ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ Arduino: 18 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าจะสร้างอุปกรณ์ของคุณเอง เช่น สถานีตรวจอากาศ แดชบอร์ดรถสำหรับตรวจสอบเชื้อเพลิง ความเร็ว และการติดตามตำแหน่ง หรือควบคุมเครื่องใช้ในบ้านที่ควบคุมโดยสมาร์ทโฟน หรือคุณเคยสงสัยเกี่ยวกับการสร้างหุ่นยนต์ที่ซับซ้อนที่สามารถพูด เดิน และขยับแขนหรือ สิ่งที่เกี่ยวกับการสร้างอุปกรณ์เครื่องเล่น mp3 ของคุณเอง, การสร้างอุปกรณ์ตรวจจับลายนิ้วมือ, ระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ, เซ็นเซอร์แผ่นดินไหว, เครื่องส่งรับวิทยุหรือระบบกล้องวงจรปิดที่ควบคุมด้วยรีโมทจากกล้องวงจรปิด หากคุณเคยสงสัยและเต็มใจที่จะมีส่วนร่วมในการทำให้โลกเป็นดิจิทัล ให้เชื่อว่าคุณสามารถสร้างทุกสิ่งที่คุณต้องการสร้างได้ จากนั้นคุณจะต้องรู้จักอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานและเกี่ยวกับไมโครคอนโทรลเลอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์คือการออกแบบวงจรรวมขนาดกะทัดรัดที่รับอินพุตจากเซ็นเซอร์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์อุณหภูมิ เซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว เซ็นเซอร์ค้นหาระยะ ฯลฯ และได้รับการตั้งโปรแกรมให้รับเอาต์พุตที่ต้องการจากแอคทูเอเตอร์ เช่น ไฟ LED มอเตอร์ รีเลย์ ฯลฯ รู้จักโอเพนซอร์สในปัจจุบัน การเรียนรู้ ทำความเข้าใจ และการสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวทั่วโลกไม่ใช่เรื่องยาก ด้วยการมีส่วนร่วมอย่างมากของชุมชน Arduino ต่อโลก ซึ่งผู้ทำงานอดิเรกและวิศวกรทุกคนทั่วโลกสามารถเข้าถึงได้

Arduino เป็นแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ซสำหรับงานอดิเรกและวิศวกรในการอ่านอินพุตจากเซ็นเซอร์ต่างๆ ประมวลผลอินพุตเหล่านั้น และให้เอาต์พุตที่ต้องการโดยการกระตุ้นแอคทูเอเตอร์ที่แตกต่างกัน กล่าวโดยพื้นฐานแล้ว Arduino สามารถเป็นสมองของหลายโครงการได้

ขั้นตอนที่ 1: ประเภทของ Arduino

มีบอร์ด Arduino หลายประเภทที่มีพินอนาล็อก ดิจิตอล และ PWM จำนวนต่างกัน และสิ่งที่ยอดเยี่ยมคือคุณสามารถเริ่มทำงานกับบอร์ดเหล่านี้ได้อย่างง่ายดาย มีการเพิ่ม Arduino ที่แตกต่างกันที่นี่

● Arduino Uno

● Arduino Due

● Arduino เมกะ

● บอร์ด Arduino Leonardo

● บอร์ด Arduino ของ Lillypad

ขั้นตอนที่ 2: Arduino Uno

ผู้เริ่มต้นใช้งานส่วนใหญ่เริ่มต้นใช้งาน Arduino Uno โดยมีไมโครคอนโทรลเลอร์หลัก ATMegga328 ที่มีหน่วยความจำ 2KB SRAM และแฟลช 32KB มี 14 Digital I/0 โดยที่ 6 เป็น PWM และ 6 เป็นพินเอาต์พุตแบบอะนาล็อก ปุ่มรีเซ็ต ช่องเสียบไฟ การเชื่อมต่อ USB และอื่นๆ ประกอบด้วยทุกสิ่งที่จำเป็นในการถือไมโครคอนโทรลเลอร์ เพียงต่อเข้ากับพีซีโดยใช้สาย USB และจัดหาอุปกรณ์เพื่อเริ่มต้นใช้งานอะแดปเตอร์หรือแบตเตอรี่ AC-to-DC

