Zostań mistrzem Arduino. Projekty dla początkujących i zaawansowanych

Jon Hoffman

Arduino od wielu lat cieszy się niesłabnącą popularnością wśród miłośników elektroniki, robotyki i tych, którzy lubią w domowym zaciszu zbudować sobie własny gadżet. Arduino może komunikować się z komputerem, posiada także porty służące do podłączania zewnętrznych elementów elektronicznych, takich jak silniki, przekaźniki, fotodiody, diody laserowe, głośniki, mikrofony itp. Oprogramowanie służące do programowania Arduino jest dostępne za darmo. To wszystko sprawia, że platforma może posłużyć do budowy najprzeróżniejszych robotów, sterowników, czujników czy interfejsów do komunikacji z innymi urządzeniami.

Ta książka jest wszechstronnym przewodnikiem, dzięki któremu w pełni wykorzystasz Arduino. Z jej pomocą szybko zdobędziesz wiedzę o elementach elektroniki i programowania, aby wkrótce tworzyć zaawansowane projekty Arduino. Znajdziesz tu mnóstwo praktycznych wzorów i przykładów do ćwiczeń. Rozpoczniesz od podstaw elektroniki, dzięki którym zrozumiesz zagadnienia dotyczące komponentów, układów i prototypów. Następnie poznasz podstawy kodowania, dowiesz się, jak posługiwać się Arduino IDE, jak podłączyć Arduino do komputera i jak uruchamiać własne projekty. Kolejne rozdziały książki dotyczą małych projektów, dzięki którym nauczysz się wykorzystywać do budowania własnych urządzeń wyświetlacze LCD, silniki krokowe, syntezatory mowy, a nawet technologie bezprzewodowe!

W tej książce:

• podstawy teorii elektroniki i obwodów
• Arduino IDE i podstawowe operacje w języku C
• sterowanie diodami LED za pomocą kodu
• stosowanie silników krokowych w budowie robota
• zdalne sterowanie Arduino za pomocą RF i Bluetooth
• budowa generatora dźwięków z przyciskami

Arduino już masz. Teraz potrzebujesz tylko wyobraźni!

O autorze

Jon Hoffman od ponad ćwierćwiecza zajmuje się administrowaniem systemami i sieciami oraz ich bezpieczeństwem, a także tworzeniem aplikacji i architekturą systemów. Od 2008 roku tworzy oprogramowanie na platformę iOS. Jego prawdziwą pasją jest podejmowanie wyzwań w zakresie technologii informatycznych i oczywiście pokonywanie napotkanych problemów.

Spis treści

O autorze 13

O recenzentach 14

Przedmowa 15

Rozdział 1. Arduino 19

• Historia Arduino 20

  Czym jest Arduino? 22

• Odkrywamy płytkę Arduino UNO R3 22
• Zasilanie Arduino 24

  Używanie do zasilania Arduino pinów VIN/GND 24

  Używanie do zasilania Arduino wejścia zasilania DC 25

  Używanie do zasilania Arduino złącza USB 26

• Płytki Arduino shield 27
• Piny na płytce Arduino 28

  Piny cyfrowe 29

  Analogowe piny wejściowe 29

  Piny PWM 29

  Piny zasilania 30

  Piny transmisji szeregowej 30

  Piny SPI 30

• Odmiany płytki Arduino 31

  Arduino Micro 31

  Arduino Mega 2560 32

  Lilypad 32

  Arduino Nano 33

  Zamienniki płytek Arduino 33

• Podsumowanie 36

Rozdział 2. Podstawy elektroniki 37

• Elektroniczne bloki konstrukcyjne 38

  Zasilanie 38

  Wejście 39

  Wyjście 39

  Układ sterujący 39

• Multimetr 40
• Elementy elektroniczne 43

  Rezystor 43

  Potencjometr 43

  Przełączniki 44

  Tranzystor 45

  Dioda LED 46

  Kondensator 46

  Układ scalony 47

• Czym jest energia elektryczna? 48
• Prąd 49
• Napięcie 49
• Oporność 50
• Prawo Ohma 51
• Czym jest moc? 51
• Kody kolorów rezystorów 52
• Podsumowanie 53

Rozdział 3. Schematy obwodów 55

• Czym jest obwód? 55
• Fritzing 58
• Diagramy Fritzing 59
• Schematy symboliczne 60
• Obwody równoległe i szeregowe 61
• Obwody szeregowe 61

