Как правило, знакомство с аппаратной платформой Arduino начинается с подключения простейших периферийных устройств: светодиодов, кнопок, зуммеров и т.п. Обычно для этого схемы собирают на макетной плате, но возможен другой вариант. В продаже имеется шилд на котором уже скомпонована наиболее широко распространенная простая периферия. Данный многофункциональный шилд был приобретен на Али за 2 доллара.

Устройство поставляется в антистатическом пакете. Модуль имеет габариты 69 х 53 х 20 мм, масса 24,4 г.

Устройство рассчитано на совместную работу с платами Arduino UNO, Arduino Leonardo и Arduino Mega, хотя, разумеется, используя провода можно подключить данное устройство к любой плате семейства Arduino. Впрочем, последнее кажется автору настоящего обзора не рациональным, так как в этом случае утрачивается главное достоинство данной платы – простота монтажа.

Следует отметить, что при установке данной платы поверх классической Arduino UNO, плата встает с небольшим перекосом, причиной этого является достаточно крупный разъем USB-BF на плате Arduino UNO . Разумеется, на плате Arduino Leonardo такой проблемы не будет. Впрочем, на работе данного шилда это ни как не отразилось.

На плате имеется 4 семисегментных индикатора, включенных через сдвиговые регистры 74HC595, рядом с которыми располагается кнопка перезагрузки и разъем APC220 для подключения модулей Bluetooth или голосового модуля .

Кроме этого на плате имеется четыре красных светодиода, подключенные к портам D10, D11, D12, D13 платы Arduino. Зуммер подключается к порту D3, следует заметить, что звукоизлучатель оснащен встроенным генератором, так что воспроизвести простую мелодию с его помощью не получится. В нижней части платы располагается подстроечный резистор, подключенный к порту A0.

Три кнопки, подсоединены к портам A1, A2, A3 (цифровые порты D15, D16, D17, соответственно). Четыре трехконтактных разъема подключены портам D5, D6, D9, A5 и предназначены для подключения внешних устройств. Завершает список устройств разъем для подключения аналогового LM35 или цифрового DS18B20 датчиков температуры. Датчики подключаются к порту A4. Перемычка J1 подключает или отключает резистор 10 кОм для корректной работы датчиков

Управление светодиодами и звуковым излучателем ничем не отличается от управления любым простым цифровым устройством. Для примера можно помигать светодиодами и по пищать зуммером с помощью программы port_D.

Работа с потенциометром, также может быть описана классическим примером AnalogInput , который при помощи переменного резистора управляет частотой мигания светодиода, подключенного к порту D13.

Можно попробовать по управлять светодиодами с помощью кнопок, для этого надо загрузить программу _3_LED_with_button

Семисегментные индикаторы это мощное средство визуализации, следует иметь в виду, что если они не используются, то на них выводятся случайные символы.

Проверить их работоспособность можно с помощью программы _7seg

В принципе на основе данного шилда, без каких либо аппаратных доработок можно собирать разнообразные таймеры, например таймер обратного отсчета Count_Down_Timer . Таймер позволяет задавать временные промежутки от 10 сек до 60 мин 50 сек с шагом 10 сек. В этом таймере кнопкой A2 устанавливаются минуты, кнопкой A3 – секунды, а кнопка A1 запускает обратный отсчет. По окончании заданного отрезка времени раздается звуковой сигнал.

В целом шилд оставляет благоприятное впечатление. Данное устройство не только позволяет познакомиться с базовыми Arduino, но и может стать основой для несложного проекта, типа таймера, счетчика событий и т.п. Естественно обратной стороной попытки поместить на шилд максимум периферии, является то, что в каждом конкретном проекте часть деталей устройства использована, не будет.

Может показаться, что настолько примитивная периферия будет актульна только для обучения на начальном этапе. Отчасти это действительно так. Разумеется, проблемы с подключением к плате Arduino нескольких кнопок, светодиодов, зуммера или семисегментного индикатора могут возникнуть только у человека, который с паяльником на Вы . У любого более или менее опытного радиолюбителя с этим вряд ли будут проблемы.

Здесь вопрос в другом, если целью является создать прототип устройства за минимальное время, то лишние тривиальные операции это как раз то, что собственно отвлекает от творчества. По сути данный шилд укладывается в идеологию покупки удобств и собственного свободного времени за деньги.