ขั้นตอนที่ 3: Arduino Due

ไมโครคอนโทรลเลอร์หลักของ Arduino Due คือ AT91SAM38XE ที่มีหน่วยความจำ 96KB SRAM, แฟลช 512KB ประกอบด้วยพินดิจิตอล 54 ตัวโดย 12 ตัวเป็น PWM และมี 16 พินอินพุตแบบอะนาล็อก

ขั้นตอนที่ 4: Arduino Mega

ประกอบด้วย ATmea2560 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีหน่วยความจำ 8KB

แฟลช SRAM และ 256KB มีพิน IO ดิจิทัล 54 พิน โดยที่ 12 พินเป็น PWM และอินพุตอะนาล็อก 16 พิน ปุ่มรีเซ็ต แจ็คจ่ายไฟ การเชื่อมต่อ USB และปุ่มรีเซ็ต ประกอบด้วยทุกสิ่งที่จำเป็นในการถือไมโครคอนโทรลเลอร์ เพียงต่อเข้ากับพีซีโดยใช้สาย USB และจัดหาอุปกรณ์เพื่อเริ่มต้นใช้งานอะแดปเตอร์หรือแบตเตอรี่ AC-to-DC พินจำนวนมากทำให้บอร์ด Arduino นี้มีประโยชน์มากสำหรับการออกแบบโครงการที่ต้องการอินพุตหรือเอาต์พุตดิจิทัลจำนวนมาก เช่น ปุ่มจำนวนมาก

ขั้นตอนที่ 5: Arduino Leonardo

ไมโครคอนโทรลเลอร์หลักของมันคือ ATmega32u4 ที่มีหน่วยความจำ 2.5KB SRAM และแฟลช 32KB ที่มีหมุด IO ดิจิตอล 20 พินและพินอินพุตแบบอะนาล็อก 12 พิน บอร์ดพัฒนาชุดแรกของ Arduino คือบอร์ดของเลโอนาร์โด บอร์ดนี้ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์หนึ่งตัวพร้อมกับ USB นั่นหมายความว่าสามารถทำได้ง่ายและราคาถูกด้วย เนื่องจากบอร์ดนี้รองรับ USB โดยตรง จึงมีไลบรารีโปรแกรมที่จัดหามาให้ ซึ่งช่วยให้บอร์ด Arduino สามารถติดตามแป้นพิมพ์ของคอมพิวเตอร์ เมาส์ ฯลฯ

ขั้นตอนที่ 6: บอร์ด LilyPad Arduino

บอร์ด Lily Pad Arduino เป็นเทคโนโลยีสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ บอร์ดแต่ละบอร์ดได้รับการออกแบบอย่างสร้างสรรค์ด้วยแผ่นรองขนาดใหญ่และด้านหลังเรียบเพื่อให้นำไปเย็บเป็นเสื้อผ้าโดยใช้ด้ายนำไฟฟ้า Arduino นี้ยังประกอบด้วย I/O, กำลังไฟฟ้า และบอร์ดเซ็นเซอร์ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะ สิ่งเหล่านี้สามารถซักได้!

ขั้นตอนที่ 7: เครื่องมือสำหรับสภาพแวดล้อมการพัฒนา Arduino

ภาษาการเขียนโปรแกรม Arduino:

Arduino ถูกตั้งโปรแกรมด้วย C++ ซึ่งใช้ในแง่มุมต่างๆ ของโครงการ เช่น การพัฒนาซอฟต์แวร์ แต่สำหรับ Arduino C++ จะใช้กับฟังก์ชันเพิ่มเติม คุณสามารถสร้างร่าง Arduino ได้ Arduino Sketch เป็นชื่อที่กำหนดให้กับไฟล์รหัส Arduino คุณเขียนโค้ดใน Arduino IDE ภาพสเก็ตช์เหล่านี้สามารถบันทึกลงในโฟลเดอร์โครงการได้ และ IDE ให้ตัวเลือกในการคอมไพล์โค้ด C++ เป็นภาษาเครื่องและอัปโหลดไปยังบอร์ด Arduino

