Чертежи shield arduino в lay. Делаем шилд программатора, для валяющейся без дела Arduino Uno

01 02.2017

Шильды Arduino пестрят своим разнообразием и функционалом. Дополнительные платы расширяют возможности основного контроллера. Эти платы позволяют обеспечить функции, которые нужны для определённых задач в конкретных проектах. На рынке их навалом. Давайте рассмотрим наиболее популярные и интересные модули для практических применений в разработке устройств.

Из этой статьи вы узнаете:

Приветствую уважаемый посетитель! Меня зовут Гридин Семён, я являюсь автором блога kip-world, обо мне вы можете почитать . Рынок пестрит разнообразием различных плат, в том числе и клонов. Сегодня в этой статье я выделил модули, которые по-моему мнению основные и представляют наибольший интерес. Их основные функции и работу с ними я опишу в следующих сериях статей. Я относительно поделил шильды на несколько групп:

Коммуникационные;
Силовые;
Датчики-сенсоры;
Модемы;
Специальные.

Коммуникационные модули позволяют обеспечивать различные способы связи между девайсами, как проводной, так и беспроводной. Платы расширяют функционал в частности и систему в целом. В эту группу входят различные WI-FI, Ethernet, различные интерфейсы, создающую гибкость системы.

Силовые модули — драйверы двигателей, драйверы для шаговиков, сервоприводы. Релейные и транзисторные шильды тоже можно отнести к силовым.

Видеть, слышать и чувствовать система может только через датчики . Их достаточно много. Среди большого числа датчиков существует и экзотика — датчик дыма, датчик влажности почвы, инфракрасный датчик. И, благодаря создателям Ардуино, цена очень демократичная. Так как я работаю в сфере автоматизации, эти же датчики будут стоить в 200-300 раз дороже.

К группе модемов я отнес GPRS-модемы. Работают они с GSM связью. Модули выполняют совершенно специфическую функцию — сбор данных, отправка СМС, приём звонков.

В категорию специальных попадают те, которые сложно определить к какой-либо группе. Разработчики выпускают кучу всяких переходников, пультов, сенсорных панелей, ЖК-индикаторов. Специальный ключ RFID тоже можно отнести в эту группу.

Если чего-то не хватает в списке, пишите в комментариях, я буду дополнять. Для тех, кто впервые связывается с Ардуино предлагаю прочитать про . А сейчас я расскажу о 5 модулях, с которыми мне хотелось бы ознакомиться в первую очередь, и предлагаю их вам!!

Интернет-модуль Ethernet shield W5100

На первое, что обращу внимание это Ethernet shield W5100. Модуль интернет-адаптера для отображения так называемой «визуализации» в браузере. Идеально подходит для системы «умного дома», метеостанции, диспетчеризации (если необходимо следить за физическими параметрами). Существует возможность использования в облачных технологиях .

Описание модуля:

Поддержка протокола TCP/IP
Слот для карты памяти microSD
Уровень напряжения 3.3/5 В
Совместима с платами Arduino UNO и MEGA
Уровни системы: UDP, TCP, IPv4, ARP, MAC

GPRS-модем GSM shield SIM900

Следующая в списке плата расширения GSM shield SIM900.Если устройство находится далеко от вас и требуется беспроводная связь, то технология GSM связи для вас. Есть возможность отправлять SMS в случае аварии или какого-нибудь события. Можно применить например в теплице для периодического контроля температуры и влажности.

Характеристики платы расширения:

Сборка на основе микросхемы SIM900
Рабочая частота GSM 850/900/1800/1900 МГц
Управление с помощью AT-команд
встроенный протокол TCP / UDP
возможность подключения динамика и наушников, есть возможность отправлять сигналы DTMF и проигрывать записи как на автоответчике
держатель SIM-карты и GSM антенны
12 выводов GPIO (General Purpose Input/Output), 2 ШИМ (широтно-импульсная модуляция) и АЦП (аналогово-цифровой преобразователь)

Есть и дорогие аналоги для более серьёзных и надёжных систем. Совсем недавно я написал программу для взаимодействия GPRS модема ПМ-01 и ПЛК100. В случае возникновения аварии устройство отправляет смс на номер получателя.

WI-FI модуль ESP8266

Еще один способ передачи информации по беспроводной связи, это передача по WI-FI. Для такого случая есть небольшой модуль WI-FI ESP8266.Способ подключения и принцип действия мы рассмотрим позже. Выглядит она таким образом.