Полезные ссылки

1. http://radioskot.ru/blog/raspinovka_usb_i_micro_usb/2013-09-11-97
2. http://publicatorbar.ru/2017/12/21/arduino-multi-function-shield/
3. http://robocraft.ru/blog/arduino/59.html
4. https://www.youtube.com/watch?v=_z263RK31QA

Обзор подготовил Denev.

«Шилд» своими руками

В этой статье рассказывается, как сделать собственный «шилд» для платы Arduino , используя для этого беспаечную макетную плату.

Необходимые компоненты

• Маленькая беспаечная макетная плата (Digikey 923273-ND)
• Маленькая печатная плата (Radio Shack 276-150)
• Два простых 8 -контактных гребешка (Jameco 70755 или Digikey AE10048-ND)
• Два 8 -контактных однорядных гребешка для монтажа накруткой (Jameco 78642 или Digikey S7006-ND)

Шаги

1. Берем печатную плату.
2. Берем гребешки для монтажа накруткой, вставляем их в крайний ряд отверстий на печатной плате и припаиваем.
3. Вставляем простые гребешки рядом с гребешками для монтажа накруткой. Припаиваем их.
4. Снимаем защитный слой с двусторонней клейкой ленты на макетной плате. Клеим макетную плату к печатной плате рядом с припаянными гребешками.
5. Осторожно сгибаем один ряд контактов для монтажа накруткой в сторону другого такого же ряда. Это нужно сделать, потому что расстояние между двумя гребешками на Arduino не соответствует шагу 2,54 мм , как на печатной плате. Да, очень жаль.
6. Готово! Финальный продукт выглядит примерно так:

На печатной плате два ряда контактов соединены друг с другом, поэтому использовать провода, чтобы соединить эти ряды друг с другом, не требуется – достаточно простой пайки.

На противоположный угол печатной платы можно нанести немного клея, чтобы он уравновешивал гребешки, а плата держалась ровно.

Использование

Собранный нами «шилд» получился односторонним, поэтому его можно подключить к плате так, чтобы ее верхняя сторона оставалась открытой.

Впрочем, «шилд» можно подключить и традиционным способом, как показано на самой первой картинке к этой статье. В таком виде доступ к разъему для питания и аналоговым контактам особых проблем не доставляет, но кнопку сброса и ICSP -гребешок достать уже сложнее. О, и все это заняло у меня примерно 10 минут работы .

Занимаясь роботостроением нам рано или поздно придется задуматься о сборке платы для управления двигателями. В случае если вам нужна фиксированная скорость моторов, без потери мощности, то лучше собрать реле шилд. В случае, если вам нужна плавная регулировка скорости вращения моторов и вы готовы ограничиться максимально потребляемым током мотора в 600мА, тогда читаем эту статью и собираем плату управления на широко известной микросхеме L293D. Встречайте Motor shield L293D .

Посмотрев даташит на последнюю микруху, можно понять, что она включает в себя 4 логических элемента И-НЕ. Возможна замена 74HC00 на советские аналоги К155ЛАЗ К155ЛА8. Принцип его работы можно понять, посмотрев на рисунок приведенный ниже (в зависимости от подаваемых сигналов на входы а & b мы получаем значение на выходе с). На рисунке также приведена "таблица истинности" для данного элемента.

Смыслом использования микросхемы 74HC00 в нашем устройстве является возможность менять единицу и ноль местами на выводах Output1 и Output2 микросхемы L292D, реверсируя этим направление вращения мотора, используя для этого только один вывод контроллера.

Направление вращения моторов мы задали, но без подачи питания на вывод Enable1 двигатель вращаться не будет. Подачей ШИМ сигнала именно на этот вывод мы и будем управлять скоростью вращения мотора. Более подробно про принцип работы L293D можно почитать .

Управление 1ым мотором (пин 4 - задаем направление вращения, пин 3 (ШИМ ATmega 168,328) разрешение вращения и регулировка скорости)

Управление 2ым мотором (пин 7 - задаем направление вращения, пин 5 (ШИМ ATmega 168,328) разрешение вращения и регулировка скорости)

В завершение вышесказанного, прикрепляю принципиальную схему (кликабельна).

Для управления скоростью моторов, выбраны оставшиеся ШИМ выводы (3, 5), которые, правда, доступны только на ATmega168, 328.