Arduino IDE

Arduino IDE (Integrated Development Environment) คือเครื่องมือแก้ไข รวบรวม และอัปโหลดโค้ด C++ ที่คุณสามารถเขียนโปรแกรมของคุณไปยังโปรแกรมพิน IO เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ และคุณสามารถใช้ไลบรารีโอเพนซอร์ซเพื่อเขียนโปรแกรมที่ซับซ้อนซึ่งรวมเข้ากับฟังก์ชันต่างๆ ในภายหลังได้ หารือในรายละเอียดเกี่ยวกับห้องสมุด

ขั้นตอนที่ 8: การติดตั้ง Arduino IDE

ขั้นตอนที่ 1. ดาวน์โหลด Arduino IDE

ขั้นตอนที่ 2 รอจนกว่ากระบวนการดาวน์โหลดจะเสร็จสมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 3 ติดตั้งซอฟต์แวร์และเลือกส่วนประกอบที่คุณต้องการติดตั้ง รวมถึงตำแหน่งการติดตั้ง

ขั้นตอนที่ 4 ยอมรับการติดตั้งไดรเวอร์เมื่อได้รับแจ้งจาก Windows 10

ขั้นตอนที่ 9: การติดตั้งไดรเวอร์ Arduino

ไปที่ Start->type Device Manager’>ดับเบิลคลิกที่ผลลัพธ์แรกเพื่อเปิด Device Manager

1. ไปที่ Ports > ค้นหา Arduino UNO port

2. ในกรณีที่คุณไม่พบพอร์ตนั้น ไปที่อุปกรณ์อื่น และค้นหาอุปกรณ์ที่ไม่รู้จัก

3. เลือกพอร์ต Arduino UNO > คลิกที่ Update Driver

4. เลือกตัวเลือก 'เรียกดูคอมพิวเตอร์ของฉันสำหรับซอฟต์แวร์ไดรเวอร์' > ไปที่ตำแหน่งดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ Arduino > เลือกไฟล์ arduino.inf/Arduino UNO.inf (ขึ้นอยู่กับรุ่นซอฟต์แวร์ของคุณ)

5. รอจนกว่า Windows จะเสร็จสิ้นกระบวนการติดตั้งไดรเวอร์

เมื่อคุณติดตั้งซอฟต์แวร์ Arduino และไดรเวอร์บนคอมพิวเตอร์ของคุณแล้ว ก็ถึงเวลาเปิดร่างแรกของคุณ เลือกประเภทบอร์ดและพอร์ตของคุณ แล้วอัปโหลดโปรแกรมเพื่อให้แน่ใจว่าบอร์ดของคุณใช้งานได้

ขั้นตอนที่ 10: การแสดงกราฟิกของ Arduino IDE

เนื่องจาก Arduino IDE ใช้เพื่อแก้ไข บันทึก รวบรวม และอัปโหลดโค้ดไปยัง Arduino นี่คือการแสดงภาพกราฟิกของ Arduino IDE

ขั้นตอนที่ 11: ในการเปิดไฟล์ใหม่ใน Arduino IDE

ในการเปิดไฟล์ใหม่ให้คลิกที่ file->new

ขั้นตอนที่ 12: เพื่อบันทึก Arduino Sketch

ไฟล์ใหม่จะเปิดขึ้น

ขั้นตอนที่ 1: หากต้องการบันทึก Arduino Sketch ให้ไปที่ไฟล์ -> บันทึกหน้าต่างเพื่อบันทึกภาพร่างจะปรากฏขึ้น