Описание модуля:

Беспроводной интерфейс: Wi-Fi 802.11 b/g/n 2,4 ГГц
Режимы: P2P (клиент), soft-AP (точка доступа)
Максимальная выходная мощность: 19,5 дБ·мВт (89 мВт)
Номинальное напряжение: 3,3 В
Портов ввода-вывода свободного назначения: 2
Частота процессора: 80 МГц

Драйвер двигателей L293D

Для управления различных машинок и танчиков на двигателях постоянного тока в основном применяется драйвер двигателей L293D.Существует несколько вариаций подключения — и для шаговых двигателей, и для сервоприводов. Всё зависит от программы, которую вы напишите. Напишите в комментариях, как вы используете данный драйвер? В ближайшее время хочу приобрести данный девайс, очень интересно собрать робота на колёсах. Да, кстати вот он сам:

Его характеристики:

Cовместим с Arduino Mega 1280 и 2560, UNO, Duemilanove, Diecimila
4-х канальное управление
питание моторов от 4.5В до 36В
допустимый ток нагрузки 600мА на канал, пиковый ток - 1.2A
защита от перегрева
2 интерфейса с точным таймером Arduino (не будет «дрожания») для подключения сервомоторов на напряжение 5В, если напряжение питания нужно повыше, то подключение по питанию нужно переделать как описано ниже
возможно одновременно управлять 4 двунаправленными DC коллекторными моторами или 2 шаговыми, и 2 сервомоторами
разъем для подключения внешнего источника для раздельного питания управляющей логики и моторов

Модуль интерфейса RS-485

Для меня лично интересна ещё вот такая штука — RS485 Shield. Почему? Интерфейс RS-485 является промышленной витой парой для соединения различных промышленных модулей. Шина работает с протоколом ModBUS RTU и ModBUS ASCII. Просто интересно, как будут взаимодействовать Arduino с остальными устройствами по интерфейсу.

Характеристики модуля:

Питание 5.0 В
16 цифровой порт ввода-вывода (в том числе интерфейс I2C)
6 аналоговых I/O портов
Переключатель в режима программирования
Автоматический / ручной переключатель режима трансивера
Стандартный интерфейс RS485, мини-интерфейс RS485 (PH2.0) и выводы RS485

Ну, на этом всё, с этими модулями мне бы хотелось поработать больше всего. А что можете предложить вы? Что можно добавить в список? Пишите в комментах...

В следующей статье я расскажу как можно подключить к Ардуино, не пропустите будет интересно... Подпишитесь на обновления!

С уважением, Гридин Семён.

Шилд - это плата дополнения. Я предлагаю разделить шилды на полноразмерные и отдельные модули. Полноразмерные своими очертаниями повторяют форму платы Arduino, будь то UNO, Nano или MEGA. Отдельные модули - это платы произвольной формы, созданные для выполнения определенного набора функций. И те и другие могут быть как универсальными, так и для выполнения узконаправленных задач.

В магазинах можно встретить великое множество шилдов, а при определенной квалификации вы сами можете развести печатную плату, по форме и расположению выводов повторяющую ардуину и собрать свой уникальный. На картинке изображена с набором шилдов.

Начнем с шилда, который не несёт в себе никаких особенных функций, а создан для удобства монтажа ваших проектов. Итак первый в нашем обзоре облегчит монтаж проектов с платой Arduino Nano, правда толку от малых размеров «НАНО» в таком случае ноль.

На плате расположен разъём для подключения штекера от блока пиитания, стабилизатор напряжения, а также клеммные колодки. Они подписаны и соответствуют выводам «Нанки». Кроме того присутствует кнопка «сброс» и светодиод «Питание».

Второй шилд предназначен для платы Uno. На нем расположена беспаечная макетная плата для сборки проекта и выводы, дублирующие те, что на самой ардуине - удобное решение.

Любой аналоговый датчик нуждается в питании и минусовом контакте, когда их много - перемчек становится столько, что разобраться в схеме будет очень трудно. Поэтому конструкторы придумали шилды для таких решений. В них выведены все входы и выходы, а питающие контакты продублированы и размещены рядом.

Вот пример такой платы для Ардуино версии Мега.

Проводная и беспроводная связь

С помощью этих плат можно организовать управление микроконтроллером по сети через кабель Ethernet, например, или беспроводов - через GSM-связь, вставив сим-карту.

Эта плата называется w5100 - содержит Ethernet модуль и модуль SD-кардридера. Это значит, что можно хранить данные, например лог измерений датчиков на карту памяти и управлять системой через web-интерфейс. Чтобы связать с ним ардуино пользуйтесь библиотеками:

Ethernet library;

Обратите внимание внешне он повторяет концепцию Arduino UNO R3, кроме того, он подойдет и на Mega.

Если W5100 вам кажется слишком крупным - то ENC28J60 займет меньше места. К сожалению в нем уже отсутствует SD-модуль.

Минусом является то, что он не может быть монтирован на плату, а выполнен в виде отдельного модуля.

W5500 - еще один вариант Ethernet-шилда. По своей сути - это доработанная версия W5100, оптимизированная в плане скорости и энергоэффективности.