  Rezystancja 62

  Napięcie 62

  Prąd 62

• Obwody równoległe 62

  Rezystancja 63

  Napięcie 63

  Prąd 63

• Spadek napięcia 64
• Zapalanie diody LED 64
• Podsumowanie 66

Rozdział 4. Podstawy prototypowania 67

• Tworzenie miejsca do pracy 68
• Używanie bezlutowej płytki prototypowej 69
• Kable Dupont 73
• Prototypowanie 73

  Cztery bloki budulcowe projektu elektronicznego 75

  Tworzenie schematu 76

  Budowa prototypu 76

• Pierwszy prototyp 76
• Podsumowanie 79

Rozdział 5. Arduino IDE 81

• Szkic Arduino 81
• Arduino IDE 82

  Odkrywanie IDE 83

  Konfigurowanie Arduino w środowisku IDE 84

• Arduino Web Editor 86

  Odkrywanie edytora 87

  Konfigurowanie Arduino w środowisku Arduino Web Editor 88

• Przykłady 88
• Biblioteki Arduino 92
• Monitor szeregowy 95
• Witaj świecie! 98
• Echo 99
• Podsumowanie 101

Rozdział 6. Programowanie Arduino - podstawy 103

• Nawiasy klamrowe 104
• Średniki 104
• Komentarze 104
• Zmienne 105
• Typy danych 105

  Boolean 106

  Byte 106

  Integer 106

  Long 107

  Double i float 107

  Char 107

• Tablice 108
• Tablice znaków 110
• Stałe 110
• Funkcje arytmetyczne 111
• Operatory porównania 112
• Operatory logiczne 113
• Rzutowanie 113
• Podejmowanie decyzji 114
• Pętle 116
• Funkcje 117
• Podsumowanie 119

Rozdział 7. Programowanie Arduino - więcej niż podstawy 121

• Ustawianie trybu pinu cyfrowego 122
• Zapis pinów cyfrowych 123
• Odczyt pinów cyfrowych 124
• Zapis pinów analogowych 125
• Odczyt pinów analogowych 126
• Struktury 127
• Unie 129
• Dodawanie zakładek 130
• Praca z zakładkami 133
• Programowanie obiektowe 134
• Biblioteka String 137
• Podsumowanie 139

Rozdział 8. Czujnik ruchu 141

• Wprowadzenie 141
• Potrzebne komponenty 144
• Schematy połączeń 144
• Kod 146
• Uruchamianie projektu 147
• Zadanie dodatkowe 147
• Podsumowanie 148

Rozdział 9. Czujniki środowiskowe 149

• Wprowadzenie 149
• Potrzebne komponenty 152
• Schematy połączeń 152
• Kod 152
• Uruchamianie projektu 159
• Zadanie dodatkowe 160
• Podsumowanie 160

Rozdział 10. Unikanie przeszkód i wykrywanie kolizji 161

• Wprowadzenie 161

  Czujnik zderzeniowy 162

  Czujnik unikania przeszkód 163

  Ultradźwiękowy wykrywacz zasięgu 164

• Potrzebne komponenty 165
• Schematy połączeń 165
• Kod 166
• Uruchamianie projektu 168
• Zadanie dodatkowe 169
• Podsumowanie 170

Rozdział 11. Zabawa ze światłem 171

• Wprowadzenie 171
• Potrzebne komponenty 173
• Schematy połączeń 174
• Kod 175

  Dioda LED RGB 175

  NeoPixel shield 176

• Uruchamianie projektu 179
• Zadanie dodatkowe 179
• Podsumowanie 180

Rozdział 12. Zabawa z dźwiękiem 181

• Wprowadzenie 181
• Potrzebne komponenty 183
• Schematy połączeń 183
• Kod 184

  Korzystanie z funkcji tone() 184

  Odtwarzanie dzwonka w formacie RTTTL 187

• Zadanie dodatkowe 189
• Podsumowanie 190

Rozdział 13. Korzystanie z wyświetlaczy LCD 191

• Wprowadzenie 191
• Potrzebne komponenty 193
• Schematy połączeń 193
• Kod 195

  Rysowanie linii 196

  Wyświetlanie tekstu 196

  Obracanie tekstu 198

  Podstawowe kształty 198

  Figura wypełniona 199

  Prostokąt 200

  Wypełniony prostokąt 200

  Zaokrąglony prostokąt 201

  Wypełniony zaokrąglony prostokąt 201

• Zadanie dodatkowe 202
• Podsumowanie 202

Rozdział 14. Rozpoznawanie mowy i synteza głosu 203

• Wprowadzenie 203
• Potrzebne komponenty 206
• Schematy połączeń 206
• Kod 207
• Uruchamianie projektu 209
• Zadanie dodatkowe 209
• Podsumowanie 210

