Arduino. 65 praktycznych projektów

O książce

Arduino to platforma, dzięki której świat elektroniki zyskał wiele nowych, ciekawych rozwiązań i możliwości. Prostota obsługi, świetna dokumentacja oraz specjalnie zaprojektowane środowisko do tworzenia oprogramowania sprawiły, że projekt ten zdobył tysiące sympatyków. Taki sukces przełożył się na ilość dostępnych akcesoriów oraz instrukcji, dzięki którym możesz zbudować dowolny układ elektroniczny.

W tej książce zebrano 65 interesujących projektów o zróżnicowanym stopniu trudności. Dzięki nim błyskawicznie opanujesz zasady wykorzystania platformy oraz zbudujesz urządzenia, które przydadzą Ci się w codziennym użyciu. Pierwsze projekty pozwolą Ci zapoznać się z Arduino - jeden z nich polega na przykład na tworzeniu fali migających diod LED. Wykonanie kolejnych pozwoli Ci osiągnąć wyższy stopień wtajemniczenia: sterowanie ruchem samochodowym, testowanie baterii, elektroniczna kostka do gry, pomiar temperatury czy wykorzystanie systemu GPS to tylko niektóre z nich. Książka ta jest obowiązkową lekturą dla wszystkich, którzy chcą poznać tajniki platformy Arduino i zbudować niesamowite układy elektroniczne.

Zbuduj swój własny:

• tester baterii
• odbiornik GPS
• termometr cyfrowy
• stoper
• czytnik RFID

Spis treści

Podziękowania (17)
1. Wprowadzenie (19)

• Nieograniczone możliwości (20)
• Popularność (24)
• Części i akcesoria (24)
• Wymagane oprogramowanie (25)
• System Mac OS X (25)
• System Windows XP i nowsze (29)
• System Ubuntu Linux 9.04 i nowsze (33)
• Bezpieczeństwo (36)
• Co dalej? (36)

2. Pierwsze spojrzenie na płytkę Arduino i środowisko IDE (37)

• Płytka Arduino (37)
• Wprowadzenie do środowiska IDE (42)
• Obszar poleceń (43)
• Obszar tekstu (44)
• Obszar komunikatów (44)
• Tworzenie pierwszego szkicu w środowisku IDE (45)
• Komentarze (45)
• Funkcja setup() (46)
• Sterowanie sprzętem (46)
• Funkcja loop() (47)
• Weryfikacja szkicu (49)
• Wysyłanie i uruchamianie szkicu (50)
• Modyfikowanie szkicu (50)
• Co dalej? (50)

3. Pierwsze kroki (51)

• Planowanie projektów (52)
• Kilka słów o elektryczności (53)
• Natężenie (53)
• Napięcie (53)
• Moc (53)
• Komponenty elektroniczne (53)
• Rezystor (54)
• Dioda LED (57)
• Płytka uniwersalna (58)
• Projekt nr 1: tworzenie fali migających diod LED (61)
• Algorytm (61)
• Sprzęt (61)
• Szkic (61)
• Schemat (62)
• Uruchamianie szkicu (63)
• Stosowanie zmiennych (64)
• Projekt nr 2: powtarzanie instrukcji za pomocą pętli for (65)
• Zmiana jasności diod LED za pomocą modulacji szerokości impulsu (66)
• Projekt nr 3: przykład zastosowania metody PWM (67)
• Dodatkowe komponenty elektroniczne (68)
• Tranzystor (68)
• Dioda prostownicza (69)
• Przekaźnik (70)
• Obwody zasilane wyższym napięciem (71)
• Co dalej? (72)