Обратите внимание, на полноразмерных шилдах все пины дублируются клеммной колодкой. К сожалению, шилды используют порты. Конкретно этот задействует MOSI, MISO, SCK, и пин 10, для сигнала CS (выбор адресата для связи).

Если вам нужна беспроводная связь - ваш выбор это Wi-fi шилды, если есть интернет и роутер, а если этого нет - GSM-модули или GPRS Шилды.

На фото официальный шилд. На нём установлен слот под Micro SD-карту памяти, а связывается с микроконтроллером он по SPI-протоколам, через Mini-USB можно обновлять его программное обеспечение. Поддерживает 802.11b/g.

GPRS-шилд от «Амперки» вы видите выше. Вы можете заменить антенну на более мощную. Ближе к зрителю виден слот для SIM-карты, чуть дальше слот под батарейку CR1225. Батарейка на плате нужна для хота часов реального времени, а это немаловажное дополнение к возможностям GPRS-шилда. Вы можете отправлять СМС на него и с него.

С помощью этой платы можно вести контроль и давать команды (или любому другому проекту вашей реализации) находясь на любом удалении. Важно, чтобы вы находились в зоне приема сотовой связи.

Как хранить данные на Arduino?

В проектах не вся информация помещается в память микроконтроллера. Иногда требуется хранить некоторые объемы информации. Первое, что приходит на ум, уже сказано - это запись информации с датчиков, чтобы в дальнейшем изучать как изменяется окружающая среда с течение часов, дней, лет. Отличным примером является - домашняя метеостанция. Это полезно не только ученым-исследователям, но и любителям для общего образования и развития.

Это скорее не шилд, а модуль. Он миниатюрен и легок для повторению, кстати, вот его схема.

Есть и полноразмерный шилд хранения данных. Работает с SD-картами памяти, на борту есть модуль часов реального времени, которые питаются от батарейки CR1220 напряжением в 3 В, что является неплохим бонусом.

Управляем мощной нагрузкой с микроконтроллера

Первое что может прийти в голову - это реле. С их помощью можно коммутировать как цепи постоянного тока, так и с бытовой электросетью 220 Вольт они справятся на ура.

Конкретно тот модуль что изображен ниже может коммутировать 1 кВт 220 В нагрузки (или 5А) по каждому из каналов, для повышения мощности можно либо запараллелить несколько каналов, либо включать этим реле . В таком случае реле со шилда будут играть роль промежуточных усилителей.

Конечно вы можете коммутировать реле так, как я описал в статье , через транзистор и подобрать нужно реле по току, но использовать готовую плату будет надежнее, удобнее и выглядит лучше.

У реле есть один недостаток - ограниченное количество срабатываний - это следствие выгорания контактов. Это бывает из-за возникновения дуги, при размыкании мощной нагрузки (особенно индуктивного характера - это двигателя и т.п.). Сделать такой шилд можно по следующей схеме:

А вот как это выглядит в сборе:

Поэму для включения нагрузки переменного тока можно использовать тиристоры и симисторы. Одна проблема - прямо к ардуине подключать их нельзя, при пробое pn- перехода управляющего электрода, 220 В могут оказаться на плате микроконтроллера и сжечь его. Выход из этой ситуации - использования оптосимистора.

Так как это задача часто становится перед изобретателями, было разработано готовое решение - симисторный shield, его полное название - ICStation 8 Channel EL Escudo Dos Shield for Arduino. Он изначально предназначался для управления свечением «гибкого неона».

У него есть 8 каналов, к которым подключается сеть переменного тока и нагрузка.

Шилды для двигателей

Управление электродвигателем не всегда легкий процесс. В некоторых ситуациях вам может не хватить пинов для реализации поставленной задачи, или алгоритм управления достаточно сложный. С такими платами вы гораздо быстрее одолеете проект своего робота.

Мотор-ШИЛД для ардуино может управлять электродвигателями постоянного тока (4 штуки) или двумя шаговыми моторчиками.

Он построен на базе двух L293. Эта микросхема представляет собой сборку из двух H мостов, это позволяет управлять с возможностью реверса двумя ДПТ, либо 1 шаговым биполярным двигателем. Схемы подключения соответсвенно:

А в левом верхнем углу платы есть две колодки под сервоприводы (плюс, минус и управляющий сигнал). Красным кругом обведено место куда устанавливается перемычка джампер. Если она стоит - то эта плата питается от базовой платы ардуино, а если нет - от внешнего источника на 5 В.

С помощью этого модуля от отечественного производителя можно управлять двумя двигателями постоянного тока, в нём тоже есть джампер объединяющий линии питания микроконтроллера или разъединающий их - для питания от отдельного источника.

Можно управлять двигателями, которые рассчитаны на диапазон напряжение от 5 до 24 Вольт. Вместо 2-х DC-моторов можно использовать 1 однофазный шаговый или запараллелить каналы и подключить 1 мощный DC мотор с током до 4А, а это не мало - 48 Вт при напряжении питания в 24 В.