На мой взгляд, при использовании Мега8 лучше потерять возможность регулирования скорости движения, зато у вас будут доступны 3 свободных вывода (ШИМ на ATMEGA8 (9, 10, 11)) для управления сервоприводами, да и 8ую на 328ую можно заменить в любой момент, получив этим доступ к регулировке скорости.

Работа с серво

На плату установлены четыре разъема для подключения сервоприводов (6, 9, 10, 11).

На плате Ардуино уже имеется стабилизатор напряжения серии 7800, а именно 7805, который должен обеспечивать стабильное напряжение для работы контроллера. Во избежание просадки напряжения в цепи питания контроллера при резком запуске мощных сервоприводов - решено питать силовую серво часть от отдельного стабилизатора.

КР142ЕН5А является линейным стабилизатором, а это подразумевает, что вся преобразуемая энергия переводится в тепло и при подключении нагрузки стабилизатор начинает нагреваться прямо пропорционально величине потребляемого тока. Ввиду этого рекомендуется посадить стабилизатор на радиатор.

При использовании маломощных сервоприводов типа рекомендую использовать пятивольтовый стабилизатор с маркировкой 7805 он же КР142ЕН5А. Пяти вольт для питания сервоприводов такого типоразмера будет достаточно с головой.

В архиве лежат две папки и список деталей

. Папка MSV1DIY1 включает в себя шаблон ПП совместимой ТОЛЬКО с Arduino DIY (USB, COM), имеющими дополнительный выход VTG INPUT, напряжение на котором берется еще до защитного диода. При такой совместимости возможно запитывать и Ардуину от шилда, и силовую часть шилда от Ардуины, и стабилизатор для питания сервоприводов от Ардуино.

. Папка MSV1DIY2 включает в себя шаблон платы совместимой с оригинальными Arduino.

Открываем фото => Печать => Во всю страницу

Разница состоит в том, что возможное соединение питаний происходит на пине Vin Arduino. Напряжение на этом выходе получается равным входному минус потеря напряжения на защитном диоде (подаем к примеру 8 Вольт на разъем питания Ардуино, получаем примерно 7.4 Вольт на выходе Vin, а, следовательно, и на питание силовой части реле шилда), также и максимальный ток через диод ограничен 1000мА. Терять 0.7 вольта впустую не всегда позволительно. Выход из этой ситуации прост: запитывать не шилд от Ардуины, а Ардуину от шилда,тем самым минуя защитный диод.

Этот вариант также можно использовать и с самодельными версиями Ардуино по тому же принципу.

Для облегчения распайки smd компонентов с обратной стороны платы, где нет маркировки, приведу картинку.

MSV1DIY1

MSV1DIY2

И программирования. Он призван заменить громоздкие аналоговые устройства или микросхемы и идеально подойдет в качестве подарка всем радиолюбителям.

Arduino: высокотехнологичный конструктор

"Ардуино" представляет собой плату на микроконтроллерах с множеством контактов и собственным процессором. Плата является основой, к которой можно подключать довольно большое количество так называемых шилдов (от англ. shield — щит), расширяющих функциональность платы. Используется она в системах автоматизации процессов, но может также запросто применяться и в робототехнике. Областей деятельности платы "Ардуино" очень много. Но популярность она получила среди радиолюбителей именно как недорогой, но простой и очень многофункциональный конструктор.

Заставить "Ардуино" работать как нужно можно с помощью программирования. Процесс этот легок, и с ним справится даже новичок. А если пользователь обладает навыками языка С++, то запрограммировать плату получится очень просто и быстро.

Главным плюсом платы является возможность присоединения к ней неограниченного количества периферийных устройств, тем самым можно добиться максимальной автоматизации работы. Кроме того, если у новичка что-нибудь не будет получаться, это не беда. В сети существует огромное количество сообществ с массой информации и инструкций по программированию и подключению. радиолюбителей - это замечательный выбор.

Следует отметить, что конструктор работает на свободном программном обеспечении (например, специальный дистрибутив Linux), поэтому доплачивать за ОС и софт не придется.

Работа с shield-платами (шилдами)

Как уже говорилось выше, функциональность устройства повышается с помощью специальных плат — шилдов. Это готовые платы для управления тем или иным процессом. Шилды присоединяются с помощью разъемов - пинов. Диапазон процессов, которыми можно управлять с помощью шилдов весьма велик: от передачи данных по Ethernet до управления электродвигателями. Систему контроля процессов с помощью шилдов можно собрать своими руками. "Ардуино" лишь распределяет прописанную в программе роль того или иного внешнего устройства, а непосредственно работают уже сами платы расширения.

