В первом материале, рассказывающем об обучающем наборе «Цифровая лаборатория» NR05, мы в общих чертах описали принципы построения, состав набора и плату расширения.
Рассмотрим теперь входящее в состав набора обучающее пособие и разберем два несложных опыта с применением платы расширения, которые помогут понять, как подсоединяются внешние устройства, и как можно использовать встроенные кнопки, приведем примеры скетчей.
Как мы уже говорили, на плате размещены группы разъемов для подключения различных внешних модулей: датчиков, исполнительных устройств и устройств, использующих некоторые стандартные шины обмена информацией.
В качестве исполнительного устройства на плате предусмотрено место для установки жидкокристаллического символьного двухстрочного LCD-индикатора с подсветкой. На таком индикаторе можно отобразить достаточно информации, как в обучающих целях, так и при применении набора в качестве законченного устройства. В обучающем пособии рассказывается, как выводить символьную информацию на дисплей, как заставить дисплей отображать русские и английские буквы одновременно. Индикатор используется практически во всех описанных в брошюре проектах.
Рассмотрим самое простейшее исполнительное устройство – светодиод. В набор входит трехцветный (RGB – Red, Green, Blue) яркий светодиод. Из трех цветов такого светодиода с помощью изменения интенсивности каждого из них, в силу особенностей человеческого глаза можно получить любой цвет. Такой метод получения цвета называется аддитивным смешением цветов и используется, например, в телевизорах и мониторах. Смешав три цвета в равных пропорциях, мы получим белый цвет.
Подключим светодиод к разъему XP15 платы расширения, который дополнительно промаркирован «RGB_LED» с помощью четырех проводов или переходника. Мы применяем светодиод с общим катодом (общим «минусом»), поэтому самый длинный вывод светодиода подсоединяется к контакту GND («Ground»), а остальные выводы светодиода соединяем с контактами RED/D5 (красный), BLUE/D6 (синий), GREEN/D9 (зеленый).
D5, D6 и D9 – это цифровые выводы Ардуино, на которых можно получить широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления яркостью светодиода. В обучающем пособии приведен необходимый минимум теории ШИМ и способ реализации этой модуляции в Ардуино.
Приведем код программы (скетча), управляющей яркостью свечения RGB-светодиода:
При выполнении программы светодиод плавно меняет излучаемый цвет с красного на зеленый, потом с зеленого на синий, и далее с синего на красный.
Дополним нашу программу таким образом, чтобы на LCD-индикаторе отображались значения, в каждый момент времени соответствующие яркости каждого цвета от минимума (0) до максимума (255). Модифицированный код приведен под спойлером:
Теперь рассмотрим пример использования встроенных в плату кнопок.
В общем случае каждая кнопка подключается к отдельному цифровому выводу Ардуино, и программа последовательно опрашивает эти выводы для того, чтобы определить, какая кнопка нажата. Для экономии выводов Ардуино, которые необходимо задействовать для определения нажатия кнопки, в плате расширения набора «Цифровая лаборатория» используется «аналоговая» клавиатура, подключенная всего к одному аналоговому входу Ардуино. Такой способ часто используются в бытовой технике. Программа измеряет выходное напряжение на выходе делителя напряжения, которое зависит от того, какая кнопка нажата. В обучающем пособии рассмотрена теория такого делителя и способ его применения в клавиатуре. Недостатком такого способа является то, что кнопки можно нажимать только по одной, последовательно.
Загрузим в Ардуино соответствующую программу:
Для отображения информации о том, какая кнопка нажата, используется LCD-индикатор. Если нажимать кнопки, то на индикаторе будет отображаться номер нажатой кнопки.
Функция get_key возвращает целое число, соответствующее номеру нажатой кнопки, которое может быть использовано в основной программе. Калибровочные значения, с которыми сравнивается напряжение с выхода делителя, определены экспериментальным путем с помощью вот такой программки:
#include 
LiquidCrystal.h
LiquidCrystal lcd(A1, A2, A3, 2, 4, 7);
void setup()
{
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("Press keys");
delay(2000);
}
void loop() {
int input = analogRead(A6);
lcd.clear();
lcd.print(input);
delay(100);
}
Попробуйте загрузить ее в Ардуино и посмотреть, какие значения отображаются, и сравнить их с калибровочными. Попробуем теперь использовать рассмотренные примеры для создания программы, которая реализует управление светодиодом с помощью кнопок. Зададим следующий функционал:
- При нажатии на кнопку 1 (крайнюю слева) загорается красный цвет, на кнопку 2 – зеленый, 3 – синий. При повторном нажатии на кнопку соответствующий цвет гаснет. На индикаторе отображается, какие цвета включены.
- При нажатии на кнопку 4 включенные и выключенные цвета меняются местами
- При нажатии на кнопку 5 все цвета гаснут.
Вот один из возможных вариантов такого скетча:
В заключение приведем небольшой видеоролик, демонстрирующий описанные опыты:
Как видим, возможности платы расширения набора «Цифровая лаборатория» позволяют удобно, наглядно и быстро осваивать практику работы с Ардуино и подсоединяемыми дополнительными модулями.
В следующей статье мы рассмотрим взаимодействие Ардуино с Андроид-смартфоном по технологии Bluetooth с использованием платы расширения. Программировать смартфон будем с помощью проекта MIT App Inventor, который разработан и поддерживается Массачусетским Технологическим Интститутом.