ขั้นตอนที่ 2: เปลี่ยนชื่อ Arduino Sketch แล้วคลิกปุ่มบันทึก ภาพร่างจะถูกบันทึก

ขั้นตอนที่ 13: ตัวอย่างโปรแกรม Arduino

Arduino IDE มีโปรแกรมตัวอย่างมากมายเพื่อเรียนรู้และสร้างโปรเจ็กต์จากพวกเขา ตัวอย่างเหล่านี้เกี่ยวกับการกะพริบของ LED, เอาต์พุตอนาล็อกและดิจิตอลอินพุต, การสื่อสารแบบอนุกรม, เซ็นเซอร์ ฯลฯ

ในการเปิดโปรแกรมตัวอย่าง LED Blink ให้คลิกที่ File->Example->Basics->Blink

ขั้นตอนที่ 14: ไลบรารี Arduino

ตามชุมชน Arduino “ไลบรารีคือชุดของรหัสที่ช่วยให้คุณเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ จอแสดงผล โมดูล ฯลฯ ได้ง่าย ตัวอย่างเช่น ไลบรารี LiquidCrystal ในตัวทำให้ง่ายต่อการพูดคุยกับจอ LCD ตัวอักษร มีห้องสมุดเพิ่มเติมหลายร้อยแห่งให้ดาวน์โหลดบนอินเทอร์เน็ต” ไลบรารีประกอบด้วยวิธีการและฟังก์ชันทั่วไป เช่น ไดรเวอร์อุปกรณ์หรือฟังก์ชันยูทิลิตี้โดยใช้ไลบรารี ซึ่งง่ายต่อการตั้งโปรแกรมโดยไม่ต้องเขียนโค้ดหลายบรรทัด คุณสามารถใช้ฟังก์ชันก่อนสร้างสำหรับโปรแกรมของคุณได้ มีไลบรารีโอเพนซอร์ซที่หลากหลายบนอินเทอร์เน็ต Arduino IDE ยังมีไลบรารีที่สร้างโดยชุมชน Arduino เช่นไลบรารีสำหรับควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ อีเธอร์เน็ต ฯลฯ Arduino IDE ยังมีตัวเลือกในการติดตั้งและใช้ไลบรารีภายนอกที่คุณทำได้ สร้างไลบรารีของคุณเองและติดตั้งใน Arduino IDE

วิธีการติดตั้งไลบรารี Arduino

มีสองวิธีที่เราสามารถติดตั้งไลบรารี่ใน Arduino IDE วิธีหนึ่งคือผ่าน Arduino IDE Library Manager และอีกวิธีหนึ่งคือผ่านการใช้ไฟล์.zip ไลบรารีส่วนใหญ่มีอยู่ใน Arduino Library Manager แต่มีไลบรารีจำนวนมากที่ผู้พัฒนาสร้างขึ้นเอง และทำให้พร้อมใช้งานบน github ดังนั้นเราจึงมีทั้งสองตัวเลือก แต่เราสามารถใช้ทั้งสองอย่างได้

การติดตั้งไลบรารีโดยใช้ Library Manager

ในการติดตั้งไลบรารีโดยใช้ตัวจัดการไลบรารีให้คลิกที่ภาพร่าง -> รวมไลบรารี -> จัดการไลบรารี

หลังจากที่ตัวจัดการไลบรารีนี้จะเปิดขึ้นที่นี่ คุณจะเห็นไลบรารีที่ติดตั้งไว้แล้ว ในตัวอย่างนี้ เราจะติดตั้ง RTCZero สำหรับสิ่งนี้ คุณต้องค้นหาไลบรารี RTCZero เมื่อคุณพบว่ามันเลือกเวอร์ชันและคลิกที่ปุ่มติดตั้ง การติดตั้งจะเริ่มขึ้น

การนำเข้า.zip Library

ไลบรารีมักจะแจกจ่ายเป็นไฟล์ ZIP หรือโฟลเดอร์ ชื่อของโฟลเดอร์คือชื่อของไลบรารี ภายในโฟลเดอร์จะเป็นไฟล์.cpp, ไฟล์.h และมักเป็นไฟล์คีย์เวิร์ด.txt โฟลเดอร์ตัวอย่าง และไฟล์อื่นๆ ที่ไลบรารีต้องการ

