть и документация) доступен бесплатно и имеет открытый код.

Плата расширения Arduino Ethernet совместима с процессорными платами Arduino Mega и Arduino Uno

Основные характеристики платы расширения Ethernet Shield:

• Требуется процессорная плата Arduino
• Рабочее напряжение 5 В
• Ethernet контроллер Wiznet W5100 со встроенным буфером 16 КБайт
• Скорость подключения 10/100 Мбит/с
• Подключение к Arduino по интерфейсу SPI
• Установлен слот для карт памяти microSD
• Поддержка подключения модуля PoE:
  • IEEE802.3af совместимый
  • Низкие пульсации и шумы выходного напряжения
  • Диапазон входного напряжения 36 … 57 В
  • Защита от перегрузки и короткого замыкания
  • Выходное напряжение 9 В
  • Высокоэффективный DC/DC преобразователь
  • Напряжение изоляции вход/выход 1500 В
• Встроенный контроллер сброса.

Работа с платой расширения, а также с картой памяти осуществляется с помощью программной библиотеки, поддерживающей до 4 одновременных входных подключений по протоколам TCP или UDP. Встроенный разъем RJ45 содержит интегрированный линейный трансформатор и позволяет использовать функцию Power over Ethernet.

Официальная плата Arduino Motor Shield

Силовой модуль для управления электродвигателями предназначен для упрощения разработки робототехнических устройств и моторизированных систем.

Модуль выполнен на базе полномостового драйвера L298, предназначенного для управления индуктивной нагрузкой (реле, соленоиды, двигатели постоянного тока и шаговые двигатели) и позволяет работать с двумя электродвигателями, контролируя скорость и направление вращения каждого независимо. Модуль рассчитан на работу только от внешнего источника питания.

Основные характеристики Arduino Motor Shield:

• Одновременное управление двумя электродвигателями постоянного тока или одним шаговым двигателем
• Независимый контроль скорости и направления движения
• Рабочее напряжение 5 … 12 В
• Установлен интегральный драйвер управления индуктивной нагрузкой L298
• Максимальный ток 2 А на канал, или общий максимальный ток 4 А
• Возможность измерения тока, потребляемого каждым двигателем (1.65 В/А).

Официальная плата Arduino Motor Shield может управлять двумя электродвигателям с контролем скорости и направления вращения

Рассчитанная на рабочее напряжение до 30 В и рабочий ток до 2.8 А, эта коммерческая плата предназначена для управления двумя электродвигателями постоянного тока и может применяться в робототехнике или других моторизированных приложениях

На сегодняшний день приобретают большую популярность беспроводные устройства (системы безопасности, устройства управления и контроля, датчики и исполнительные механизмы), действующие по различным беспроводным протоколам. Проекты на базе Arduino идут в ногу со временем, благодаря возможности простого добавления беспроводных функций. Коммерческие платы расширения и модули, которые поддерживают ZigBee, Bluetooth и IEEE 801.11 протоколы также доступны для пользователей. Кроме того, имеется несколько плат, которые содержат завершенные сотовые трансиверы на базе GSM с поддержкой GPRS сервиса и подкачаются к платформе Arduino Uno и Mega с питанием от интерфейса USB.

Официальная плата Arduino Wireless SD Shield добавляет возможность беспроводного обмена с отладочной платой. В основном, плата расширения рассчитана на подключение модулей XBee, однако возможно использование и других модулей с соответствующей топологией. Кроме того, на плате установлен слот для карт памяти SD, имеется небольшая область для макетирования и переключатель, который выбирает режим обмена с беспроводным модулем.

Официальная плата расширения Arduino Wireless SD Shield используется для организации беспроводной передачи данных с использованием, в основном, беспроводных модулей Xbee. Однако возможно использование и других беспроводных модулей с соответствующей топологией платы

Плата расширения Xbee Shield (Digi-Key) с установленным радиомодулем

Плата Arduino BT (Digi-Key) – это завершенная плата на базе микроконтроллера ATmega168 и беспроводного модуля Bluetooth Bluegiga WT11, обеспечивающая обмен по протоколу Bluetooth. Она имеет 14 цифровых входов/выходов (6 из которых могут использоваться как ШИМ выходы), 6 аналоговых входов, кварцевый резонатор 16 МГц, разъем внутрисхемного программирования. Отличительной особенностью является возможность программирования микроконтроллера по беспроводному интерфейсу.

Плата Arduino BT (Digi-Key) выполнена на микроконтроллере ATmega168 и модуле Bluegiga WT11

Следует напомнить, что все официальные продукты Arduino имеют открытый код, т.е. для пользователей доступны принципиальные схемы плат, файлы топологии, программные библиотеки и демонстрационные приложения.

Во многом таким же образом, как платформа с открытым исходным кодом Linux постепенно внедрялась в коммерческий рынок, низкая стоимость и универсальность Arduino начинают привлекать к себе коммерческих разработчиков аппаратного обеспечения и встраиваемых систем. Хотя многие начальные и базовые приложения были разработаны для любителей и студентов, ожидается, что технология Arduino, использующаяся для их создания, быстро проложит себе дорогу к промышленным продуктам.