Для подключения сервопривода нужно три провода - плюс, минус и сигнал, но что делать, если у вас много серв? Ваша плата превратится в месиво из перемычек. Чтобы это избежать есть Мультисерво шилд.

Здесь тоже есть возможность разделения цепей питания, как это было в предыдущем варианте. Итого можно подключить 18 сервоприводов (на плате нумерация от 0 до 17).

Везде есть своя специфика, шилды для необычных задач…

В атмеге328, сердце нашей платы, есть АЦП. Главная проблема в том, что на плате ардуино уно мы видим всего лишь 6 аналоговых входов. Что делать если у нас больше аналоговых датчиков?

Можно собрать две ардуино в единую сеть. Одну использовать в качестве основной, а вторую вспомогательную для изменений и с первой отправлять на сервер сигналы измерений или выводить их на экран… Но это сложно: нужно тратить память на дополнительные строки программного кода для реализации такой системы.

А что если умножить каждый вход на 16? Итого у нас может быть до 16*6=96 аналоговых входов. Это реально с помощью мультиплексора. Он просто переключает по очереди 16 аналоговых каналов на один аналоговый выход, который вы подключаете к такому же входу любого мироконтроллера.

Средствами микроконтроллера Атмега о-о-очень трудно релизовать функцию распознавания голоса, но ардуинщики могут не отчаиваться, есть специальное решение - EasyVR Shield 3.0.

Это готовое, но дорогое решение, на момент написания статьи он стоит почти 100 долларов в России. Сначала шилд запишет вашу команду, затем сравнит её с тем что записано в памяти, определив номер - выполнит её.

Вы можете устроить «диалог с компьютером», он может воспроизводить то, что в нём записано. Без дополнительных усилителей рекомендуется «общаться» с этой платой с расстояния не более 60 см.

Выводим изображение

LCD Keypad shield - это настоящая панель управления. На нём расположен дисплей LCD1602 (16 символов в две строки), и набор кнопок. Из-за них задействовано довольно много портов, например A0 и с D4 по D7 под клавиатуру, а порт D10 - ШИМ-регулятор яркости подсветки. D8 и D9 - сброс и включение.

На самом деле существует много дисплеев совместимых с ардуино. Вернее тех, о которых написано больше всего информации и вы легко их запустите в своей системе. Довольно популярен в кругах самодельщиков дисплей от NOKIA 5110, на выбор есть и OLED и TFT экраны, работающие по I2C. Но они не в «шилдовом» исполнении.

Автономное питание

Довольно необычный шилд в этой подборке, который выполняет обычную задачу. Power shield - это со всеми необходимыми защитами и разъёмом для зарядки. Вроде бы ничего особенного, но это обеспечит завершенный вид вашему проекту, а цепи питания не придется размещать рядом с основными платами.

Заключение

Использование шилдов для всех задач проекта позволит избежать излишнего числа перемычек и соединений, а это снизит количество ошибок и лишних перемычек. После сборки вы получите многоэтажный бутерброд из плат заводского изготовления. Такой подход иногда называют «модульная конструкция». Между прочим, это облегчит обслуживание, ремонт и наладку оборудования.

Энтузиасты практикуют проектирование, разводку и сборку уникальных модулей. Это одна из причин высокой популярности Ардуино не просто как платформы для самоделок, макетов и прототипов, но и как платформы для готовых решений.

Arduino - крохотная плата с большими возможностями, типичный представитель Open Hardware и одно из первых устройств, завоевавших широкую популярность у аппаратных хакеров. Не мудрено: удобный электронный конструктор позволяет даже новичкам быстро разобраться и начать с нуля разрабатывать собственные устройства.

Как быстро начать?

Для быстрого начала новичку проще всего купить готовую плату - стоит она примерно $30. На плате будет всего два чипа - микроконтроллер ATMEL и микросхема USB-интерфейса, к которой он подключен. Все остальные элементы добавляются самостоятельно по мере необходимости.

Программы для Arduino (называемые на сленге «скетчами») пишутся на языке Wiring. По сути, это обычный C++, расширенный специальными процедурами типа «digitalWrite» (записать значение в порт) или «analogRead» (прочитать значение из АЦП). Осваивается все это в один-два присеста, особенно если у тебя уже есть опыт программирования на C++. Написанные скетчи компилируются и загружаются в Arduino через USB с помощью среды ArduinoIDE (arduino.cc/en/Main/Software). Чтобы собрать простейший проект требуются какие-то минут тридцать, без необходимости глубокого погружения в даташиты ATMEL и конструкции ассемблера. Язык интуитивно понятен, а разобраться с нюансами поможет неплохой онлайн-хелп. Да и паять, кстати, тоже необязательно, если есть беспаечная макетка и набор проводков.