4. Elementy składowe obwodów (73)

• Stosowanie schematów obwodów (74)
• Identyfikacja komponentów (75)
• Połączenia na schemacie obwodu (77)
• Analiza przykładowego schematu (77)
• Kondensator (78)
• Mierzenie pojemności kondensatora (78)
• Odczytywanie wartości kondensatorów (79)
• Rodzaje kondensatorów (79)
• Wejście cyfrowe (80)
• Projekt nr 4: przykład użycia cyfrowego wejścia (82)
• Algorytm (82)
• Sprzęt (83)
• Schemat obwodu (83)
• Szkic (87)
• Modyfikowanie szkicu (87)
• Wyjaśnienie szkicu (87)
• Tworzenie stałych za pomocą wyrażenia #define (88)
• Odczytywanie stanu pinów cyfrowych (88)
• Podejmowanie decyzji za pomocą wyrażenia if (88)
• Podejmowanie dodatkowych decyzji za pomocą wyrażeń if-then-else (89)
• Zmienne logiczne (90)
• Operatory porównania (90)
• Łączenie wielu operacji porównania (91)
• Projekt nr 5: sterowanie ruchem samochodowym (92)
• Cel (92)
• Algorytm (93)
• Sprzęt (93)
• Schemat (93)
• Szkic (94)
• Uruchamianie szkicu (97)
• Sygnały analogowe kontra sygnały cyfrowe (98)
• Projekt nr 6: tester baterii (99)
• Cel (99)
• Algorytm (99)
• Sprzęt (100)
• Schemat (100)
• Szkic (100)
• Działania arytmetyczne w systemie Arduino (102)
• Zmienne typu float (102)
• Operatory porównania liczb (103)
• Poprawa precyzji pomiarów sygnału analogowego za pomocą napięcia referencyjnego (103)
• Stosowanie zewnętrznego napięcia referencyjnego (103)
• Stosowanie wewnętrznego napięcia referencyjnego (104)
• Rezystor nastawny (105)
• Brzęczyki piezoelektryczne (106)
• Schemat elementu piezo (107)
• Projekt nr 7: praktyczne wykorzystanie brzęczyka piezo (107)
• Projekt nr 8: budowa szybkiego termometru (108)
• Cel (109)
• Sprzęt (109)
• Schemat (110)
• Szkic (110)
• Doskonalenie szkicu (112)
• Co dalej? (112)

5. Praca z funkcjami (113)

• Projekt nr 9: tworzenie funkcji powtarzającej określone działanie (114)
• Projekt nr 10: tworzenie funkcji ustawiającej liczbę cykli włączania diod (115)
• Tworzenie funkcji zwracającej wartość (116)
• Projekt nr 11: budowa szybkiego termometru z migającymi diodami LED (117)
• Sprzęt (117)
• Schemat (118)
• Szkic (118)
• Wyświetlanie danych odbieranych od płytki Arduino w oknie monitora portu szeregowego (120)
• Monitor portu szeregowego (120)
• Projekt nr 12: wyświetlanie temperatury w oknie monitora portu szeregowego (122)
• Diagnozowanie systemów za pomocą monitora portu szeregowego (123)
• Podejmowanie decyzji za pomocą wyrażeń while (124)
• Konstrukcja do-while (125)
• Wysyłanie danych z monitora portu szeregowego do systemu Arduino (125)
• Projekt nr 13: mnożenie liczby przez dwa (126)
• Zmienne typu long (127)
• Projekt nr 14: stosowanie zmiennych typu long (128)
• Co dalej? (129)

6. Liczby, zmienne i działania arytmetyczne (131)

• Generowanie liczb losowych (132)
• Generowanie liczb losowych na podstawie napięcia na wolnym pinie (132)
• Projekt nr 15: tworzenie elektronicznej kostki do gry (134)
• Sprzęt (134)
• Schemat (134)
• Szkic (134)
• Modyfikowanie szkicu (137)
• Krótkie wprowadzenie w świat liczb binarnych (137)
• Zmienne typu byte (137)
• Zwiększanie liczby dostępnych pinów cyfrowych za pomocą rejestrów przesuwających (138)
• Projekt nr 16: tworzenie wyświetlacza liczb binarnych złożonego z diod LED (140)
• Sprzęt (140)
• Łączenie rejestru przesuwającego 74HC595 (140)
• Szkic (142)
• Projekt nr 17: implementacja binarnego quizu (143)
• Algorytm (143)
• Szkic (143)
• Tablice (146)
• Definiowanie tablicy (146)
• Odwoływanie się do wartości w tablicy (147)
• Zapisywanie i odczytywanie danych przechowywanych w tablicach (147)
• Siedmiosegmentowe wyświetlacze LED (148)
• Sterowanie wyświetlaczem LED (150)
• Projekt nr 18: tworzenie wyświetlacza jednocyfrowego (151)
• Sprzęt (151)
• Schemat (151)
• Szkic (151)
• Wyświetlanie dwóch cyfr (153)
• Projekt nr 19: sterowanie dwoma modułami wyświetlaczy siedmiosegmentowych LED (154)
• Sprzęt (154)
• Schemat (154)
• Modulo (155)
• Projekt nr 20: budowa termometru cyfrowego (156)
• Sprzęt (157)
• Szkic (157)
• Moduły wyświetlaczy matrycowych LED (158)
• Schemat obwodu wyświetlacza matrycowego LED (159)
• Łączenie obwodu (161)
• Arytmetyka bitowa (161)
• Operator koniunkcji bitowej (162)
• Operator alternatywy bitowej (162)
• Operator bitowej alternatywy wykluczającej (163)
• Operator negacji bitowej (163)
• Operatory bitowego przesunięcia w lewo i w prawo (163)
• Projekt nr 21: tworzenie wyświetlacza matrycowego LED (164)
• Projekt nr 22: wyświetlanie obrazów na wyświetlaczu matrycowym LED (165)
• Projekt nr 23: wyświetlanie obrazu na wyświetlaczu matrycowym LED (167)
• Projekt nr 24: prezentacja animacji na wyświetlaczu matrycowym LED (169)
• Szkic (169)
• Co dalej? (170)