Rozdział 15. Silniki prądu stałego i ich sterowniki 211

• Wprowadzenie 211
• Potrzebne komponenty 215
• Schematy połączeń 215
• Kod 217
• Uruchamianie projektu 218
• Zadanie dodatkowe 219
• Podsumowanie 219

Rozdział 16. Serwosilniki 221

• Wprowadzenie 221
• Potrzebne komponenty 223
• Schematy połączeń 223
• Kod 224
• Zadanie dodatkowe 226
• Podsumowanie 226

Rozdział 17. Korzystanie z przekaźników 227

• Wprowadzenie 227
• Potrzebne komponenty 230
• Schematy połączeń 231
• Kod 232
• Zadanie dodatkowe 233
• Podsumowanie 233

Rozdział 18. Zdalne sterowanie Arduino 235

• Wprowadzenie 235
• Potrzebne komponenty 238
• Schematy połączeń 239
• Kod 239
• Zadanie dodatkowe 243
• Podsumowanie 244

Rozdział 19. Tworzenie robota 245

• Wprowadzenie 245
• Podwozie i ruch 246
• Silniki i zasilanie 249
• Robot autonomiczny - unikanie przeszkód i wykrywanie kolizji 252
• Zdalne sterowanie robotem 255
• Udzielanie informacji zwrotnych użytkownikom 255
• Ruch obrotowy 256
• Projekty nierobotyczne 257

  Stacja pogodowa 257

  Inteligentny termostat 257

• Czujnik zbliżania się 257
• Zadanie dodatkowe 258
• Podsumowanie 258

Rozdział 20. Bluetooth LE 259

• Wprowadzenie 259
• Technologie radiowe Bluetooth LE 261

  Topologie sieciowe 263

  Profile Bluetooth LE 265

  Moduł Bluetooth HM-10 270

• Potrzebne komponenty 271
• Schematy połączeń 272
• Projekt 1. Transmisja szeregowa 273

  Polecenie testowe 276

  Zapytanie o wersję oprogramowania 276

  Przywracanie ustawień fabrycznych 276

  Restart modułu 277

  Zapytanie o adres MAC (Media Access Control) 277

  Ustawianie nazwy 277

  Zapytanie o nazwę 277

  Ustawianie interwału rozgłaszania 277

  Zapytanie o interwał rozgłaszania 278

  Ustawianie typu rozgłaszania 278

  Zapytanie o typ rozgłaszania 278

  Ustawianie szybkości transmisji 278

  Zapytanie o szybkość transmisji 279

  Ustawianie identyfikatora cechy 279

  Ustawianie identyfikatora usługi 279

  Zapytanie o identyfikator usługi 279

  Ustawianie roli 279

  Zapytanie o rolę 279

  Wyczyszczenie informacji o ostatnio połączonym urządzeniu 280

  Próba nawiązania połączenia z ostatnio połączonym urządzeniem 280

  Próba nawiązania połączenia z adresem 280

  Ustawianie kodu PIN 280

  Zapytanie o kod PIN 281

  Ustawianie mocy modułu 281

  Zapytanie o moc modułu 281

  Ustawianie trybu łączenia 281

  Zapytanie o tryb łączenia 281

  Ustawianie powiadomień 282

  Zapytanie o ustawianie powiadomień 282

• Projekt 2. Sterowanie diodą LED 286
• Projekt 3. Czujnik środowiskowy 288
• Co nowego w Bluetooth 4.1, 4.2 i 5.0? 292

  Bluetooth 4.1 292

  Bluetooth 4.2 292

  Bluetooth 5.0 293

  Bluetooth mesh 293

• Zadanie dodatkowe 293
• Podsumowanie 294

Rozdział 21. Bluetooth Classic 295

• Wprowadzenie 295
• Radio Bluetooth 297

  Topologia sieci 298

• Potrzebne komponenty 299
• Schematy połączeń 299
• Projekt 1. Konfigurowanie modułów Bluetooth 301

  Polecenie testowe 304

  Reset urządzenia 304

  Zapytanie o oprogramowanie firmware 304

  Przywracanie ustawień domyślnych 305

  Zapytanie o adres modułu 305

  Ustawianie trybu modułu i zapytanie o tryb modułu 305

  Ustawianie parametrów UART i zapytanie o te parametry 305

  Ustawianie trybu połączenia i zapytanie o ten tryb 306

  Ustawianie adresu powiązania i zapytanie o ten adres 306

• Projekt 2. Połączenie szeregowe, wysyłanie danych 309
• Projekt 3. Zdalne sterowanie joystickiem 312
• Podsumowanie 316

Skorowidz 317