Все выводы микроконтроллера выведены на два аккуратных ряда колодок, к которым можно подключать датчики, кнопки, дисплеи и тому подобное. Однако, чем сложнее обвязка, тем больше с ней может быть геморроя. Если речь идет про пару светодиодов и кнопок, то никаких сложностей. Но вот если требуется управлять моторами или обмениваться данными через радиоинтерфейс, возникает ряд сложностей. Для борьбы с этим пороком и придумали шилд-платы - готовые платы для расширения функциональности.

Что такое Shield-плата?

Shield-плата - это готовое решение для реализации частых задач, встающих перед разработчиками железа. Примерами таких задач могут быть и передача данных через радиоинтерфейс, и работа с Ethernet, и управление электронными двигателями. Платы расширения легко устанавливаются на Arduino, стыкуясь с колодками пинов и образуя весьма жесткую бутербродообразную конструкцию.

Можно устанавливать несколько плат одновременно, главное, чтобы устройства не конфликтовали за одни и те же пины Arduino. Немного покопавшись в сети, можно найти таблицы со списком популярных шилдов и занятых ими пинов (shieldlist.org).

Дальше остается лишь подцепить соответствующую библиотеку к основному скетчу и опробовать работу схемы с помощью прилагаемого к библиотеке скетча-примера. При таком подходе время экономится дважды: сначала на разработку и отладку аппаратной части, а затем - программной. Однако по-настоящему удачных и популярных шилд-плат существует всего пара десятков. Чем хороший шилд отличается от плохого?

В первую очередь, на нем обязана быть кнопка сброса. Оценить это может любой, кто отлаживал Arduino с одетым шилдом - штатная кнопка сброса становится недоступной и упражнения по ее нажиманию при помощи подручных продолговатых предметов порядком раздражают. Хороший шилд также должен быть совместим с Arduino Mega - если у тебя расширенная версия Arduino на ATmega1280 или ATmega2560, еще не факт, что с ней заработает шилд, созданный для привычной Uno или Duemilanova. А все из-за того, что в Mega отвечающие за аппаратный SPI пины перенесли в другое место! Так что если шилд общается с Arduino по шине SPI, обязательно изучи его «брюхо» - надеяться на совместимость с Mega можно, если ты увидишь там не только штырьки, но и черный квадратный разъем-розетку 2х3. Ниже я подготовил обзор лучших готовых Shield-плат для решения частых задач.

Управление моторами

Если необходимо управлять моторами, смело используй шилд Motorshield, созданный талантливым американским инженером Лимором Фридом aka ladyada (ladyada.net/make/mshield/).

Главное преимущество шилда заключается в его универсальности, поскольку он поддерживает до четырех моторов прямого тока, до двух шаговых двигателей и двух серво-приводов. Можно комбинировать: например, один шаговый и два двигателя постоянного тока. Основу шилда обеспечивают две микросхемы счетверенного H-моста L293D, способные выдавать ток до 600 мА на канал и работать напряжениями от 4,5 до 36 В. Запараллелив входы одной микросхемы, можно отодвинуть ограничение по току до 1,2 А.

С помощью этого шилда можно, например, управлять одновременно моторами и рулевой тягой модели гоночного автомобиля, шаговыми двигателями координатного стола. Для более мощных нагрузок можно использовать Ardumoto с чипом L298 от фирмы Sparkfun (два канала с токами нагрузки до 2 А) или ее более продвинутую версию Monster Moto Shield (sparkfun.com/products/10182) на двух чипах VNH2SP30, способную отдавать уже до 30 А с предельным напряжением 41 В. Если дело дойдет до последнего варианта, не забудь посоветоваться со знающими спецами: все-таки нагрузки довольно приличные, возможно придется обзавестись дополнительным радиатором, чтобы не обжечься.

Работа с Ethernet

Существуют два основных варианта шилдов для работы с Ethernet - на основе старого доброго чипа ENC28J60 от Microchip и более совершенного W5100 от Wiznet. Оба решения используют для обмена шину SPI, отнимая всего четыре пина Arduino. Но ENC28J60 появился много раньше и явно проигрывает продвинутому W5100: только 10 Мбит/с, нет аппаратной поддержки IP, UDP, TCP. Кроме того, W5100 позволяет работать с четырьмя сокетами (что означает поддержку до четырех одновременных соединений).

В общем, настоятельно рекомендую использовать именно W5100, потому что он существенно экономит ключевой ресурс микроконтроллера - оперативную память (SRAM), которую приходится экономить (у Atmega328 - всего один килобайт). Ну и все остальные преимущества предобработки налицо: пока W5100 сам переспрашивает пакеты по протоколу TCP и считает контрольные суммы заголовков, Atmegа может спокойно заниматься более важными вещами.