ในการติดตั้งไลบรารี zip คลิก sketch->Include Library->Add.zip Library

หน้าต่างเรียกดูจะเปิดขึ้นที่นั่นเพื่อกำหนดตำแหน่งที่จะบันทึกไลบรารี zip และคลิกที่ปุ่มเปิด

ขั้นตอนที่ 15: ปุ่มลัด Arduino IDE

Arduino IDE มีคีย์ลัดซึ่งเราสามารถทำหน้าที่ต่างๆ เช่น คอมไพล์ การอัพโหลดการบันทึก เป็นต้น

ขั้นตอนที่ 16: IO Pins ของ Arduino

Arduino เป็นบอร์ดต้นแบบที่มักจะมาพร้อมกับการกำหนดค่าพิน I/O (อินพุต/เอาต์พุต) ที่แตกต่างกัน พินเป็นพินอนาล็อกหรือดิจิตอล

อนาล็อกพิน

หมุดอนาล็อกเป็นขาอินพุตที่มักใช้ในการอ่านข้อมูลทางกายภาพเป็นอินพุตหรือเป็นพินที่สามารถอ่านข้อมูลทางกายภาพจากเซ็นเซอร์ได้ เซ็นเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่สามารถแปลงพลังงานทางกายภาพเป็นพลังงานไฟฟ้า Arduino สามารถอ่านพลังงานไฟฟ้านี้เป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยใช้พินแบบอะนาล็อก

พินดิจิตอล

พินดิจิตอลสามารถเป็นได้ทั้งพิน INPUT และ OUTPUT ดังนั้นจึงตั้งชื่อว่าสามารถอ่าน INPUT และเขียน OUTPUT ในรูปแบบดิจิทัลได้ ข้อมูลดิจิทัลอยู่ในรูปของ HIGH หรือ LOW โดยที่ HIGH หมายถึง ON และ LOW หมายถึง OFF เช่น หากต่อ LED เข้ากับหมุดดิจิทัลของ Arduino และคุณตั้งโปรแกรมให้พินนี้เป็น HIGH ในที่สุด LED จะติดและตั้งโปรแกรมให้ต่ำ ไฟ LED จะดับลง

หมุดปรับความกว้างพัลส์

พินดิจิตอลบางตัวใน Arduino มีฟังก์ชันเพิ่มเติมในการให้เอาต์พุตแบบอะนาล็อกและเรียกว่าพิน PWM หน้าที่ของพิน PWM คือการเขียน OUTPUT ในช่วงระดับระหว่างระดับสูงและต่ำ สมมติว่า LED เชื่อมต่อกับพิน PWM และ คุณต้องการควบคุมความสว่างของไฟ LED หรือมอเตอร์ติดอยู่กับขา PWM และคุณต้องการควบคุมความเร็วของมอเตอร์คุณสามารถกำหนดค่าได้ตั้งแต่ 0-255 เพื่อควบคุมความสว่างหรือความเร็ว

ขั้นตอนที่ 17: โปรแกรม Arduino LED Blink

เมื่อติดตั้ง Arduino IDE และไดรเวอร์แล้วให้เชื่อมต่อกับโปรแกรม

Arduino เพื่อกะพริบส่วนประกอบ LED ที่กล่าวถึงด้านล่าง

ส่วนประกอบที่ใช้สำหรับโครงการ LED Blink

● Arduino Uno

● สาย USB ชนิด A/B

● ตัวต้านทาน 220 โอห์ม

● LED

● เขียงหั่นขนม

แผนผัง

เชื่อมต่อตัวต้านทานพิน 5 ถึง 220 โอห์มของ Arduino Uno และเชื่อมต่อพินของตัวต้านทานอื่นกับพินแอโนด (+) ของ Led และเชื่อมต่อพิน GND ของ Arduino Uno กับพินแคโทด (-) ของ LED