7. Wyświetlacze ciekłokrystaliczne (171)

• Znakowe moduły LCD (172)
• Obsługa znakowego modułu LCD w szkicu (173)
• Wyświetlanie tekstu (174)
• Wyświetlanie zmiennych i liczb (175)
• Projekt nr 25: definiowanie znaków niestandardowych (176)
• Graficzne moduły LCD (178)
• Łączenie graficznego modułu LCD (179)
• Stosowanie modułu LCD (179)
• Sterowanie wyświetlaczem (180)
• Projekt nr 26: funkcje tekstowe w praktyce (180)
• Tworzenie złożonych efektów wizualnych (181)
• Projekt nr 27: budowa szybkiego termometru z wyświetlaną historią (183)
• Algorytm (183)
• Sprzęt (183)
• Szkic (184)
• Wynik (185)
• Modyfikowanie szkicu (186)
• Co dalej? (186)

8. Rozszerzanie możliwości platformy Arduino (187)

• Moduły (188)
• Płytka prototypowa ProtoShield (190)
• Projekt nr 28: tworzenie modułu niestandardowego z ośmioma diodami LED (191)
• Sprzęt (192)
• Schemat (192)
• Układ płytki prototypowej ProtoShield (192)
• Projekt (193)
• Lutowanie komponentów (194)
• Modyfikacja modułu niestandardowego (195)
• Rozszerzanie szkiców za pomocą bibliotek (196)
• Importowanie bibliotek dla modułów (196)
• Karty pamięci microSD (201)
• Testowanie karty microSD (201)
• Projekt nr 29: zapisywanie danych na karcie pamięci (202)
• Projekt nr 30: budowa urządzenia rejestrującego temperaturę (205)
• Sprzęt (205)
• Szkic (205)
• Zarządzanie czasem wykonywania aplikacji za pomocą funkcji millis() i micros() (208)
• Projekt nr 31: budowa stopera (210)
• Sprzęt (210)
• Schemat obwodu (210)
• Szkic (210)
• Przerwania (213)
• Tryby przerwań (213)
• Konfiguracja przerwań (214)
• Aktywowanie i dezaktywowanie przerwań (214)
• Projekt nr 32: stosowanie przerwań (214)
• Szkic (214)
• Co dalej? (216)

9. Klawiatury numeryczne (217)

• Stosowanie klawiatury numerycznej (217)
• Łączenie klawiatury numerycznej (218)
• Programowanie obsługi klawiatury numerycznej (219)
• Testowanie szkicu (220)
• Podejmowanie decyzji za pomocą konstrukcji switch-case (220)
• Projekt nr 33: tworzenie zamka sterowanego klawiaturą numeryczną (221)
• Szkic (221)
• Działanie szkicu (223)
• Testowanie szkicu (223)
• Co dalej? (224)

10. Odczytywanie danych wejściowych użytkownika za pośrednictwem ekranów dotykowych (225)

• Ekrany dotykowe (226)
• Łączenie ekranu dotykowego (226)
• Projekt nr 34: adresowanie obszarów na ekranie dotykowym (227)
• Sprzęt (227)
• Szkic (227)
• Testowanie szkicu (229)
• Odwzorowywanie punktów dotknięcia ekranu (229)
• Projekt nr 35: budowa dwustanowego przełącznika dotykowego (230)
• Szkic (231)
• Działanie szkicu (232)
• Testowanie szkicu (233)
• Projekt nr 36: budowa przełącznika dotykowego podzielonego na trzy obszary (233)
• Mapa ekranu dotykowego (233)
• Szkic (234)
• Działanie szkicu (235)
• Co dalej? (236)