Другим образцовым примером является шилд Arduino Ethernet Shield (arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield) от команды Arduino. С его помощью можно создать скетч, который будет способен:

получать динамический IP-адрес по DHCP;
устанавливать время по протоколу NTP;
резолвить имена через DNS;
проходить авторизацию через RADIUS;
выполнять функции несложного Web-сервера или выступать в качестве Web-клиента, формируя запросы и осуществляя парсинг ответов.

Из схожих плат можно отметить разработку Freetronics - EthernetShield with PoE (freetronics.com/products/ethernet-shieldwithpoe). Идея питания Ethernet-устройства от той же линии Ethernet, к которой оно и подключено, родилась в 2001 году, а два года спустя стала официальным промышленным стандартом IEEE 802.3af. По собственному опыту замечу, что нет ничего удобнее для питания автономных коробочек, которые общаются по Ethernet и разбросаны по зданию в радиусе 100 метров от специального питающего коммутатора. Стоит такой шилд чуть дороже, требует приобретения дополнительной микроплатки модуля PoE и вместо SD-разъема имеет макетное поле.

Применение такому шилду - исключительно в неподвижных конструкциях, требующих взаимодействия по сети TCP/ IP. Например, отображение в браузер состояния подключенных датчиков или удаленное управление какими-то механизмами.

Сразу вспоминается проект «твиттер-цветочка», в котором связка Arduino+Ethernet при помощи воткнутого в землю датчика влажности через твиттер жаловалась на сухость и требовала немедленного полива. При всем многообразии применения EthernetShield хочу предупредить о том, что каждая библиотека, безусловно, экономит время, однако и отнимает несколько килобайт флеш-памяти микроконтроллера. Поэтому, если рано или поздно упрешься в предельный размер 30 Кб своей Arduino Duemilanova - подумай о замене на Mega 2560, памяти для скетчей будет раз в восемь с половиной больше.

Использование SD-карт

В проектах, связанных с накоплением какой-либо информации (например, GPS-координат), часто требуется нарастить объем доступной энергонезависимой памяти. Проще всего это сделать, подключив стандартную SD-карту. Для этого есть несколько готовых шилдов. Самый симпатичный из известных мне вариантов - microSD module, разработан испанской фирмой Libellium, специализирующейся на мониторинге окружающей среды (goo.gl/iHCy4).

Шилд занимает всего одну колодку пинов Arduino и позволяет работать с SD и SDHC-картами, предварительно отформатированными на в FAT16 (предпочтительнее) или FAT32. Единовременно можно работать только с одним файлом, длинные имена не поддерживаются.

Беспроводные шилды

Самые простые RF-модули на амплитудной модуляции (ASK), работающие в нелицензируемом диапазоне 433 и 313 МГц хоть и могут использоваться с Arduino через библиотеку VirtualWire, но все равно представляются мне довольно плохим вариантом.

Слишком сильно они подвержены помехам, устойчиво работают только на низких скоростях, не имеют аппаратного разделения на каналы - несколько одновременно работающих передатчиков будут мешать друг другу. Может быть, именно поэтому шилд-плат для них я пока не встречал.

Полярную противоположность представляют платы семейства Xbee, основанные на протоколах Zigbee, идеально подходящие для организации распределенных сенсорных сетей с автономным питанием. Каждая такая плата сама по себе является устройством с микроконтроллером на борту, и от шилда требуется совсем немного - обеспечить согласование с Arduino. Называются такие шилды обычно «Xbee Shield», но не всегда - например, Libellium разработал Communication Shield (goo.gl/OZDxl). Шилд обязательно содержит два ряда колодок, к которым пристыковывается модуль в формате Xbee.

Единственный недостаток, пожалуй, это цена самого модуля Xbee. Взамен получаем скорость до 250 Кбит/с, дальность в пределах прямой видимости до 90 метров (модификация Xbee PRO может добивать до 1,2 км), шифрование, экономное энергопотребление и возможность ретрансляции данных (два модуля прозрачно общаются друг с другом через третий).

Давно замечено, что если в компании заходит речь про беспроводные сети, первым делом почему-то вспоминают про WiFi, гораздо реже - про Bluetooth. В качестве примеров подойдут WiFly Shield от SparkFun (sparkfun.com/products/9954) и Bluetooth module от Libellium (cooking-hacks.com/index.php/arduinobluetoothmodule-89.html). Последний выполнен в формате Xbee и будет работать с любым переходным шилдом для Xbee, а программная настройка из Arduino напоминает диалог с модемом - через последовательный порт и AT-команды. Кстати, в свое время была выпущена оригинальная плата Arduino BT (arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardBluetooth), которая не имела USB-интерфейса, но программировалась и подключалась к компьютеру именно через Bluetooth. Большого распространения она не получила - может быть, в силу увеличения цены.