Бывают случаи, когда нужно записать в память некие данные (например, точки GPS). Сам "Ардуино" сделать этого не может, так как в нем отсутствует накопитель памяти. Вот здесь и пригодится шилд, добавляющий возможность использования карт micro-SD объемом до 64 Гбайт.

Как ни странно, но шилды даже можно создавать самому. Например, простенький LCD-шилд. Взять экран от калькулятора или старого пейджера и присоединить к пинам платы. Конечно, еще придется прописать программу, чтобы "Ардуино" выводил изображение на экран. И все, самодельный шилд готов.

Программирование "Ардуино"

Программы для "Ардуино" пишутся на языке Wired. Этот язык во многом схож с С++. Однако даже если у вас нет навыков программирования, то разобраться с Wired все равно не составит труда. На форумах, посвященных "Ардуино", программы для него называются «скетчами». Даже если самому программировать лень или не получается, можно найти огромное количество готовых скетчей.

Для каждого скетча требуется свой набор библиотек. Их также можно поискать на форумах по "Ардуино". Для начинающих существует очень неплохое справочное пособие с пошаговыми инструкциями написания скетчей для того или иного процесса.

Создание шилдов для "Ардуино" своими руками

Покупать шилды для "Ардуино" вовсе не обязательно. Скажем, нет у вас лишних 30$, но есть куча ненужных деталей и огромное желание что-нибудь автоматизировать. Не проблема. Главное, чтобы у вас уже была основная плата с прошитой ОС и возможностью написания скетчей.

Из подручных деталей может получиться схема "Ардуино". Своими руками останется только спаять компоненты. Хотя, если конструкция предполагается неподвижная, то и паять ничего не надо. Достаточно просто соединить компоненты проводами. Нужно заметить, что такой самодельный шилд для "Ардуино" по себестоимости получится в разы дешевле заводского. К примеру, набор "Ардуино" для автоматизации работы электродвигателей обойдется в 80-90$. Но если заняться сборкой самому, можно снизить себестоимость до 30$.

Также существует множество других наборов, созданных для тех или иных областей, и в них входят, помимо основной платы, все необходимые детали. К примеру, набор для создания «умного» дома, видеонаблюдения, климат-контроля или стереосистем.

Естественно, не все шилды можно сделать самому. В некоторых случаях просто можно не найти нужных деталей. К примеру, шилд с расширением для карты памяти придется покупать.

Для чего можно использовать "Ардуино"

Областей применения этого устройства очень много, рассмотрим только некоторые примеры использования.

Например, у вас есть машина. И вам нужно, чтобы на ЖК-экран магнитолы выводилась информация о скорости. Как сделать из "Ардуино" спидометр? Очень просто. Покупаем плату. К примеру, Arduino Mega 2560, GPS-модуль Ublox NEO 6m GPS. После этого ищем в сети готовые скетчи для управления, прописываем все это в "Ардуино", присоединяем друг к другу, и — все готово.

Так же легко можно создать целую систему управления своими руками. "Ардуино" дает такую возможность. Главное — запастись нужными скетчами и деталями.

Использование "Ардуино" в робототехнике

"Ардуино" широко используется в робототехнике. Благодаря тому, что к плате предусмотрено подключение большого количества сервоприводов, моторов, датчиков, можно получить целого робота, сделанного своими руками. "Ардуино" также позволяет запрограммировать его как вам угодно. Если вас интересуют ползающие, ездящие и прыгающие железяки, то "Ардуино" - определенно для вас.

Кроме того, если присоединить устройство вкупе с некоторыми датчиками к квадрокоптеру, может получиться неплохой робот-наблюдатель. А это уже довольно полезная разработка.

Именно в робототехнике можно проявить недюжинную фантазию, а с помощью "Ардуино" - претворить ее в жизнь. Некоторые умельцы даже делают прототипы из "Футурамы", используя как раз этот конструктор.