การเขียนโปรแกรมเพื่อ Blink an LED

ขั้นตอนที่ 1 เปิด Arduino IDE

ขั้นตอนที่ 2. เปิดร่างใหม่

ขั้นตอนที่ 3 บันทึกภาพร่างใหม่เป็น LED BLINK PROGRAM และเขียนโปรแกรม

ขั้นตอนที่ 4 เลือกบอร์ดโดยคลิก Tools->Board:-> Arduino Uno

ขั้นตอนที่ 5. เลือกพอร์ต COM โดยคลิก Tools->Port

ขั้นตอนที่ 6 คลิกที่ปุ่มคอมไพล์

ขั้นตอนที่ 7 รอการคอมไพล์ให้เสร็จจากนั้นคลิกที่ปุ่มอัพโหลด

คุณจะเห็นข้อความ "เสร็จสิ้นการอัปโหลด" เมื่อคุณเห็นข้อความนี้ไฟ LED ที่เชื่อมต่อกับขา 5 ของ Arduino จะกะพริบหลังจากผ่านไปหนึ่งวินาที

ขั้นตอนที่ 18: การตรวจสอบแบบอนุกรม

Arduino IDE มีคุณสมบัติที่สามารถช่วยในการดีบั๊กภาพสเก็ตช์หรือควบคุม Arduino จากแป้นพิมพ์ของคอมพิวเตอร์ของคุณได้เป็นอย่างดี Serial Monitor เป็นหน้าต่างป็อปอัพแยกต่างหากที่ทำหน้าที่เป็นเทอร์มินัลแยกต่างหากที่สื่อสารโดยรับและส่งข้อมูลอนุกรม

คุณสามารถแก้ไขโปรแกรม LED Blink เพื่อดูสถานะของ LED ที่เชื่อมต่อบนขา 5 ของ Arduino ว่าสูงหรือต่ำบนคอมพิวเตอร์ของคุณโดยใช้จอภาพอนุกรมของ Arduino IDE โดยใช้ความสามารถในการสื่อสารแบบอนุกรมของ Arduino สำหรับการทำเช่นนี้ก่อนอื่นคุณต้องตั้งค่าซีเรียล baudrate ถึง 9600 baud rate ถูกกำหนดอย่างง่าย ๆ เป็นความเร็วในการส่งข้อมูลจาก Arduino ไปยังคอมพิวเตอร์หรือในทางกลับกันในแง่ของบิตต่อวินาที ดังนั้นการตั้งค่าอัตรา baud เป็น 9600 ก็เหมือนกับความเร็วในการส่ง 9600 บิตต่อวินาที

การเขียนโปรแกรมเพื่อ Blink an LED

ขั้นตอนที่ 1 เปิด Arduino IDE

ขั้นตอนที่ 2. เปิดร่างใหม่

ขั้นตอนที่ 3 บันทึกร่างใหม่เป็น LED BLINK PROGRAM และเขียนโปรแกรม

ขั้นตอนที่ 4 เลือกบอร์ดโดยคลิก Tools->Board:->Arduino Uno

ขั้นตอนที่ 5. เลือกพอร์ต COM โดยคลิก Tools->Port

ขั้นตอนที่ 6 คลิกที่ปุ่มคอมไพล์

ขั้นตอนที่ 7 รอการคอมไพล์ให้เสร็จจากนั้นคลิกที่ปุ่มอัพโหลด

ขั้นตอนที่ 8 เปิด Serial Monitor โดยกด Ctrl+Shift+m หรือโดยคลิกที่มุมขวาบน

ขั้นตอนที่ 9 ตั้งค่า Baud Rate ของ Serial Monitor เป็นทั้ง Arduino และ Computer ต้องมี baud rate เท่ากันสำหรับการสื่อสารแบบอนุกรม

ที่นี่คุณจะเห็นทันทีที่ LED ได้รับ HIGH หรือ LOW ข้อความจะถูกพิมพ์ตามลำดับบน Serial monitor