Для обмена данными через GSM обычно используется мобильник, способный работать по последовательному порту на уровнях TTL.
Но сейчас таких все меньше и меньше - их вытесняет USB, для работы с которым требуется быть хостом (а не девайсом, каковым является Arduino). Но, к счастью, производители уже давно штампуют законченные GSM-модули, к которым остается при крутить внешнюю антенну и разъем симки. За примером далеко ходить не надо - GPRS Quadband module for Arduino от Libellium (goo.gl/KueFH), который базируется на GPRS-модеме от SAGEM.
Особенность именно этой модели - GRPS-модуль съемный, и можно передавать не только данные - разведен выход на внешний спикерфон.

Разные шилды

Подводя краткий итог, можно с уверенностью сказать - решения почти всех типичных задач давно существуют в виде шилдов. Но не стоит думать, что на этом все заканчивается. Вот несколько примеров: Radiation Sensor Board от Libellium (счетчик Гейгера).

Шилд своими руками

В качестве примера создадим свой собственный LCD-шилд. Схема подключения популярного алфавитно-цифрового ЖКИдисплея 1602 на контроллере HD44780 возможна в двух вариантах - восьмибитной шиной или четырехбитной. Самое время открыть стратегию шилдостроения Arduino: пинов много не бывает! Стараемся использовать их по минимуму и поэтому выбираем четырехбитную схему (на наше счастье, поддержка такой схемы входит в дистрибутив ArduinoIDE, в виде библиотеки LiquidCrystal).

Используем для построения нашего шилда специальную заготовку - протошилд, который представляет собой макетную плату с небольшими изысками. Самая главная его ценность - это правильно расставленные отверстия для пинов, для идеальной стыковки с Arduino. Так уж получилось, что все колодки пинов расположены на сетке с шагом 2,54 мм, кроме одной (если бы не этот досадный факт, можно было бы взять любой кусочек «дырчатой макетки» и впаять в него стыковочные вилки PLS). Сделано это было специально, чтобы реципиент по рассеянности не вставил шилд наоборот и не пожег на корню будущий шедевр.
Обрати внимание, что схема предусматривает наличие переменного резистора для регулировки контрастности. Это важно! Если забить на это, при правильной в остальном схеме и скетче ничего видно не будет. Подойдет любой на 10-20 кОм, а конкретно на этом протошилде он уже и так предусмотрен - правда подключен ко входу analog0, поэтому придется припаять лишний проводок.

Возьмем кусочек штыревой гребенки PLS и распаяем сначала на контакты дисплея, а затем - на шилд. После этого надо взять монтажный провод и аккуратно, по очереди, зачистить и напаять проводки от дисплея к пинам Arduino согласно схеме - благо, она несложная. У меня интуитивным образом получилось упрятать большую часть под дисплей.

Оденем полученный результат на Arduino и загрузим первый тестовый скетч-пример из каталога LiquidCrystal. Ничего нет на экране? Или куча черных квадратиков? Не беда, самое время подкрутить переменный резистор - уверен, что-то обязательно появится! В этом случае можешь облегченно вздохнуть - теперь у тебя есть первый шилд собственного изготовления. Ну и раз уж он заработал - можно заодно его русифицировать. В свое время я изменил стандартную библиотеку так, чтобы символы кириллицы корректно транслировались из UTF-8 в знакогенератор дисплея. Ищи последнюю версию библиотеки на github.com/mk90 .

Если вы стали счастливым обладателем Arduino, вы наверняка слышали про платы расширения - так называемые шилды (Arduino shield), с помощью которых можете очень быстро расширить функциональные возможности вашего Arduino.

Как правило, большинство шилдов изготавливается под конкретный форм-фактор платы. В большинстве случаев - это микроконтроллеры Arduino Uno. Идея шилдов состоит в том, что вы покупаете отдельный модуль, который "садится" сверху на ваш микроконтроллер. Можно использовать несколько шилдов одновременно, устанавливая их один на другой. В результате вы получить многофункциональный "пирог" Arduino.

Официальный шилд от создателей Arduino. - это отличный вариант, чтобы обеспечить независимость вашего проекта от вашего персонального компьютера, так как он дает возможность наладить связь Arduino с интернет. Интересная особенность данного шилда - наличие на нем слота для MicroSD карты. Так что если в вашем проекте обрабатывается большой объем информации, например - mp3 файлы или видео; или вам надо хранить большие массивы данных для таких проектов как, например, светодиодный куб, хранить данные вы можете именно на SD карте.

Можно обеспечить работу хостинга для веб-сервера с использованием Ethernet шилда.

Перед тем как вы кинулись покупать Ethernet Shield, предупреждаю из личного опыта: Ethernet шилды зависимы от версий. Сначала я купил шилд v3 т оказалось, он не подходить к моему Arduino Uno v2, так как на версии платы v3 добавлено два пина. Кстати, Ethernet Shield стоит дороже чем сам контроллер Arduino, так что пришлось купить новую Arduino, а старую версию оставить для других проектов.