11. Rodzina produktów Arduino (237)

• Projekt nr 37: budowa własnej platformy Arduino na płytce uniwersalnej (238)
• Sprzęt (238)
• Schemat obwodu (241)
• Uruchamianie szkicu testowego (244)
• Bogata rodzina płytek Arduino (247)
• Płytka Arduino Uno (249)
• Płytka Freetronics Eleven (249)
• Płytka Freeduino (250)
• Płytka Boarduino (250)
• Płytka Arduino Nano (251)
• Płytka Arduino LilyPad (251)
• Płytka Arduino Mega 2560 (252)
• Płytka Freetronics EtherMega (253)
• Płytka Arduino Due (253)
• Co dalej? (254)

12. Silniki i ruch (255)

• Wprawianie urządzeń w ruch za pomocą silników wykonawczych (256)
• Wybór silnika wykonawczego (256)
• Łączenie silnika wykonawczego (257)
• Uruchamianie silnika wykonawczego (257)
• Projekt nr 38: budowa termometru analogowego (259)
• Sprzęt (259)
• Schemat (259)
• Szkic (260)
• Stosowanie silników elektrycznych (261)
• Tranzystor Darlingtona TIP120 (262)
• Projekt nr 39: sterowanie silnikiem (262)
• Sprzęt (262)
• Schemat (263)
• Szkic (264)
• Projekt nr 40: budowa robota gąsienicowego i sterowanie tym robotem (265)
• Sprzęt (265)
• Schemat (267)
• Szkic (270)
• Wykrywanie kolizji (272)
• Projekt nr 41: wykrywanie kolizji robota za pomocą mikroprzełącznika (272)
• Schemat (273)
• Szkic (273)
• Czujniki odległości na podczerwień (276)
• Łączenie obwodu (276)
• Testowanie czujnika odległości na podczerwień (276)
• Projekt nr 42: wykrywanie kolizji robota za pomocą czujnika odległości na podczerwień (279)
• Ultradźwiękowe czujniki odległości (281)
• Łączenie czujnika ultradźwiękowego (282)
• Stosowanie czujnika ultradźwiękowego (282)
• Testowanie ultradźwiękowego czujnika odległości (282)
• Projekt nr 43: wykrywanie kolizji robota za pomocą ultradźwiękowego czujnika odległości (284)
• Szkic (284)
• Co dalej? (287)

13. Stosowanie systemu GPS na platformie Arduino (289)

• Czym jest GPS? (290)
• Testowanie modułu GPS (291)
• Projekt nr 44: budowa prostego odbiornika GPS (293)
• Sprzęt (293)
• Szkic (294)
• Wyświetlanie położenia na ekranie LCD (295)
• Projekt nr 45: budowa precyzyjnego zegara korzystającego z systemu GPS (296)
• Sprzęt (296)
• Szkic (296)
• Projekt nr 46: rejestrowanie położenia ruchomego obiektu w czasie (298)
• Sprzęt (298)
• Szkic (298)
• Wyświetlanie zarejestrowanych lokalizacji na mapie (300)
• Co dalej? (302)

14. Bezprzewodowe przesyłanie danych (303)

• Stosowanie niedrogich modułów komunikacji bezprzewodowej (304)
• Projekt nr 47: zdalne, bezprzewodowe sterowanie urządzeniem (305)
• Sprzęt składający się na obwód nadajnika (305)
• Schemat nadajnika (306)
• Sprzęt składający się na obwód odbiornika (306)
• Schemat odbiornika (306)
• Szkic nadajnika (308)
• Szkic odbiornika (309)
• Moduły bezprzewodowego przesyłania danych XBee - większy zasięg i szybsza transmisja (310)
• Projekt nr 48: transmisja danych za pomocą modułów XBee (312)
• Szkic (312)
• Konfiguracja komputera pod kątem odbierania danych (313)
• Projekt nr 49: budowa zdalnie sterowanego termometru (314)
• Sprzęt (314)
• Układ urządzenia (315)
• Szkic (315)
• Obsługa urządzenia (317)
• Co dalej? (317)