Вместо заключения

Платы контроллеров "Ардуино" идеально подходят для автоматизации любых процессов благодаря своей гибкости в настройке. Кроме того, проблем с программированием плат не возникнет ни у кого благодаря богатому справочному пособию по данной теме. Если что-нибудь сломается в процессе работы, несложно будет отремонтировать это своими руками. "Ардуино" позволяет человеку проявить безграничную фантазию. С помощью этой платы можно создать почти все что угодно, начиная от системы управления подогревом полов через смартфон и заканчивая роботом.

Не смотря на то, что в интернете много информации по и драйвера A4988 для ЧПУ станка . Я решил собрать все необходимо по данным железкам.

Можно использовать для создания CNC машины (ЧПУ станки) :

• фрезерный станок ;
• 3D-принтер ;
• лазерный гравер .

Что же из себя представляет CNC shield v3:

1 – Кнопка сброса.
2 – Колодки контактов для подключения внешних драйверов двигателей.
3 – Ось A может дублировать одну из осей X, Y, Z с помощью дополнительного двигателя и драйвера или работать автономно (например ось A может быть использована для двигателя экструдера, в случае 3D-принтера ). Эти колодки контактов служат для настройки оси A . Для дублирования осей нужно установить джамперы на эти колодки следующим образом:

Для автономной работы оси A. Колодка D12 замыкается для возможности управления шагом, колодка D13 замыкается для возможности управления направлением вращения. Направление вращение двигателя меняется путем смены контактов двигателя или изменение маски в прошивки.
4 – Разъем питания. На плату необходимо подавать питание 12 – 36 В .
5 – Возле каждого слота для подключения драйвера двигателей имеется колодка управления микрошагом двигателя. В зависимости от выставленных перемычек вы можете добиться вплоть до 1/32 шага на драйверах DRV8825 и 1/16 шага на драйверах A4988 . Установки джамперов для управления шагом или микрошагом для драйвера A4988 показаны в таблице.

MS1	MS2	MS3	Разрешение микрошага
			Полный шаг

6 – Колодки для подключения биполярного шагового двигателя (на 4 провода).

Как подобрать шаговый двигатель и как подключить шаговик с выводами больше 4 расазываю вот в предыдущей статье:
7 – Колодка контактов для интерфейсов UART и I2C:

• Контакты UART: RX, TX, 5V, 3V3;
• Контакты I2C: SCL, SDA, GND, RST.

8 – Колодка контактов для подключения 3 концевиков.
9 – Колодка для подключения контактов:

• Включения шпинделя (SpnEn);
• Направления шпинделя (SpnDir);
• Включения подачи охлаждения (CoolEn);

10 – Колодка для подключения контактов:

Внимание!!! С прошивки GBRL 9.0i были поменяны местами Z-Max (D12) и Spn_EN (D11).

Сейчас шпиндель подключается к D11, который является ШИМ портом. Для управлять оборотами шпинделя через ШИМ.

Теперь, если вы желаете подключить концевик Z_Max, то его необходимо подключить в Spn_EN, а включение шпинделя необходимо подключать в Z+.

Характеристики драйвера A4988:

• напряжения питания: от 8 до 35 В;
• возможность установки шага: от 1 до 1/16 от максимального шага;
• напряжение логики: 3-5.5 В;
• защита от перегрева;
• максимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиатором;
• расстояние между рядами ножек: 12 мм;
• размер платы: 20 х 15 мм;
• габариты драйвера: 20 х 15 х 10 мм;
• габариты радиатора: 9 х 5 х 9 мм;
• вес с радиатором: 3 г;
• вес без радиатора: 2 г.

Краткое описание драйвера A4988

Плата создана на базе микросхемы A4988 компании Allegro - драйвера биполярного шагового двигателя. Особенностями A4988 являются регулируемый ток, защита от перегрузки и перегрева, драйвер также имеет пять вариантов микрошага (вплоть до 1/16-шага). Он работает от напряжения 8 - 35 В и может обеспечить ток до 1 А на фазу без радиатора и дополнительного охлаждения (дополнительное охлаждение необходимо при подаче тока в 2 A на каждую обмотку).

Это основные характеристики железа для моего ЧПУ. В следующем видео сниму подключение 4 шаговых двигателей. Установлю кнопки. И попробуем работу электроники на столе. Сделаю пуск,чтобы убедиться что все правильно подключено и все работает без нагрузки. Это поможет нам при установке электроники на станок.

Подписывайтесь на мой канал на Youtube и вступайте в группы в