Так что проверяйте версию вашей платы и Ethernet шилда, который вы собираетесь покупать.

Реле - основой узел многих устройств для домашней (и на только домашней) автоматизации. Реле используются в проетах Arduino , в которых необходимо подключения электрических цепей с большим питания. Если вы когда-то подключали реле, вы знаете, что для его работы необходима дополнительная обвязка: транзистор, диод и т.п. Если вам для проекта надо несколько реле, то монтажная плата (bredboard) очень быстро обрастет кучей проводников и контактов, в которых разобраться будет очень сложно.

4 Relay Shield (шилд на 4 реле) предоставляет вам все необходимые контакты для подключения 4-х периферийных устройств. Каждое реле дает возможность подключать оборудование которое работает с силой тока до 3 ампер. Конечно, можно использовать реле шилд и для маломощных электрических цепей. В таком формате их часто используют для замены переключателей.

Предупреждение: будьте осторожны с контактами реле-шилда. В случае их случайного замыкания или неправильного подключения внешней нагрузки, вы можете повредить вашу Arduino.

Protoshield (протошилд) сам по себе ничего не делает. Потому он такой плоский;). Очень полезный шилд. После того как вы создали свой прототип с использованием монтажной платы и кучи проводов, стоит подумать о его презентабельности и удобстве. В этот момент вам пригодится протошилд. Вы собираете всю схему на нем и садите его сверху на вашу Arduino как любой другой шилд. То есть - это отличный вариант для создания собственного шилда!

LCD Shield

Зачем вам LCD Shield? Все просто: выводить информацию с Arduino не на персональный компьютер с использованием серийного монитора, а напрямую на периферийный экран! Это реально классно! Но! При использовании внешних экранов, вам обычно требуется 7 и более контактов с Arduino. Это очень ограничивает возможности дальнейшего подключения периферийных устройств. В этом LCD шилде используется протокол передачи данных I2C, то есть для его подключения задействуются лишь 2 пина! Кроме того, параллельно к этим же контактам можно подключить другое оборудование, работающее по тому же протоколу передачи данных.

В добавок к экрану, на LCD шилде установлено 4 "управляющие" кнопки и кнопка "select" (выбор). Благодаря этому у вас появляется дополнительный интерактивный интерфейс и непосредственного подключения к ПК при работе с шилдом можно избежать. Если монохромный дисплей вас не впечатляет, вы можете спокойно апгрейдить шилд, установив 1.8 inch TFT 18-bit color screen.

Вот на этом этапе вы должны понять, что не все шилды 100% совместимы друг с другом. Некоторые из них надо устанавливать сверху вашего Arduino "пирога". Именно к таким шилдам относится LCD шилд.

Energy shield расширяет ваши возможности с точки зрения обеспечения питания проектов на Arduino. Шилд позволяет подключать различные источники питания и обеспечивать их работу с Arduino. Одна из самых ярких сфер применения - обеспечение подзарядки мобильных телефонов и гаджетов.

Обеспечивает возможность управления множеством моторов с использованием Arduino. На шилде установлены все необходимые регуляторы, переключатели, предохранители. В общем, на motor шилде есть все для обеспечения простого управления двигателями и для их защиты.

Во многих проектах необходимо обрабатывать большие массивы информации, для хранения которой недостаточно встроенной в Arduino памяти. Именно в этом случае вам может понадобится SD Card Shield. Он совместим с картами памяти форматов SD, SDHCи MicroSD. Sd Card шилд использует простой SPI интерфейс для подключения и передачи данных.

Этот шилд предоставляет вам действительно огромные возможности, позволяя настроить передачу данных от Arduino с использованием WiFi технологий. Уверен, вы найдете ему достойное применение. Начиная от дистанционного управления вашими приводами в роботизированных проектах и заканчивая передачей данных с датчиков и сенсоров о состоянии того или иного объекта в режиме реального времени. WiFi шилд подключается к серийному порту.

GPRS Shield дает Arduino возможность использовать сети GSM/GPRS, которые используются для мобильных телефонов. В результате вы можете делать и принимать звонки и текстовые сообщения! Как правило, GPRS шилды оснащаются антеннами.

E-Ink shield - очень интересная разработка, которая использует технологию электронных чернил (та же технология используется в электронных книгах). Основное преимущество E-Ink шилда - вы получаете дисплей, который требует минимум энергии для питания и предоставляет отличный формат для отображения и чтения текста. Подобные шилды могут отобразить текст даже без использования внешнего питания!

Music Shield дает вам возможность воспроизводить музыку в отличном качестве чрез Arduino. Шилд поддерживает широкий диапазон музыкальных форматов для воспроизведения. Естественно, в Music шилде предусмотрен слот для SD карты. Так что вы без проблем сможете загрузить вашу медиатеку без использования дополнительного SD шилда.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!