15. Zdalne sterowanie za pomocą podczerwieni (319)

• Czym jest podczerwień? (319)
• Przygotowanie do użycia podczerwieni (320)
• Odbiornik podczerwieni (320)
• Pilot (321)
• Szkic testowy (321)
• Testowanie układu (322)
• Projekt nr 50: zdalne sterowanie systemem Arduino na podczerwień (323)
• Sprzęt (323)
• Szkic (323)
• Rozszerzanie szkicu (325)
• Projekt nr 51: budowa zdalnie sterowanego robota (325)
• Sprzęt (325)
• Szkic (326)
• Co dalej? (328)

16. Odczytywanie etykiet RFID (329)

• Wewnętrzna budowa urządzeń RFID (330)
• Testowanie sprzętu (331)
• Schemat (331)
• Testowanie schematu (331)
• Projekt nr 52: budowa prostego systemu kontroli dostępu na bazie technologii RFID (333)
• Szkic (333)
• Działanie szkicu (335)
• Zapisywanie danych we wbudowanej pamięci EEPROM systemu Arduino (336)
• Odczytywanie i zapisywanie danych w pamięci EEPROM (337)
• Projekt nr 53: budowa systemu kontroli dostępu RFID z pamięcią "ostatniej akcji" (338)
• Szkic (338)
• Działanie szkicu (341)
• Co dalej? (341)

17. Magistrale danych (343)

• Magistrala I2C (344)
• Projekt nr 54: stosowanie zewnętrznej pamięci EEPROM (346)
• Sprzęt (346)
• Schemat (346)
• Szkic (347)
• Wynik (349)
• Projekt nr 55: stosowanie układu ekspandera portów (350)
• Sprzęt (350)
• Schemat (350)
• Szkic (352)
• Magistrala SPI (353)
• Łączenie pinów (353)
• Implementacja obsługi magistrali SPI (354)
• Wysyłanie danych do urządzenia SPI (355)
• Projekt nr 56: stosowanie cyfrowego rezystora nastawnego (356)
• Sprzęt (356)
• Schemat (357)
• Szkic (357)
• Co dalej? (359)

18. Zegary czasu rzeczywistego (361)

• Łączenie modułu RTC (362)
• Projekt nr 57: wyświetlanie daty i godziny na podstawie zegara czasu rzeczywistego (362)
• Sprzęt (363)
• Szkic (363)
• Działanie szkicu (365)
• Projekt nr 58: tworzenie prostego zegara cyfrowego (367)
• Sprzęt (368)
• Szkic (368)
• Działanie szkicu i generowane wyniki (371)
• Projekt nr 59: budowa systemu kontroli czasu pracy na bazie technologii RFID (371)
• Sprzęt (372)
• Szkic (373)
• Działanie szkicu (377)
• Co dalej? (377)

19. Internet (379)

• Czego potrzebujemy? (379)
• Projekt nr 60: budowa zdalnej stacji monitoringu (381)
• Sprzęt (381)
• Szkic (381)
• Rozwiązywanie problemów (384)
• Działanie szkicu (385)
• Projekt nr 61: ćwierkające Arduino (386)
• Sprzęt (386)
• Szkic (386)
• Sterowanie systemem Arduino za pośrednictwem strony internetowej (388)
• Projekt nr 62: konfiguracja usługi Teleduino i zdalne sterowanie systemem Arduino (389)
• Sprzęt (389)
• Szkic (389)
• Zdalne sterowanie systemem Arduino (391)
• Co dalej? (392)

20. Komunikacja w sieci telefonii komórkowej (393)

• Sprzęt (394)
• Przygotowanie modułu zasilania (395)
• Konfigurowanie i testowanie sprzętu (396)
• Zmiana częstotliwości pracy (398)
• Projekt nr 63: budowa dzwoniącego Arduino (400)
• Sprzęt (400)
• Schemat (401)
• Szkic (401)
• Działanie szkicu (402)
• Projekt nr 64: budowa systemu Arduino wysyłającego SMS-y (403)
• Szkic (403)
• Działanie szkicu (404)
• Projekt nr 65: konfiguracja systemu sterowanego za pomocą wiadomości SMS (405)
• Sprzęt (405)
• Schemat (405)
• Szkic (405)
• Działanie szkicu (408)
• Co dalej? (408)

Skorowidz (411)